Элементы непрерывной техники универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА)

Элементы непрерывной техники универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА)

Элементы непрерывной техники универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА)

К элементам непрерывной техники УСЭППА относятся дроссели, делители давления, повторители, усилители и элементы сравнения.

Для создания перепада давления в пневматических линиях служат постоянные и переменные (регулируемые) дроссели. Постоянный дроссель представляет собой капилляр, изготовленный из никелевой трубки. Внутренний диаметр капилляра 0,18 или 0,3 мм. Для защиты капилляра от засорения дроссель снабжается фильтром. На рис. 1 показаны расходные характеристики дросселей, представляющие собой зависимость G - расхода воздуха через дроссель от ΔР - перепада давления на нем.

Рис. 1. Расходные характеристики дросселей: 1 - для дросселя диаметром 0,18 мм и длиной 11,5 мм; 2 - для дросселя диаметром 0,3 мм и длиной 11,5 мм.

Регулируемый дроссель отличается от постоянного наличием устройства для изменения площади проходного сечения, а следовательно, и проводимости дросселя. В зависимости от направления вращения регулировочного винта изменяется площадь щели (проходного сечения) между иглой и втулкой. В закрытом положении расход воздуха через дроссель составляет не более 5 л/ч при перепаде давления 0,14 МПа и нормальных условиях. Регулируемые дроссели могут снабжаться шкалой для контроля степени их открытия. Шкала градуируется в относительных величинах (процентах).

Для деления и суммирования пневматических сигналов изготовляются делители давления, представляющие собой систему, состоящую из постоянного и регулируемого дросселей. Последний может иметь шкалу. Делители выполняют математическую операцию

 (1)

где Р, Р1 и Р2 - давления; α_α_- коэффициенты проводимости дросселей.

Условные изображения дросселей и делителей давления приведены на рис. 2.

Рис. 2. Условные обозначения. а) Постоянный дроссель с фильтром; б) регулируемый дроссель без шкалы; в) регулируемый дроссель со шкалой.

Рис. 3. Принципиальная схема повторителя: 1 - мембрана; 2 - сопло; 3 - постоянный дроссель.

На рис. 3 приведена принципиальная схема повторителя, предназначенного для выдачи пневматического сигнала, равного по величине входному сигналу. Он состоит из двух камер А и Б, отдельных друг от друга гибкой мембраной 1. Последняя одновременно служит заслонкой выпускного сопла 2, через которое камера А сообщается с атмосферой. К повторителю подсоединен постоянный дроссель 3 диаметром 0,3 мм. Конструктивно он не входит в повторитель. При изменении входного сигнала Рвх мембрана (заслонка) меняет свое положение относительно сопла, что приводит к такому же изменению сигнала Рвых на выходе. В равновесном состоянии

 или  (2)

где F- площадь мембраны.

Рис. 4. Принципиальная схема повторителя со сдвигом: 1, 2 - пружины.

На рис. 4 показана принципиальная схема повторителя со сдвигом. Он предназначен для выдачи сигнала, отличающегося от входного на постоянную величину до 0,015 МПа. Отличие его от предыдущего состоит в наличии двух пружин 1 и 2 в камерах А и Б. изменением натяжения этих пружин достигается установка постоянной величины давления сдвига. В равновесном состоянии

где G1 и G2- силы сжатия пружин 1 и 2.

Рис. 5. Принципиальная схема повторителя - усилителя мощности: А, Б, В, Г, Д, Е - камеры; 1 - постоянный дроссель; 2, 4 - сопла; 3, 5 - мембраны (заслонки); 6 - клапан.

пневмоавтоматика дроссель мощность усилитель

На рис. 5 показана принципиальная схема повторителя - усилителя мощности. Он предназначен для усиления пневматического сигнала по мощности с коэффициентом усиления по давлению, равным единице, и состоит из шести пневматических камер, образованных мембранами и перегородками.

Входной сигнал подводится в камеру Д, ограниченную мембранами 3 и 5, являющимися одновременно заслонками сопел 4 и 2. Воздух питания подается в камеру А и через постоянный дроссель 1, конструктивно включенный в усилитель, в проточную камеру В. Если входной сигнал отсутствует, т.е. Рвх = 0, воздух питания из камеры В через сопло 2 проходит в камеру Г и далее через камеру Е и сопло 4 в атмосферу. При этом выходная камера Б также сообщается с атмосферой (через камеры Г, Е и сопло 4), где сигнал Рвых также будет равным нулю. При этом клапан 6, расположенный между камерами А и Б, закрыт.

Если входной сигнал Рвх увеличивается, давление в камере Д повышается, что приводит к прикрытию сопел 2 и 4 соответствующими мембранами (заслонками). Давление в камере В возрастает, вследствие чего клапан 6 открывается и давление в выходной камере Б, т.е. на выходе усилителя, повышается.

При уменьшении входного сигнала давление в камере Д снижается, сопла 2 и 4 приоткрываются. Увеличивается выход воздуха из выходной линии и камеры В через сопло 4 в атмосферу. Давление Рвых уменьшается. При этом клапан 6 прикрывается.

В равновесном состоянии давления во всех камерах (кроме А) равны; сигнал на выходе равен сигналу на входе. При этом мембраны 5 и 3 занимают промежуточные положения относительно сопел 2 и 4, а клапан 6 частично открыт. Воздух питания, проходя через соответствующие камеры и сопла, расходуется в атмосферу. Однако мощность выходного сигнала Рвых больше, чем входного Рвх, за счет того, что расход воздуха в выходной линии значительно больше, чем в линии на входе.

Рис. 6. Принципиальная схема повторителя - усилителя мощности с мощным выходом: А, Б, В, Г - камеры.

На рис. 6 приведена принципиальная схема еще одного повторителя - усилителя мощности, обладающего мощным выходом. Входной сигнал поступает в камеру Г и действует на мембранный блок, управляющий шариковым клапаном, обеспечивая повышение давления в выходной камере Б. На выходе устанавливается давление, равное входному, но усиленное по мощности за счет большего расхода воздуха в выходной линии.

Рис. 7. Принципиальная схема задатчика: А, Б - мембраны; 1 - настроечный винт; 2 - пружина; 3 - мембрана; 4 - сопло.

На рис. 7 показана принципиальная схема задатчика, предназначенного для стабилизации давления сжатого воздуха, подаваемого обычно в глухие камеры регулирующих или других устройств пневмоавтоматики. Задатчик состоит из двух камер А и Б, отделенных друг от друга гибкой мембраной 3, жесткий центр которой служит выпускного сопла 4, через которое воздух питания выходит в атмосферу. Установка заданного давления Рвых производится с помощью настроечного винта 1, при повороте которого изменяется натяжение пружины 2 и положение заслонки относительно сопла.

Рис. 8. Принципиальная схема задатчика с усилителем мощности: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж - камеры; 1, 4 - мембраны; 2, 3 - сопла; 5 - настроечный винт; 6 - пружина; 7 - клапан.

На рис. 8 приведена принципиальная схема задатчика с усилителем мощности. Давление питания подается в камеру А и через постоянный дроссель в соединенные между собой камеры В и Е.

При отрытым тарельчатом клапане 7 между камерами А Б воздух питания поступает в выходную линию и в камеры Д и Ж отрицательной обратной связи. При изменении степени сжатия пружины 6 (с помощью настроечного винта 5) мембрана 4 изменяет свое положение относительно сопла 3. Давление в камерах В и Е также изменяется, что приводит к

изменению как положения клапана 7, так и давления воздуха на выходе задатчика. При увеличении сжатия пружины 6 мембрана 4 приближается к соплу 3, давление в камерах Е и В возрастает, клапан 7 приоткрывается, давление Рвых увеличивается. При уменьшении сжатия пружины мембрана 4 отходит от сопла 3, давление в камерах Е и В понижается, клапан 7 прикрывается, выход воздуха в атмосферу из камер Б, Д, Ж через сопло 2 в камеру Г возрастает, что приводит к уменьшению выходного сигнала. В равновесном состоянии давления в камерах Б, В, Д, Е, Ж одинаковы и равны Рвых.

Рис. 9. Принципиальная схема трехмембранного элемента сравнения: А, Б, В, Г - камеры.

На рис. 9 приведена принципиальная схема трехмембранного элемента сравнения: он предназначен для сравнения двух непрерывных пневматических сигналов и получения на выходе дискретного сигнала «0» или «1». Элемент состоит из мембранного блока и двух пневмоконтактов (пар «сопло - заслонка»). Мембранный блок состоит из трех мембран, соединенных между собой штоком, торцы которого выполняют функции заслонок. Сравниваемые давления Р1 и Р2 подводятся в камеры В и Б. Если эти давления не равны между собой, размыкается верхний или нижний пневматический контакт. При этом другой контакт замыкается.

Воздух питания подводится в камеру Г, а камера А сообщается с атмосферой.

Элемент сравнения можно использовать как повторитель, если входной сигнал подвести в камеру В, а камеру Б соединить с выходной линией.

Рис. 10. Принципиальная схема пятимембранного элемента сравнения: А, Б, В, Г, Д, Е - камеры.

На рис. 10 приведена принципиальная схема пятимембранного элемента сравнения, предназначенного для сравнения до четырех непрерывных пневматических сигналов и получения на выходе дискретного сигнала «0» или «1».

Элемент состоит из пяти мембран, соединенных между собой штоком. Мембраны с корпусом образуют шесть пневматических камер. В камеру Е подводится воздух питания, камера А сообщается с атмосферой, а в камеры Д, Г, В, Б подводятся сравниваемые давления Р1, Р2, Р3, Р4. При отсутствии равенства между этими давлениями давление на выходе элемента принимает значение «0» или «1», в зависимости от знака рассогласования, т.е. от того, какой пневмоконтакт приходит в разомкнутое или замкнутое состояние. Если

(Р1+Р3)>(Р2+Р4), то открыт верхний контакт и закрыт нижний. Давление на выходе равно «1», т.е. близко к давлению питания. При (Р1+Р3)<(Р2+Р4) верхний контакт замкнут, а нижний разомкнут. Давление на выходе равно «0», т.е. близко к атмосферному.

Пятимембранный элемент сравнения можно использовать для алгебраического суммирования трех пневматических сигналов. При этом входные сигналы подводятся в камеры В, Г, Д, а камера Б соединяется с выходной линией. Давление в этой камере и на выходе устанавливается равным алгебраической сумме входных давлений.