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

При изготовлении струйных элементов — датчиков темпера­ туры из термостойких материалов (керамики, специальных тем­ пературостойких сплавов) они могут работать при очень низких и очень высоких температурах, при которых никакие другие дат­ чики работать не могут.

В самое последнее время в качестве датчиков (чувствитель­ ных элементов) температуры начинают применять струйные" ге-

н

нераторы, частота колебаний которых зависит от изменения тем­ пературы [58, 59].

Изменение частоты колебаний струйного элемента при изме­ нении температуры окружающей среды и, следовательно, темпе­ ратуры проходящего через него газа связано с зависимостью скорости звука в газе от температуры. Как известно, скорость звука а при условии, что процесс в звуковой волне адиабатиче­ ский, выражается формулой

а = ] / Щ

где R — газовая постоянная; Т — абсолютная температура в гра­ дусах Кельвина. Таким образом, скорость звука зависит только от температуры.

На рис. 156 представлена схема бистабильного струйного элемента, каждый из выходов которого замкнут через канал / отрицательной обратной связи на соответствующий вход элемен­ та. При изменении температуры окружающей элемент среды и протекающего по нему воздуха будет изменяться скорость про­ хождения звуковой волны в линиях отрицательной обратной связи. Например, при увеличении температуры время прохожде­ ния фронта звуковой волны по линии отрицательной обратной связи будет уменьшаться и частота колебаний будет расти.

280

Частота струнных бистабильных генераторов колебаний может быть подсчитана по формуле (см. рис. 157)

О2 1 + 2тс ’

где Ѳ= 2Цс + 2т — период колебаний; I — длина линии отрица­ тельной обратной связи; т — время переключения струи из одного стабильного положения в другое; с — скорость распространения колебаний по каналу отрицательной обратной связи.

Если предположить, что скорость распространения колебаний по каналу отрицательной обратной связи приближается к скоро­ сти звука, т. е. с ~ а, и время переключения т очень мало, то

Из последнего равенства следует, что

df = — dT.

2Т

Таким образом, изменение частоты при данной температуре пропорционально частоте, поэтому для увеличения чувствитель­ ности выгодно работать на больших частотах. Для получения постоянного сигнала давления, зависящего от температуры, час­ тоту сигнала, поступающую от струйного генератора, предназна­ ченного для измерения температуры, смешивают с эталонной частотой примерно той же величины, что и частота генератора. Затем низкочастотный сигнал частоты биений при помощи схе­ мы, построенной на струйных элементах, превращают в постоян­ ный сигнал.

Струйный измеритель числа оборотов. Действие одного из струйных измерителей числа оборотов основано на преобразова­ нии импульсов различной ширины в импульсы постоянной шири­ ны (независимо от частоты следования импульсов) и изменении скважности следования импульсов в функции измеряемого числа оборотов.

Принципиальная схема и циклограмма работы преобразова­ теля показаны на рпс. 158, 159. Входной сигнал р, с частотой /, поступает в запоминающее устройство ЗУ и далее во временное устройство ВУ, на выходе которого формируются импульсы оди­ наковой ширины, причем ширина импульсов не зависит от часто­ ты fi.

До поступления очередного входного импульса давление пе­ редается от элемента памяти 5 по каналу 1 (рис. 158) на вход логического элемента 4, выполняющего операцию И. При подаче входного импульса р, давление с выхода элемента И передается по каналу 3 на вход элемента памяти 5. Давление в канале 1 ис­ чезает, и входной сигнал fj на дальнейшее протекание процесса влиять не будет. С выхода элемента памяти 5 давление переда-

281

J L

А -

5)

.JV lA /V A JV x n JV "

fi ААГѴПЛАЛДіѴ Ш

а)

Рис. 160. Осциллограммы работы преобразователя скважности при раз­ личных частотах следования входных импульсов:

ется по каналу 2 положительной обратной связи ко второму ка­

налу управления, благодаря чему происходит запоминание сиг­ нала на выходе 13. Одновременно по каналу 12 сигнал с выхода элемента 5 передается на вход усилителя 9, в котором происхо­ дит окончательное формирование выходного сигнала ро. При поступлении давления в выходной канал 1 0 оно будет переда­ ваться также по каналу обратной связи 1 1 и через дроссель 8 в

камеру 7. С повышением давления в камере 7 оно начнет пере­

ментальными характеристиками, приведенными на рис. 160, 161. Если время чередования импульсов р\ изменяется, то при раз­ личных периодах их повторения Ти Т2 и Т3 (на рис. 159) для ро

меняется скважность сигналов и, следовательно, величина, об­ ратная скважности у = т/Т. Так как Т = 1/f, где f — частота, то

у = т/. Таким образом, у прямо пропорциональна частоте f. Экспериментальная характеристика показана на рис. 161.

Входное устройство в измерителе — диск с отверстиями, же­ стко связанный с валом и прерывающий струю в элементе трубка — трубка, либо любой импульсный элемент, характери­ зующий вращательное движение. При изменении числа оборотов вала (угловой скорости со) меняется частота повторения сигна­ лов на входе элемента 4 и изменяется скважность сигналов на выходе элемента 9. От скважности сигналов зависит давление в выходной камере 7, соединенной с выходным каналом элемен­ та 9 через дроссель 8 .

3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СИСТЕМ ПНЕВМОНИКИ

На выходе струйной управляющей части системы формиру­ ются сигналы низкого давления порядка 40—100 мм вод. ст. Эти сигналы необходимо преобразовать для обеспечения воздейст­ вия на исполнительный механизм.

283

Ряд выпускаемых серийно датчиков технологических процес­ сов имеют электрический выходной сигнал. Чтобы подать такой сигнал на вход струйной системы управления, его необходимо преобразовать в пневматический сигнал определенного диапазо­ на. Необходимо также контролировать форму сигналов и объ­ ективно оценивать статические и динамические характеристики струйных систем. Преобразование сигналов с выходов струйных элементов и систем в электрические сигналы для обеспечения соединения этих устройств с электронной осциллографпрующеи и регистрирующей аппаратурой осуществляется с помощью пневмоэлектрпческпх преобразователей. Для индикации могут быть использованы как пневмоэлектрпческпе, так и пневмоме­ ханические преобразователи.

Устройства, соединяющие струйную управляющую часть с исполнительными механизмами, определяются видом привода и могут быть пневмоэлектрпческимп, пневмогпдравлпческпміц пневмомеханическими, пневмопневматнческпми, преобразующи­ ми сигналы низкого давления в сигналы высокого давле­ ния— так называемые повысптелп давления и мощности. Ниже будут рассмотрены некоторые наиболее распространенные пре­ образователи систем пневмоники [4, 35].

Пневмоэлектрические преобразователи. По назначению пневмоэлектрпческпе преобразователи систем пневмоники мож­ но подразделить на две группы: 1) преобразователи, используе­ мые для исследования струйных элементов и устройств и конт­ роля их параметров; 2) преобразователи, предназначенные для получения электрического сигнала необходимой мощности в це­ пи управления.

Среди пневмоэлектропреобразователей, предназначенных для контроля и исследования протекающих в струйных устрой­ ствах процессов, наибольшее распространение получили индук­ тивный аналоговый преобразователь типа ПЩ-12 — измеритель давления; термоэлектрические струйные анемометры — измери­ тели расхода и чувствительные тензодатчики.

иудобством в эксплуатации. Он позволяет без какой-либо спе­ циальной усилительной электронной аппаратуры оперативно контролировать с помощью стандартного электронного осцилло­ графа и звукового питающего генератора происходящие в струй­ ных устройствах процессы изменения давления как низкой, так

ивысокой частот, оценивать длительность и форму пневмоим­ пульсов, а также уровень и характер шумов. Чувствительный элемент пневмощупа представляет собой индуктивный датчик, собранный по трансформаторной схеме (рис. 162, а). Пневмодат-

ч і і к состоит из дифференциального трансформатора, в который

284