Файл: Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики.pdf

давления р и входного параметра — тока і, получаем уравнение статики электропневмопреобразователя:

р = А і + р т

где

2. ДАТЧИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУЙНОЙ ТЕХНИКИ

Пневматические датчики температуры без подвижных дета­ лей. Если ламинарный пневматический дроссель подвергнуть

твердого тела. Однако всегда представляется возможность таким образом выбрать параметры ламинарного дросселя, что измене­ ние температуры либо совсем не будет сказываться на изменении пневматического сопротивления, либо это изменение будет ни­ чтожно малым.

Увеличение сопротивления пневматического ламинарного дросселя при увеличении температуры можно объяснить следу­ ющим образом. При нагревании газа, протекающего, например, через дроссель 2, включенный в делитель давления (рис. 152), в системе происходит расширение газа п, как следствие этого, увеличение скорости течения. Но увеличение скорости течения может быть достигнуто только при увеличении перепада давле­ ний на дросселе, т. е. при увеличении давления р и что эквива­ лентно увеличению сопротивления дросселя 2.

276

Сопротивление турбулентных дросселей при их нагревании тоже увеличивается, однако это увеличение не столь ярко выра­ жено, как у ламинарных дросселей.

Простейшим пневматическим датчиком температуры может служить делитель (рпс. 152), состоящий из турбулентного дрос­ селя 1 и ламинарного капиллярного дросселя 2 .

Можно найти зависимость между температурой воздуха, про­ текающего через последовательно соединенные турбулентный дроссель II ламинарный капилляр, и давлением воздуха в камере, расположенной между дросселями 1 п 2 в статическом режиме.

Для этого необходимо приравнять расход воздуха через турбу­ лентный дроссель расходу воздуха через капилляр. Формирова­ нием параболического профиля скоростей на начальном участке капилляра пренебрежем, т. е. расход воздуха через капилляр будем рассчитывать по формуле Пуазейля. Тогда для случая до-

где Fu— площадь поперечного сечения капилляра.

Следует учесть, что коэффициент динамической вязкости цд также зависит от температуры, причем наиболее простой являет­

Показатель степени я для воздуха в диапазоне температур 90— 300° К равен 8/э, а при температурах 300—400° К я = 3Д. Исклю­ чив из уравнения (129) с помощью равенства (130) рд, получим

2/1+ 1

Р \ - Р 1

Т =

V Р\ (Ро---Рі)

где постоянная величина

Щя/ЦдоЦ./7 У2R

Поступая аналогичным образом, можно найти зависимость между температурой Т п давлением в междроссельной камере р для случая критического течения воздуха (р\/р0 ^ 0,5) через

турбулентный дроссель:

Ро

277

где

Іб я / Ц д о ц .^ У R

Температуру среды можно измерять с помощью пневматиче­ ских мостпковых схем, подобных электрическим мостам Уитсто­ на. Одна из таких схем представлена на рис. 153. В диагональ моста включен дифференциальный манометр, измеряющий раз­ ность давлений, образующихся в междроссельных камерах верх­ ней и нижней ветвей моста. Нагревая сразу два ламинарных дросселя верхней и нижней ветвей моста, один нз которых яв­ ляется первым, а другой — вторым по потоку, можно существен­ но повысить чувствительность устройства. Для настройки на-

ность давлений. Так, например, электрический ток, проходящий через нагревательную катушку, может отдавать тепло пневма­ тическому сопротивлению. Таким способом могут быть преобра­ зованы электрические величины в давление без подвижных деталей. На рис. 154 показана зависимость перепада давлений в диагонали моста от температуры сопротивления [46].

Разница между электрическим п пневматическим сопротив­ лением состоит в том, что при изменении температуры у первого изменяется электрическая проводимость материала, а у второго сопротивление зависит главным образом от свойств протекаю­ щего по нему газа.

Существенным недостатком способа измерения температуры с помощью пневматических сопротивлений является низкое бы­ стродействие, что связано с необходимостью передачи тепла че­ рез стенки сопротивления к протекающему по нему газу. По­ этому такие датчики целесообразно применять при регулирова­ нии температуры объектов с большими постоянными времени.

278

Описанные датчики целесообразно использовать также в качест­ ве дискретных устройств для измерения положения уровня жид­ костей, имеющих очень низкую температуру, таких, как жидкий кислород, азот и т. д. В этом случае из-за большой разности температур сопротивления и жидкости скорость передачи тепла через стенки металлической капиллярной трубки в начальный период переходного процесса значительно возрастает.

Помимо проточных пневматических камер, содержащих тур­ булентные и ламинарные дроссели, и пневматических мостпко-

ламинарный капилляр 2. Благодаря взаимодействию питающей и управляющей струи результирующая струя отклоняется на угол а и попадает в выходной канал 3. Зависимость tg а от абсо­ лютной температуры Т для случая взаимодействия турбулентной и ламинарной струй выражается равенством [26]

0 (374+ 5,03Г)2Г ’

где с — постоянный коэффициент для элемента заданной геомет­ рии при неизменном давлении питания р0, заведенного в питаю­ щий канал 1 и в канал управления 2 , и неизменном давлении ок­

ружающей среды.

При увеличении температуры окружающей струйный элемент среды сопротивление ламинарного управляющего канала 2 воз­

растает, угол отклонения струи а уменьшается н давление в при­ емном канале 3 падает. Примерный вид зависимости давления в приемном канале р от температуры в статике показан на рис. 155, б.

Установлено также, что эффект отклонения результирующей струи в зависимости от температуры получается и при однотип­ ных питающих и управляющих каналах (турбулентных или ла­ минарных), но при различной геометрии самих каналов (здесь имеются в виду как размеры, так и форма каналов).

279