Файл: Полубояринов Ю.Г. Основы машиностроительной гидравлики и пневматики учеб. пособие.pdf

При конструировании приборов стремятся использовать весь рабочий участок, обеспечив тем самым максимально возможное передаточное отношение в заданных пределах (диапазоне) измере­ ний.

Пределы (диапазон) измерений. В зависимости от способа на­ ладки прибора устанавливаются пределы измерений, определяю­ щие длину рабочего участка характеристики. Как указывалось выше, применяют три способа наладки. Наладка по первому способу осуществляется при помощи установочных калибров, размеры ко­ торых соответствуют наладочным зазорам, близким по величине зазору s*. При этом способе номинальное передаточное отношение 1г0 принимается равным максимальному ko (в точке перегиба ха­ рактеристики, рис. 54) во всем диапазоне измерений k0 = k*0. Повторому способу наладка производится по двум предельным уста­ новочным калибрам. При этом способе номинальное передаточное

•>(&о)оср-

Установим приближенно пределы измерений, имея в виду пер­ вый способ наладки. Для этой цели вначале определяются коорди­ наты точки перегиба характеристики s* и h*. При вычислении ко­ ординаты s* по уравнению (100) находим вторую производную функ­ ции h = f (s) и, приравняв ее нулю, получим

Подставив значение s* в уравнение (100), находим

Определив точку перегиба (s*, h*), проводим через нее прямую MN под углом к оси абсцисс, тангенс угла равен ko. Значение kl определяется по максимуму функции А = ^(s) из выражения (102)

Крайние точки прямой MN определяют пределы измерений, т. е. наименьший измеряемый зазор sx и наибольший зазор s2 . При этом для указанных зазоров измерения будут производиться с наиболь­ шими погрешностями Asx и As2 . Поэтому необходимо эти точки вы­ бирать с таким расчетом, чтобы погрешности Asx и As2 (и отвечаю-

114

щие им погрешности отсчетов Ah± и ДЛ2) находились в пределах поля допуска измеряемых изделий. Ясно, что чем больше допусти­ мая погрешность измерений, тем больше и диапазон измерений s1—s2.

Точность измерений. Различают статическую и динамическую точность измерения пневматическими приборами. Статическая точ­ ность приборов определяется погрешностями измерений при ста­ ционарных режимах системы. Динамическая точность свойственна пневматическим приборам, работающим в условиях нестационар­ ных (переходных) режимов (например, в контрольных автоматах).

Погрешности многократных измерений при стационарных ре­ жимах складываются из систематической погрешности А и случай­ ной погрешности А'. При нормальном законе распределения случайной погреш­ ности А' величина предельной погреш­ ности равна А0 = А + За, где а — средняя квадратичная погрешность рас­ пределения ошибок.

Систематические погрешности изме­ рений обусловлены: а) нелинейностью характеристики прибора h = f (s); б) не­ стабильностью рабочего давления воз­ духа*; в) наличием зазоров в соединяе­ мых деталях, гистерезиса пружин, пере­ менными силами трения; г) погрешно- 2\ стью установочных калибров и т. п.

Основным источником систематиче­ ских ошибок является нелинейность характеристики пневматических прибо­ ров. При нелинейной характеристике

номинальное передаточное отношение k0 в общем случае не равно текущему значению k. Допустим, что стрелка отсчетного устрой­

* Нестабильность рабочего давления зависит от погрешностей стабили­ затора давления (см. § 14).

115

где SJL и s2 — наладочное значение зазоров при определении деле­ ний шкалы отсчетного устройства.

Из формулы (106) следует, что систематическая погрешность Д зависит от параметров прибора, определяющих закон изменения передаточного отношения k и от выбора размеров наладочных ка­

помощи изменения параметров прибора, главным образом при по­ мощи изменения диаметра отверстий сопел. Практически удобнее осуществлять эту задачу путем увеличения диаметра отверстия входного сопла. Отрицательной стороной этого метода повышения

американской фирмы Федерал, схема которого показана на рис. 56. В этом приборе используется комбинация относительно низкого пневматического передаточного отношения с высоким передаточ­ ным отношением механического индикатора. Принцип работы при­ бора заключается в следующем. Сжатый очищенный воздух через входные сопла 1 я 2 поступает в две параллельные ветви. По одной ветви воздух направляется к измерительному соплу 4, а по дру­ гой — к регулирующему вентилю (сопло с конусной иглой) 7.

Между ветвями включена сильфонная коробка 5 с сильфоном 3, который связан измерительным штоком с отсчетным устройством 6.- Благодаря высокому передаточному отношению сильфонного уст­ ройства в приборе типа «Дименшионер» может быть получена точ­ ность измерений, составляющая десятые доли микрона.

Сокращение погрешности Д может быть достигнуто также при­ менением дифференциальных и компенсационных схем, рассмотрен­ ных выше, использованием цепей отрицательных обратных связей, линеаризацией характеристик посредством использования специ­

116

рами в основном определяется характеристикой времени срабаты­ вания.

Время срабатывания. Интервал времени, отсчитываемый с мо­ мента установки детали на измерительную позицию до полной ста­ билизации положения указателя прибора, называется временем срабатывания. За время срабатывания устанавливаются постоян­ ные значения давления и расхода воздуха и положение чувствитель­ ного элемента.

Время срабатывания пневматических приборов может быть зна­ чительно больше, чем механических, оптических и электрических приборов, и составляет от 1—2 сек до 5—10 сек, в редких случаях снижаясь до 0,3 — 0,5 сек.

Основным фактором, влияющим на величину времени срабаты­ вания, является время стабилизации давления воздуха в измери­ тельной камере, которое зависит от величины рабочего давления и объема измерительной камеры. Обычно в приборах низкого дав­ ления время срабатывания при прочих равных условиях меньше, чем в приборах высокого давления. Время срабатывания возрастает с увеличением объема измерительной камеры. В большинстве слу­ чаев объем измерительной камеры составляет 20—100 см5.

При постоянном значении рабочего давления время, срабаты­ вания будет зависеть от диаметра входного сопла. В жидкостных приборах типа «Солекс» с объемом измерительной камеры 50 см3

Время срабатывания является непрерывной функцией измери­ тельного зазора и достигает минимума при зазоре, соответствующем наибольшему передаточному отношению, т. е. в точке перегиба ха­ рактеристики. В пределах прямолинейного участка характеристики изменение величины времени срабатывания незначительно.

Время срабатывания непосредственно связано с динамической точностью прибора. Если через h обозначить текущее значение по­ казания прибора, а через h0 — «статическое» показание, то раз­ ность Ah = h0 — h представляет собой динамическую погрешность измерений. Общий вид характеристики прибора, представляющей собой зависимость величины h от времени, показан на рис. 57.*

При наличии такой характеристики можно установить наимень­ шее значение времени срабатывания 4раб> задаваясь. допустимой погрешностью отсчета Ah (соответствующая погрешность измере­ ния As).

* Эта характеристика соответствует измерению постоянного (не изме­ няющегося во времени) размера. При непрерывном контроле размера, ме­ няющегося во времени (например, овальность детали), динамической харак­ теристикой будет являться амплитудно-частотная характеристика, представ­ ляющая собой зависимость амплитуды колебании чувствительного элемента от частоты изменения-измеряемого размера.

117

Приводим сравнительные данные о времени срабатывания и погрешности измерения приборов высокого давления с сильфонным чувствительным элементом (рабочее давление в 1 кГ/см2):

. Для уменьшения времени срабатывания и интенсификации про­ цесса измерений в настоящее время разработаны два способа. Пер­ вый способ состоит в том, что в измерительной камере обеспечи­ вается незначительная разность начального и конечного давления воздуха за счет полной или частичной изоляции измерительной ка­

меры во время отсутствия операции измерения. Второй способ предусма­ тривает применение пневмоэлектрических датчиков и реле времени, на­ строенных на требуемую величину времени срабатывания.

С помощью этих устройств можно фиксировать показание прибора с на­ перед заданной динамической точ­ ностью.

Не рекомендуется для уменьшения времени срабатывания изменять в оп­ ределенную сторону те или иные па­

раметры приборов (рабочее давление, диаметр входного сопла, объем измерительной камеры и др.), так как эти изменения могут привести к снижению точности и ухудшению других показателей приборов.

Ротаметрические приборы

Описание ротаметрического прибора непосредственного дейст­ вия приводилось в § 1. Получим расчетную зависимость, связываю­ щую показания прибора — отсчет,- фиксирующий положение по­ плавка в трубке,— с величиной измерительного зазора. При вы­ воде зависимости воспользуемся тем же принципом, который выше был использован при рассмотрении манометрического прибора.

Имея в виду установившееся движение воздуха в проточной части ротаметрического прибора по условию неразрывности потока

v i и иизм — средние скорости.

118