Пневматичні елементарні перетворювачі - Управління технологічними процесами та
В даний час пневматичні пристрої застосовуються у хімічній, нафтохімічній, газовій та інших галузях промисловості. Це пояснюється простотою пристрою та надійністю в експлуатації пневматичних приладів та регуляторів, а також їх пожежо- та вибухобезпекою.
У пневматиці використовується уніфікований сигнал - тиск стисненого повітря в діапазоні від 0,2 10 5 до 1,0 10 5 Па. Це дозволяє з'єднувати різні прилади та регулятори без додаткового узгодження їх вхідних та вихідних сигналів.
Всі численні пристрої пневматики складаються з невеликої кількості елементів: пневматичних резисторів, камер, вимірювальних елементів та ін. Дія цих елементів у статиці (коли повітря не рухається) та в динаміці (при русі повітря) різне.
Розглянемо основні закони пневматики.
У статиці основним законом пневматики є залежність між тиском стисненого повітрярі викликаною ним силоюF:
де S – площа, на яку діє тиск.
Рух повітря трубками, через камери та інші елементи супроводжується тертям його стінки, раптовими звуженнями, розширеннями і поворотами потоку. Все це створює опір руху повітря, подібно до опору електричного ланцюга проходженню струму.
Взагалі існує аналогія між витратою повітря через елемент і силою струму в електричному ланцюзі, перепадом тиску на елементі та падінням напруги і, нарешті, опором елемента руху повітря та електричним опором. Тому залежність між витратою повітря Q через елемент та перепадом тиску на ньому Др аналогічна закону Ома і має вигляд:
де R – пневматичний опір елемента.
Ця залежністьє основним законом пневматики у поступовій динаміці і найчастіше називається пневматичним аналогом закону Ома.
Величина пневматичного опору будь-якого елемента є постійною лише за ламінарному режимі руху, коли повітря рухається через елемент паралельними струменями, не перемішуючись. Зі збільшенням швидкості виникає турбулентний режим руху, у якому повітря рухається із завихреннями і перемішується. У цьому пневматичний опір стає величиною змінної і від перепаду тиску на елементі. Ця залежність має вигляд:
де k-коефіцієнт пропорційності.
Тут можна провести аналогію з діодом, внутрішній опір якого також не є постійним і залежить від прикладеної напруги.
У пневматиці пневматичний опір створюється спеціальними пристроями – пневматичними резисторами, або дроселями. Опір руху повітря в таких пристроях досягається за рахунок звуження прохідного перерізу повітряного каналу. У ланцюгах пневмоавтоматики дроселі мають таке ж значення, що й резистори в електричних ланцюгах.
Залежно від призначення дроселі поділяють на постійні та змінні. Прохідний переріз постійних дроселів у процесі роботи не змінюється. Вони є аналогами постійних резисторів. У змінних дроселів прохідний переріз можна змінювати у певних межах. Такі дроселі аналогічні змінним резисторам (наприклад, реостат).
За характером руху повітря постійні дроселі ділять на турбулентні та ламінарні. Турбулентні дроселі (рис.24 а) зазвичай виконують у вигляді жиклерів - каналів з малим ставленням довжини до діаметру, а ламінарні (рис.24 б) у вигляді капілярів - каналів з великим ставленням довжини до діаметру.
Мал. 24.Постійні дроселі:а -турбулентний, б - ламінарний
Найбільш поширені конструкції змінних дроселів показано на рис. 25.
Мал. 25.Змінні дроселі:а -циліндр-конус,б -поршень-канавка,в -сопло-заслінка;1 -втулка,2 -конус, 3 - канавка,4 -поршень, 5 - сопло,6 -заслінка
На рис. 25 а представлений змінний дросель типу циліндр-конус, що являє собою циліндричну втулку 1, вздовж якої переміщається конус
. Прохідний переріз такого дроселя залежить від положення конуса щодо циліндра.
На рис. 25 б зображений змінний дросель типу поршень-канавка. Він складається з циліндричної втулки 1 і 4 поршня з гвинтовою канавкою 3. Робоча довжина канавки змінюється при переміщенні поршня вздовж втулки. Пневматичний опір такого дроселя визначається не площею прохідного перерізу, як у попередньому випадку, а довжиною канавки.
На рис. 25,впоказаний змінний дросель типу сопло-заслінка, що складається з сопла5з циліндричним отвором і заслінки6.Пневматичний опір такого дроселя залежить від величини зазору між соплом та заслінкою та змінюється при переміщенні заслінки.
Пневматичні дроселі застосовуються в схемах дільників тиску, аналогічних дільникам напруги електричних ланцюгах. Найпростіший дільник тиску і двох послідовно з'єднаних дроселів з пневматичними опорами R1 і R2 (рис. 26).
Мал. 26.Дільник тиску
Аналогічно законам електротехніки перепади тискур1- р2тар2- р3на дроселях дільника тиску пропорційні їх пневматичним опорам R1 і R2:
З цієї формули можна знайти проміжний тискр2:
Проміжний тиск, як видно з формули (27), - результат складання двох тисківр1і р2,помножених на відповідні коефіцієнти. Тому схема дільника, наведена на рис.26, часто називається дросельним суматором.
Якщо повітря після другого дроселя в атмосферу, то p3=0. У цьому випадку формула (27) набуде вигляду:
Розглянемо тепер будову та принцип дії елементарних пневматичних перетворювачів, найбільш поширені з яких наведені в табл. 5.