Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 0
Весь комплекс приборов пневматической системы состоит из следующих групп:
1) параметрические преобразователи, каждый из которых вклю чает в себя собственно измерительное устройство, пневмопреоб разователь, изменяющий давление воздуха на выходе пропор ционально измеряемой величине;
2) вторичные приборы (показывающие, регистрирующие и ин тегрирующие), которые представляют собой манометры с диапа зоном измерения до 0,1 МПа (1 кгс/см2);
Рис. VII 1.1. Схемы измерения и регулирования, выполняемые при помощи пневматических приборов
3) регуляторы, вырабатывающие требуемый закон регулирую щего воздействия; а) позиционные Пз; пропорциональные П; изо дромные ПИ; г) пропорционально-интегрально-дифференциальное
ПИД; 4) блоки, предназначенные для систем связанного регулирования:
а) блок соотношения, предназначенный для получения выходного сигнала, находящегося в заданном соотношении с входным сигна лом, подводимым к блоку; б) блок задатчика с программой, зави сящей от другого параметра; в) блок задатчика по времени, позволя ющий совместно с регулирующими блоками осуществить програм мное регулирование по заранее заданной программе.
Для всех перечисленных блоков |
принято |
давление |
питания |
|||
140 кПа (1,4 кгс/см2). Дальность |
передачи |
пневматических |
сиг |
|||
налов 300 м при диаметре соединительного трубопровода 6 |
мм. |
|
||||
Пневматические |
параметрические преобразователи |
снабжены |
||||
унифицированными |
пневмосиловыми . преобразователями |
и |
ра |
ботают с любыми пневматическими вторичными приборами, ре гулирующими блоками и другими устройствами пневмоавтоматики. Рассмотрим устройство и работу бесшкального параметрического преобразователя давления сильфонного манометра МС-П, который
150
предназначен для непрерывного преобразования величины изме ряемого избыточного давления газов или жидкостей в стандартный пневматический сигнал дистанционной передачи. Прибор состоит из преобразователя и измерительного блока. В качестве чувстви тельного элемента измерительного блока применен сильфон.
Измеряемое давление рвх (рис. VIII.2, а) преобразуется на чув ствительном элементе сильфона 1 в усилие Р, которое через рычаж ный передаточный механизм 2 автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в компенсационном элементе — сильфоне обратной связи 3. При изменении измеряемо го давления перемещается рычажная система и связанная с ней заслонка 4 индикатора рассогласования. Возникший на индикаторе
Рис. VIII.2. Схема пневматического преобразователя
а — пневмопреобразователь; б — пневмоусилитель
сигнал управляет через усилитель 5 давлением, поступающим в элемент 3 обратной связи и одновременно в линию дистанционной передачи рВЬІХ. В приборе предусмотрена возможность регулирова ния диапазона измерений в широких пределах путем изменения передаточного отношения прибора (1 : 10) перемещением подвиж ной опоры 6.
Пневматическое усилительное устройство, имеющееся в приборе, работает следующим образом (рис. VIII.2, б). Внутри усилитель разделен эластичными мембранами на три секции. Эти секции об разуют три камеры: две камеры давления командного воздуха А и камеру линии сопла Г. Мембрана 1 управляет шариковым кла паном 2 подачи воздуха, а мембрана 3 — шариковым клапаном 4 сброса давления в атмосферу.
Давление питания подводят через входное отверстие 5 и клапан 2 в камеру давления командного воздуха А. В свою очередь, дав ление командного воздуха через постоянный дроссель 6 проходит в камеру линии сопла Г. Повышение давления в линии сопла вы зывает перемещение мембраны, в результате чего открывается кла пан 2 и закрывается клапан 4, и, следовательно, повышается давле ние воздуха рвых на величину, равную величине повышения
151
давления в линии сопла. При уменьшении давления в линии соп ла закрывается шариковый клапан 2 и открывается клапан 4
сброса |
давления, что |
приводит к |
уменьшению |
давления |
воз- |
||
Д У х а Рвы х- |
МС-П |
имеет пределы измерения |
Л |
„ г |
до |
||
Манометр |
от 0—2,5 |
||||||
0—250 |
кПа |
(от 0—0,025 до 0^-2,5 |
кгс/см2). Аналогично |
устро |
ен манометр с трубчатой пружиной МП-П, имеющий пределы из мерения от 0—0,16 до 0—100 МПа (от 0—1,6 до 0—1000 кгс/см2).
С подобными пневмопреобразователями выпускают различные преобразователи системы ГСП: манометрические термометры — га зовые ТГ-П (измеряют температуру от—60 до +300° С), ртутные ТР-П (от —20 до +600° С); уровнемеры УБ-П (измеряют уровень
Рис. ѴІІІ.З. Вторичный показывающий прибор ППВ
а — общий, вид; б — схема прибора
от 0—20 мм до 0—16 м); сильфонные дифманометры ДС-П [измеря ют перепад давления от 0—40 до 0—0,63 МПа (от 0—400 до 0— 6,3' кгс/см2]; сильфонные напоромеры НС-П [измеряют избыточ ное давление от 0 — 4 до 0—400 МПа (от 0 — 40 до 0— 4000 кгс/м2)]. Все перечисленные приборы выпускают с классом точности 0,6; 1,0 и 1,5. Они являются взрывобезопасными и могут находиться на расстояний до 300 м от вторичных приборов.
Вторичные приборы для пневматических параметрических пре образователей выпускают показывающими и регистрирующими. Ре гистрирующие приборы могут кроме регистрации одного параметра показывать еще один или два параметра, т. е. могут быть одно-, двух- и трехстрелочными. Устройство чувствительного элемента всех вто ричных приборов одинаково — оно представляет собой манометри ческое устройство с пределом измерения до 0,1 МПа (1 кгс/см2). Для примера разберем два вторичных прибора системы.
152
Вторичный пневматический показывающий прибор ППВ предна значен для показания величины одного параметра, изменение кото рого преобразуется в изменение давления воздуха 0,02—0,1 МПа (0,2—1 кгс/см2). Прибор применяют совместно с пневматическими преобразователями давления, разряжения, перепада давления, рас хода уровня, температуры, состава и свойств веществ. Принцип действия прибора основан на методе силовой компенсации, при ко тором момент, развиваемый чувствительным элементом, уравнове шивается моментом элемента обратной связи (рис. ѴІІІ.З).
Входной сигнал поступает в сильфон 1 измерительного механиз ма. Усилие, развиваемое сильфоном, передается на рычаг 2, ко торый поворачивается вокруг опоры 3. Рычаг имеет заслонку 4, которая перекрывает сопло 5 пропорционально величине входно го сигнала, что приводит к изменению давления воздуха, поступа ющего в цилиндр 6 пневматического привода. Поршень 7, переме щаясь, поворачивает выходной вал 8 и тем самым меняет натяже ние пружины обратной связи 9 до тех пор, пока развиваемый на тяжением пружины момент не уравновесит момент, созданный силь фоном 1. При изменении входного сигнала, поступающего в измери тельный механизм, выходной вал 8 поворачивается на угол, про порциональной этому изменению, и при помощи муфты переме щает стрелку 10 по шкале прибора. Класс точности прибора 0,6. Давление воздуха питания 140 кПа (1,4 кгс/см2).
Вторичный регистрирующий трехстрелочный прибор ПВ10.1Э
(рис. VIII.4) предназначен для непрерывной записи и показания величины регулируемого параметра, задания регулятору и давле ния на исполнительном механизме. В прибор встроена кнопочная станция, обеспечивающая возможность ручного и автоматического управления, а также перехода на управление исполнительным ме ханизмом со встроенного задатчика. Станция управления позволя ет также перейти на автоматическое программное регулирование от специального задатчика. Действие измерительного устройства при-
153
бора основано на компенсационном методе измерения, при кото ром усилие на приемном элементе, возникающее от входного давления рвх, уравновешивается усилием давления воздуха источ ника питания.
Чувствительный элемент — сильфон 1 (рис. VIII.4, б) воспри нимает от преобразователя давление рвх. Сжатый воздух от источ ника питания поступает в линию сопла 2 и в силовой элемент 3 че рез калиброванный дроссель 4, сечение которого меньше сечения выходного отверстия сопла. Изменение рвх вызывает изменение
|
зазора |
между заслонкой, |
расположенной на |
|||||||
|
конце |
рычага |
5 чувствительного элемента, |
|||||||
|
и соплом, что приводит |
к |
изменению |
давле |
||||||
|
ния воздуха в линии сопла, а |
следовательно, |
||||||||
|
в силовом элементе 3. При |
этом перемещает |
||||||||
|
ся чашечная мембрана 6 силового |
элемента |
||||||||
|
и упирающийся в нее рычаг 7, который |
так |
||||||||
|
же связан с рычагом 5 заслонки. Таким |
об |
||||||||
|
разом, |
силовой элемент |
оказывает |
на |
зас |
|||||
|
лонку |
действие, |
уравновешивающее |
воздей |
||||||
|
ствие сильфона 1. Перемещение рычага |
7 си |
||||||||
|
лового элемента передается перу или |
указа |
||||||||
|
телю 8 прибора. |
|
|
|
|
|
изме |
|||
|
На |
рис. VIII.4, б показана схема |
||||||||
|
рительного |
устройства для |
записи |
(показа |
||||||
Рис, VII1.5. Схема |
ния) одного параметра. В |
приборе |
ПВ10.1Э |
|||||||
задатчика прибора |
измерительная часть состоит |
из трех |
таких |
|||||||
ПВ10.1Э |
устройств |
(одного записывающего |
и |
двух |
указывающих).
Приборы ПВ10 имеют помимо измерительных устройств станцию управления, состоящую из ручного задатчика и переключателя, ко торые также построены на элементах УСЭППА. Связь между эле ментами осуществляется через отверстия в ножках и каналы в пла те, выполненной из органического стекла.
Узел задатчика (рис. V III.5) предназначен для установки зада ния при автоматическом регулировании 'и изменения положения клапана исполнительного механизма при ручном управлении. За дание устанавливают при помощи настроечного винта 1, ручка ко
торого выведена на |
переднюю панель прибора. Задатчик работает |
следующим образом. |
Воздух питания проходит через дроссель 2 |
в камеру А задатчика I под шарик 3, положение которого зависит от |
|
усилия пружины 4, |
и определяет количество воздуха, сбрасывае |
мого в атмосферу. Сжатый воздух поступает из камеры А задат чика / на вход усилителя мощности II и действует на мембраны, управляющие шариковым клапаном. Воздух из камеры Б усилителя через полый стержень 5 и камеру В может сбрасываться в атмо сферу.
Переключатель приборов ПВІО предназначен для перевода на три различных режима ведения технологического процесса в си
154
стеме регулирования: ручного управления Р, когда к исполнитель ному механизму регулятора подключается непосредственно дистан ционный (ручной) задатчик вторичного прибора; автоматического регулирования А, при котором исполнительным механизмом управ ляет регулятор, а задание регулятору устанавливают задатчиком вторичного прибора, и, наконец, автоматического программного регулирования АП, отличающегося тем, что задание является пе ременной величиной, поступающей на регулятор от программного задатчика.
Рассмотрим работу переключателя на примере ручного управле ния (рис. V III.6). Когда нажаты кнопка с индексом Р и кнопка ре-
Рис. VIII.6. Схема работы переключателя прибора ПВ10.1Э
гулятора «Выкл», камеры А элементов II и III сообщаются с ат мосферой (рп = 0 ; рпі = 0), сопла Сі реле этих элементов откры ты. В элементе I под действием воздуха питания (рі == 1), проходя щего в камеру А через кнопку АП, закрывается сопло Сі. Воздух давлением, пропорциональным величине задания, от ручного задат чика поступает через сопло С3 элемента III в камеру Б, а из нее в привод шкалы «Клапан» и в исполнительный механизм. Кроме того, через сопло С2 элемента I воздух проходит в привод шкалы «Зада ние» и в регулятор IV. От первичного прибора воздух давлением, пропорциональным измеряемой величине, подводится к входному штуцеру 7, подается на привод шкалы прибора «Переменная» и на штуцер 2 регулятора IV. При ручном управлении программный за датчик, который подключается к штуцеру 8, не оказывает влияния на процесс регулирования, так как сопло Сі реле элемента / за крыто.
Рассмотрим устройство и работу пневматических изодромных (пропорционально-интегральных) регуляторов. Регулятор ПР3.6
(рис. VIII.7) предназначен дл*я непрерывного регулирующего воз-
155
действия на исполнительный механизм. Регулятор получает зада ние от блока дистанционного задатчика. Совместно с регулятором можно также применять программные задатчики с автоматической программой по времени или по независимому параметру.
Регулятор состоит из усилительного реле (камеры А, Б, В, Г),
элемента сравнения и обратной связи (камеры Д, |
Е, |
Ж, К), |
изо- |
|||||||||||
дромного |
устройства (камеры Л, М, Н). Он работает |
следующим |
||||||||||||
образом. |
Сжатый |
воздух |
давлением 140 кПа (1,4 |
кгс/см2) после |
||||||||||
|
|
|
|
редуктора подводится |
в камеру |
|||||||||
|
|
|
|
А. Если |
между стержнем |
1 и |
||||||||
|
|
|
|
шариком 2 имеется |
зазор, |
воз |
||||||||
|
|
|
|
дух через канал стержня |
посту |
|||||||||
|
|
|
|
пает в камеру |
В, |
соединенную |
||||||||
|
|
|
|
с атмосферой. |
|
Когда |
же стер |
|||||||
|
|
|
|
жень 1 упрется |
в |
шарик |
2 и |
|||||||
|
|
|
|
отожмет его вниз, сжатый |
воз |
|||||||||
|
|
|
|
дух поступит в камеру Б и |
да |
|||||||||
|
|
|
|
лее через камеры О и Я |
на |
ре |
||||||||
|
|
|
|
гулирующий клапан. |
В камеру |
|||||||||
|
|
|
|
Е поступает сжатый воздух от |
||||||||||
|
|
|
|
измерительного первичного при |
||||||||||
|
|
|
|
бора, |
в камеру |
Ж — от задаю |
||||||||
|
|
|
|
щего устройства. При |
неравен |
|||||||||
|
|
|
|
стве давлений |
в камерах Я и Ж |
|||||||||
|
|
|
|
стержень |
3 меняет |
свое |
поло |
|||||||
|
|
|
|
жение относительно |
сопла 4. |
|||||||||
|
|
|
|
Предположим, что |
измеряе |
|||||||||
|
|
|
|
мая величина стала |
меньше |
за |
||||||||
|
|
|
|
данной, тогда стержень |
3 при |
|||||||||
|
|
|
|
кроет |
сопло |
4 |
и |
в |
камере Г |
|||||
Рис. VIII.7. Схема |
регулирующего |
начнет |
возрастать |
|
давление. |
|||||||||
Так |
как |
камеры |
Г и Д отде |
|||||||||||
|
блока ПР3.6 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
лены |
жесткой |
перегородкой, |
возросшее давление вызовет прогиб мембраны 5 вниз и перемеще ние полого стержня 1, который отожмет шарик 2. При этом умень
шится выход воздуха в атмосферу через канал стержня |
1 и в |
каме |
ру Я и увеличится приток воздуха в камеру Б, а оттуда |
через |
кла |
пан 6 в камеры обратной связи Д и К. Соотношение давления в ка мерах Д и К определяет обратное перемещение стержня 3 к соп
лу 4, т. е. обратную связь. Камеры Б и Д сообщаются, |
и давление |
||
в них равно. В камеру К врздух |
непрерывно |
поступает |
из камеры |
Б через регулируемый дроссель |
6 и выходит |
из камеры через по |
стоянный дроссель 7 и сопло 8, сообщающееся с атмосферой. Се чение дросселей б и 7 подобрано так, что, когда дроссель 6 открыт полностью, давление в камере К почти равно давлению в камере Д. Эффект обратной связи незначителен, и блок работает с очень не большим пределом пропорциональности. Когда закрывается дрос сель 6, разность давлений в камерах Д и К возрастает и увеличи
те