книги из ГПНТБ / Березовец Г.Т. Приборы пневматической агрегатной унифицированной системы и их использование для автоматизации производственных процессов

Пропорциональность между током i7 и положением катушки обусловливается установкой двух плоских пружин 5, которые одновременно центрируют катушку в зазоре. Каждому току iy соответствует определенное положение заслонки и, следовательно, давление на выходе преобразователя *.

Узел обратной связи аналогичен одноименному узлу в преобра­ зователе ЭППЛ и состоит из сильфонов.

Сильфоны нагружены цилиндрической пружиной 9. Сжатие пружины регулируется винтом 10.

Мощность, потребляемая катушкой для изменения давления на выходе на 0,4 кГ/см2, равна 6 мет при сопротивлении 650 ш .

Диапазон измерения по току ^ 3 ма.

Давление воздуха на входе преобразователя 0,2—1 кГ/см2. Основная погрешность преобразователя составляет не более

0,7%.

Зона нечувствительности не превышает 0,15%, т. е. изменение тока в катушке на 10 ца вызывает изменение давления на выходе преобразователя.

Изменение температуры в пределах 2—50° С не вносит допол­ нительной погрешности, если в качестве рабочей характеристики использовать зависимость рвых = /(iy)»

Когда на вход преобразователя подается не ток, а напря­ жение, появится дополнительная погрешность, обусловленная изменением сопротивления управляющей катушки.

Преобразователь Т Д -iOA

Преобразователь аппаратного типа для термопар, называемый датчиком температуры типа ТДЛОА (рис. 37), состоит из электрон­

1 Принципиальная схема вторичного реле такая же, как и в преобра­ зователе ЭППЛ.

стоянного магнита магнитоэлектрического реле 2. Для увеличения стабильности работы этого аппарата в цепь термопары подается напряжение постоянного тока, противоположное по знаку т. э. д. с., т. е. вводится отрицательная обратная связь. Коэффициент обратной связи равен примерно 40%. Сопротивления 11 предна­ значены для регулирования этого коэффициента и компенсации температурной погрешности линий обратной связи. Величина усилия, втягивающего катушку 3 в зазор реле 2, при постоян­ стве прочих условий пропорциональна величине постоянного тока в катушке, а следовательно, измеряемой т. э. д. с. Для сниже­ ния температурной погрешности реле 2 служит биметаллический компенсатор 8.

Катушка 3 связана с левым концом рычага 12, подвешенного на пружинах 4 и опирающегося правым концом на пружинную опору 6. Этот рычаг через шток 5 передает усилие от втягивания катушки 3 внутрь магнита 2 пневмопреобразователю 7 (схема и описание его действия были приведены при описании задат­ чика ПД-ЗЪА). Давление на выходе преобразователя изменяется от 0,2 до 1 кГ/см2 при изменении т. э. д. с. термопары в диапазоне, на который оттарирован данный преобразователь ТДАОА.

§5. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Вкачестве исполнительных механизмов, работающих в ком­ плекте с регулирующими и другими блоками АУС могут быть применены следующие:

1) мембранные пневматические исполнительные механизмы;

2)поршневые пневматические механизмы;

3)поршневые гидравлические с пневмогидравлическими пре­ образователями *.

Мембранные исполнительные механизмы

Наиболее широкое применение получили мембранные испол­ нительные механизмы, так как они просты по конструкции, дешевы и надежны в эксплуатации.

Мембранный исполнительный механизм состоит из приводной части и регулирующего органа. Привод развивает усилие, необхо­ димое для перемещения регулирующего органа. Регулирующими органами являются: клапаны, вентили, задвижки, краны, за­ слонки и другие устройства, устанавливаемые на трубопроводах, по которым протекают жидкость, газ, пар и т. п.

Привод в виде мембранной головки, состоит из мембраны, пружины и пневматической камеры, к которой подводится да­ вление от регулятора. На жестком центре мембраны укреплен шток, связанный со штоком золотника или с заслонкой.1

1 Исполнительные механизмы часто называют также сервоприводом, например мембранный сервопривод, пневматический поршневой серво­ привод и т. д.

71

При изменении давления, действующего на мембрану, послед­ няя прогибается и перемещает регулирующий орган.

Диапазон изменения давления сжатого воздуха, подводимого к исполнительному механизму, равен р — 0 -h 1 кГ/см2. При изменении давления в пределах 0—1 кГ1см2 регулирующий орган совершает полный ход.

Для получения необходимого усилия выбирают мембранные головки соответствующего размера. Чем больше эффективная площадь мембраны, тем большее усилие развивает исполнитель­ ный механизм. Пропорциональная зависимость между ходом регу­ лирующего органа и давлением воздуха, подводимого к испол­ нительному механизму, достигается установкой специальной пружины.

Исполнительные механизмы в зависимости от способа уста­ новки пружины подразделяются на два типа. На рис. 38 изобра­ жен исполнительный механизм с пружиной, установленной под мембраной, а на рис. 39 — механизм с пружиной над мембраной.

72

К характеристикам исполнительных механизмов предъявляются: определенные требования. Например, зависимость хода регули­

73-

рующего органа от подводимого командного давления должна быть линейной. Отклонение от линейности не должно превышать 1—2% от полного хода регулирующего органа.

Характеристика исполнительного механизма не должна иметь большого гистерезиса. Допустимый гистерезис (разница между прямым и обратным ходом) не должен превышать 2% полного хода регулирующего органа. Гистерезис определяется как внут­ ренним трением самой пру­

стоянной, особенно в широком диапазоне может изменяться вели­ чина гистерезиса. Для устранения этих явлений, а также для уве­ личения чувствительности исполнительных механизмов к команд­ ному давлению, передаваемому от регулятора, применяются специальные усилители мощности с обратной связью по положе­ нию регулирующего органа. Подобные усилители называются позиционерами и устанавливаются непосредственно на испол­ нительном механизме. Схема позиционера (или позиционного реле) изображена на рис. 41.

Усилитель мощности состоит из камеры 8 и золотника 7, связанного рычагами 3 и 4 с дном приемного сильфона и штоком 5 регулирующего органа. Командное давление, которое обычно может изменяться в пределах от 0 до 1 кГ/сж2, подводится по

74

Распределительное устройство (второй каскад усиления)

Распределитель, представляющий собой устройство клапан­ ного типа, управляется первым каскадом усиления (управляющее устройство) и предназначен для усиления по мощности и распре­ деления потоков воздуха, направляемых в полости цилиндра. Применение распределителя клапанного типа вместо обычного золотника устраняет технологические трудности, связанные с из­ готовлением золотников (требуется высокая степень точности их изготовления). Кроме того, такой распределитель позволяет получить более высокую скорость отработки входного сигнала.

Распределительное устройство построено на принципе ком­ пенсации сил. В нем в качестве распределительных клапанов используются клапаны шарикового типа.

Разность давлений pi — рз с управляющего устройства по­ ступает на вход распределителя в камеры 4 и 9. В зависимости от знака входного сигнала pi — рз шток перемещается вверх или вниз и открывает соответственно верхний или нижний шари­ ковый клапан. Другой шарик в это время закрыт, так как пру­ жинка, расположенная под шариком, прижимает его к седлу.

При этом одна из камер 3 или 10 оказывается сообщенной через открытый шариковый клапан 1 с источником питания (питание подводится к камерам 2 и 11), а другая в это время через канал в штоке 6 сообщается с атмосферой. Камеры 3 и 10 соединяются с полостями цилиндра поршневого сервомотора.

Поясним назначение компенсационных камер 5 и 8. У нагру­ женного поршневого сервомотора давления воздуха рз я pi в по­ лостях цилиндра отличаются друг от друга, разность их зависит от нагрузки на шток. Ввиду этого на шток распределителя 6 будет действовать сила, зависящая от нагрузки на шток поршня. Эта сила в статике уничтожается из-за неравенства давлений в камерах 4 и 9. Неравенство давлений в этих камерах будет существовать вследствие того, что одному и тому же давлению рвх соответствуют различные положения заслонки 16 управляющего устройства II, определяемые нагрузкой на поршень. Кроме того, при резком изменении нагрузки на поршне скачкообразно изменяются давления рз и pi, тогда, если не успеет сработать обратная связь, то шток 6 откроет один из шариков, и питание поступит в одну из полостей цилиндра так, что поршень сдви­ нется в сторону действия нагрузки, т. е. в этом случае будет существовать положительная обратная связь.

Для предотвращения этого в распределителе предусмотрены две компенсационные камеры 5 и 8. Эффективные площади мем­ бран каждой из камер рассчитаны таким образом, что их раз­ ности равны соответственно эффективной площади мембран 24

и25. Распределитель срабатывает при разности давлений pi —

—рз — 0,2 ати. Для устранения зазора между штоком и шариками предусмотрена специальная регулировочная гайка 7.

76

Управляющее устройство (первый каскад усиления)

Управляющее устройство служит для усиления входного сигнала Дрвх по давлению и для получения выходного сигнала со знаком «+» или «—» в зависимости от того, увеличивается или уменьшается давление р вх.

Разность давлений рг — р2 с входа управляющего устрой­ ства подается на вход распределителя.

Основной деталью управляющего устройства является Г-об- разный рычаг 12, вращающийся вокруг оси 13. На один из по­

Г-образный рычаг поворачивается вокруг своей оси, и заслонка 16 прикрывает одно из сопел пневмореле (14, 17) и открывает дру­ гое. При этом разность давлений (pi — pz) на выходе управля­ ющего устройства резко возрастает (от 0 до 1 ати) и заставляет срабатывать распределительное устройство.

Пружина обратной связи

Пружина обратной связи находится внутри полого штока 21. Усилие пружины передается на поводок управляющего устрой­ ства при помощи иглы 20, которая проходит через латунную втулку.

Утечки воздуха через зазор между иглой и втулкой малы и практически не имеют значения.

Для ограждения деталей управляющего устройства от по­ ломки при вращении штока с поршнем служит обычный противозакручиватель 18.

Центральное расположение пружины обратной связи позво­ ляет защитить ее от внешних воздействий и отказаться от раз­ личного рода рычагов обратной связи.

Растяжение пружины на полный ход поршня позволило использовать пружину обратной связи с малой жесткостью, вследствие чего повысилась чувствительность системы.

Цилиндр и поршень

Цилиндр и поршень изготовлены из дюраля. Уплотнением штока в цилиндре служит резиновая манжета. Для уплотнения поршня в цилиндре применены два резиновых кольца. Кольца посажены на поршень так, что между внутренним диаметром кольца и внутренним диаметром канавки образуется некоторый зазор (когда поршень вставлен в цилиндр, обычно зазор равен при­ мерно 0,05 мм на диаметр). Такая посадка обеспечивает сжатие кольца по линии круга, а не по толщине кольца, вследствие чего сила трения поршня о цилиндр сравнительно невелика. У изго­ товленного образца она составила 4 кГ.

77

Работа схемы в целом

При изменении входного сигнала рвх сильфон, воздействуя на Г-образный рычаг, поворачивает его. В результате этого на

ства. Распределительное устройство, срабатывая, сообщает одну из полостей цилиндра с питанием, а другую — с атмосферой. Под действием разности давлений р з — pi в полостях цилиндра поршень приходит в движение и воздействует на пружину об­ ратной связи, усилие которой при помощи иглы передается на Г-образный рычаг. Поршень будет двигаться до тех пор, пока в междроссельных камерах пневмореле (14, 17) не установятся одинаковые давления, что будет соответствовать среднему поло­ жению заслонки между соплами и равенству моментов относи­ тельно оси 14.

Коэффициент усиления замкнутой системы ПСП может быть изменен путем изменения расстояния между осью 13 рычага 12 и точкой приложения усилия от пружины обратной связи.

Ширина зоны нечувствительности при заданном коэффициенте усиления системы регулируется изменением величины началь­ ного натяга пружины.

Чувствительность настраивается путем изменения зазора б. Дроссель 22 служит для настройки времени полного хода поршня, а дроссель 23 — для выравнивания давления в полостях по обе стороны поршня, когда необходимо перемещать регули­

рующий орган вручную.

Гидравлический следящий привод Г С П - 1

В отличие от существующих гидравлических исполнитель­ ных механизмов 1 следящий привод ГСП-1 (рис. 44) может упра­ вляться не только гидравлическими регуляторами, но и сигна­ лами, поступающими от пневматических и электронных регу­ ляторов. Универсальность следящего привода ГСП-1 позволяет применять его как для регулирования отдельных параметров процессов, например температуры, давления, расхода, так и для комплексной автоматизации.

Привод ГСП-1 может работать с пневматическими регулято­ рами, например с регулятором, типа 0,4, электронными регу­ ляторами ЭПД-31, ЭМД-231 с пневматическими регулирующими устройствами, электронными регуляторами ЭМД-227, ЭМП-107, ЭМП-120 с приставкой ИР-130, а также с пневматическими и электронными регуляторами АУС.

При работе привода с электронными регуляторами для пре­ образования электрического сигнала в давление масла исполь­

1 То есть от гидравлических исполнительных механизмов, работающих в комплекте с гидравлическими струйными усилителями мощности.

78

зуется промежуточное устройство — электрогидравлический пре» образователь.

Входной управляющий сигнал, задаваемый в виде давления воздуха или масла, по линии 1 поступает в наружную камеру управляющего элемента 2. Одновременно во внутреннюю камеру сильфона этого же элемента подается жидкость от клапана 7 обратной связи под давлением, изменяющимся пропорционально ходу поршня гидравлического двигателя 5:

Если усилия, развиваемые в управляющем элементе от дей­ ствия входного давления и давления обратной связи, не равны,

Рис. 44. Принципиальная схема гидравлического следящего привода.

влический усилитель выполнен так, что его золотник точно «сле­ дит» за перемещением штока управления. При смещении золот­ ника 3 из среднего нейтрального положения масло из напорной линии 17 поступает через выточку золотника в одну из камер гидравлического двигателя и перемещает поршень. Одновре­ менно происходит слив масла из другой камеры через вторуювыточку золотника. При помощи кривошипного механизма прямо­ линейное перемещение поршня преобразуется в круговое дви­ жение выходного вала 9. Этот вал через рычажный механизм 8 соединен с регулирующим органом объекта регулирования.

На выходном валу 9 гидравлического двигателя укреплен кулачок 6, который перемещает шток клапана обратной связи, благодаря чему угол поворота выходного вала гидравлического

7»