Материал: Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

бранных чувствительных элементов является их эффек­ тивная площадь F0. Этот параметр определяется как ко­ эффициент пропорциональности между величиной усиле­ ния QM , развиваемого на мембране перепадом давлений АР, и значением этого перепада:

Во многих пневматических регуляторах отдельные мембраны объединяют в единый мембранный пакет (блок, узел, сборка). Жесткие центры всех мембран скрепляют с помощью соединительного штока (рис. 7-2,в). Подобные мембранные блоки по существу являются многовходовыми устройствами сравнения. Знак результирую­ щего усилия (перемещения) на их выходе определяется знаком линейной комбинации (в простейшем случае — разности) пневматических сигналов, действующих на мембраны.

Строго говоря, после включения пневматического ре­ гулятора в работу эффективная площадь мембран не ос­ тается постоянной в результате перемещений мембраны, возможных случайных перегрузок давлением, а также под влиянием изменений условий окружающей среды (температуры, влажности и пр.). Это приводит к тому, что в процессе эксплуатации пневматического регулятора его характеристики могут несколько измениться.

Сильфонные чувствительные элементы (рис. 7-2, г) имеют по сравнению с мембранными более стабильную эффективную площадь. Кроме того, в отличие от мемб­ ран их можно использовать для преобразования давле­ ния не только в усилие, но и в перемещение (ход) At. Величина этого перемещения пропорциональна значению перепада давлений АР и связана с ним через другой определяющий параметр — жесткость с:

Однако следует заметить, что линейность и стабиль­ ность этой характеристики сильфона, как правило, невы­ соки. Для их улучшения сильфоны нагружают стальны­ ми цилиндрическими пружинами. Сами сильфоны обыч­ но изготавливают из стали или специальных сплавов.

Управляющие элементы пневматических регулирую­ щих устройств осуществляют преобразование перемеще­ ния в изменение давления сжатого воздуха, т. е. в выход­ ной пневматический сигнал. Существенной особенностью

282

пневматических управляющих элементов является высо­ кая чувствительность, связанная с очень крутым, почти релейным видом их статической характеристики. В связи с этим управляющие элементы большинства пневмати­ ческих приборов могут «срабатывать» от очень малых пе­ ремещений на выходе чувствительного элемента (эле­ мента сравнения).

гвых

•Я, rt=

Рис. 7-3. Пневматические управляющие элементы с соплом.

а — сопло — заслонка; б — сопло — шарик; в — закрытое сопло — за­ слонка.

Чаще всего управляющие элементы пневматических регуляторов строятся с применением переменного пнев­ матического сопротивления типа «сопло—заслонка» (рис. 7-3, айв). Реже используются другие виды управ­ ляющих устройств: «сопло—шарик» (рис. 7-3,6), кла­ панные (рис. 7-4, а) и золотниковые (рис. 7-4, б).

Рассмотрим принцип действия управляющего элемен­ та «сопло—заслонка» (рис. 7-3, а). Такой элемент состо­ ит из постоянного дросселя /, соединительной емкости (линии) 2 и сопла 3, истечение воздуха из которого

283

управляется заслонкой 4, приводимой в движение (пере­ мещение хвх) от чувствительного элемента. По линии 5 на вход постоянного дросселя / подается воздух питания с постоянным давлением РПитДавление в соединитель­ ной линии 2 является выходным пневматическим сигна­ лом РВых управляющего элемента и обычно передается на вход пневматического усилителя. Управляющий эле­

в атмосферу становится значительно больше сопротив­ ления постоянного дросселя, то давление в линии 2 ста­ новится близким к давлению питания Раит- При любом другом положении заслонки относительно сопла (между открытым и полностью закрытым положением) давление на выходе управляющего элемента устанавливается рав­ ным промежуточному между величинами атмосферного и питающего давлений.

Статические характеристики управляющих элементов типа «сопло—заслонка» приведены на рис. 7-5. Кривая 1 показывает зависимость давления на выходе элемента от расстояния между соплом и заслонкой для схемы на рис. 7-3, а (сопло открыто в атмосферу). Легко заметить, что рабочий диапазон входного сигнала для такого эле­ мента составляет не более 0,06 мм. При изменении зазо­ ра h между соплом и заслонкой на такую величину избы­ точное давление РВых на выходе элемента изменяется

284

почти во всем диапазоне от Р П И 1 . почти до нуля. Однако для ряда пневматических приборов регулирования, в ко­ торых используются мембранные чувствительные эле­ менты, даже такой небольшой ход может привести к из­ менению эффективной площади Р э мембран и, следова­ тельно, к погрешностям в реализации заданной функции прибора. Поэтому во многих современных пневматиче­ ских регуляторах используется другая разновидность управляющего элемента типа «сопло—заслонка»—управ­ ляющий элемент с закрытым соплом.

Схема такого управляющего элемента показана на рис. 7-3, в. Из питающей линии воздух с давлением Р п и т через дроссель / поступает в камеру 2, где его давление

лителя, совместно с которым работает такой управляю­ щий элемент. Расстояние между соплом 3 и заслонкой 4

до величины давления питания РШ ттУвеличение же сте­

чем Р у . Поэтому пневматические усилители, работающие с такими управляющими элементами на входе, строятся

где Д Р — некоторая постоянная величина, определяющая собой перепад давления на сопле 3.

Вследствие такой стабилизации перепада давления на переменном сопротивлении делителя «дроссель—сопло» его статическая характеристика становится еще более крутой и смещается в сторону больших расстояний между соплом и заслонкой (на рис. 7-5 кривая 2). Благодаря

285

этому чувствительность и точность работы прибора по­ вышаются при одновременном снижении опасности за­ сорения зазора между соплом и заслонкой.

Схемы и принцип действия клапанных и золотнико­ вых пневматических управляющих элементов достаточно просты. Отметим здесь только, что все они способны раз­

Усилители пневматических регуляторов служат для повторения изменений пневматического сигнала Рвых.у.э на выходе управляющего элемента с необходимым уси­ лением этого сигнала по мощности (иногда и давлению). Типичная функциональная схема пневматического уси-

вых

Рис. 7-7. Усилители с компенсацией сил.

а — двухкаскадный; 6 — трехкаскадный.

лителя (рис. 7-6) включает в себя чувствительный эле­ мент /, мощный управляющий элемент 2 и элемент жест­ кой обратной связи 3. Благодаря такому построению в большинстве пневматических усилителей удается по­

286