4.4.3 Пневматические преобразователи Принцип действия

Работа пневматических датчиков для линейных измерений основана на зависимости между весовым расходом сжатого воздуха и проходной площадью канала истечения. Представим простейшую схему бесконтактного измерения линейного параметра ТН с помощью измерительного пневмосопла (рисунок 4.22).

Рис. 4.22 Схема изменения линейного размера Н с помощью пневмосопла

На схем обозначены:

1 – измерительное сопло диаметром проходного сечения d;

2 – корпус-кронштейн для установки измерительного сопла;

3 – контролируемая деталь.

Р – давление воздуха в пневмосети;

f – площадь кольцевого зазора истечения

f = πd∙S, где

где S – линейный зазор между измерительным соплом и контролируемой поверхностью детали.

Тогда при P = Const и πd∙S<πd²/4 расход воздуха “G” во время измерений будет определяться площадью кольцевого зазора “f”, т.е.

G = φ(f) (4.3)

Учитывая, что диаметр сопла постоянный, уравнение (4.3) представляет собой зависимость расхода воздуха от линейного зазора S и, следовательно, от контролируемого параметра ТН, т.е.

G = φ₁(S) = φ₁(TH) (4.4)

Примечание.

1)Если условие πd∙S<πd²/4 не выполняется, то зависимость 1 и 2 не будет

2)Это условие устанавливает взаимосвязь d и S. Из него следует, что S_max = 0,25d; d_min = 4S

4.4.4 Пневматические преобразователи с простой схемой измерения

В производственных условиях измерять расход воздуха крайне неудобно и технически очень сложно. В пневматических преобразователях в качестве переменного параметра удобно использовать давление “p” воздуха. Давление воздуха имеет непрерывную связь с расходом, легко измеряется и преобразуется в электрический сигнал.

Рис.4.23 Схема пневматического преобразователя с простой схемой измерения

Рис.4.23а Характеристика пневматического преобразователя

На рисунке 4.23 показана схема пневматического преобразователя с простой схемой измерения. В этой схеме измерительное сопло 3 соединяется с пневмокамерой 1, на входе в которую устанавливается дроссель 2 в виде входящего сопла. Тогда при P = Const на входе в камеру давление “p” в камере является косвенной мерой расхода воздуха через измерительное сопло и одновременно является функцией зазора S между измерительным соплом и контролируемой поверхностью р = φ(S) и, следовательно, функцией контролируемого параметра р = φ(ТН).

Строгое определение зависимости р = φ(S) представляет большую сложность. Для практических задач используется приближенная зависимость

(4.5),

где α₁ и α₂ – коэффициенты истечения входного и измерительного сопла, которые характеризуют форму продольного и поперечного сечения сопел;

f₁ – площадь проходного сечения входного сопла

f₁ = πd²/4;

а₂ – площадь кольцевого зазора истечения измерительного сопла;

f₂ = πd₂∙S

Во время измерений L₁=L₂= Const d₁= Const d₂ = Const и P = Const

Для работы используют прямолинейный участок характеристики, ограниченный точками 1 – 2. На этом участке передаточное отношение имеет наибольшую величину и практически постоянно. Отрезок характеристики ∆S = S_max – S_min представляет диапазон измерения данной схемы, зазоры S_max и S_min – пределы измерения, причем, S_max ≤0,25d₂.

Основные характеристики для типового пневматического преобразователя с простой схемой измерения выглядят следующим образом:

- диаметры истечения сопел d₁ = 1мм, d₂ = 2мм;

- рабочее давление воздуха в пневмосети P = 0,15 мПа;

- протяженность прямолинейного участка характеристики – 0,09мм;

- величина измерительного зазора в середине прямолинейного участка характеристики – S₀ = 0,145мм;

- передаточное отношение

Основным недостатком пневматических преобразователей с простой схемой измерения является зависимость результатов измерения от стабильности рабочего давления в пневмосети. Относительная погрешность измерения для таких преобразователей составляет

(4.6)

где ∆P – погрешность рабочего давления, которая представляет собой погрешность работы стабилизатора давления (обычно не зависит от величины рабочего давления Р);

р – переменное давление в измерительной пневмокамеры, является функцией контролируемого параметра;

δр = р₁ – р₂ – диапазон измерения, выраженный в единицах давления.

Из уравнения (4.6) следует, что для уменьшения погрешности измерения, желательно измерения проводить на максимально возможных зазорах S, при которых давление “p” имеет наименьшую величину, а также необходимо применять различные способы, направленные на расширение диапазона расширения δр.

Рис.4.24 Схема измерительной пневмокамеры с эжкторным соплом

Одним из таких способов является применение измерительных пневмокамер с эжекторным соплом (рисунок 4.24). В таких пневмокамерах входное сопло 1 устанавливается непосредственно перед измерительным соплом 2. За счет этого происходит эжекция (вытяжка струей) воздуха из измерительной камеры 3. В результате с увеличением зазора S между измерительным соплом и заготовкой 4 давление в измерительной камере “p” уменьшается более интенсивно, чем в простой схеме, и прямолинейный участок характеристики увеличивается. Давление “р” даже может достигать отрицательных значений (т.3 на графике 4.23а).