Дослідження механікопневматичного перетворювача "сопло-заслінка"

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІКОПНЕВМАТИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА "СОПЛО-ЗАСЛІНКА"

Мета роботи - ознайомитись з будовою і принципом дії перетворювача типу "сопло-заслінка"; експериментально встановити його статичні характеристики.

Механопневматичний перетворювач типу "сопло-заслінка" служить для перетворювання механічних переміщень в пневматичний сигнал і є одним з основних елементів аналогових і дискретних систем пневмоавтоматики. Він складається (рис. 1) з постійного пневмоопору ПП, що являє собою капіляр, і керуємого пневмоопору КП, виконаного у вигляді сопла 1 і заслінки 2. Між постійним і керуємим пиевмоопорами включена пневмоемкість ПЄ.

Перетворювач типу "сопло-заслінка" можна розглядати як проточну пневмокамеру з постійним і керуючим пнввмоопорами.

Перетворювач працює таким чином. До постійного пиевмоопору підводиться повітря живлення з тиском Р_о. При зміні відстані її між соплом 1 і заслінкою 2 змінюється тиск в пневмоємності ПЄ. Цей тиск і є вихідним сигналом перетворювача.

Статична характеристика цього перетворювача являє собою залежність зміни тиску у пневмоємності ПЄ від величини переміщення заслінки.

Ця характеристика на всьому участку зміни h має малу крутизну і значно відрізняється від релейної (рис.2, б, крива 2).

Як бачимо з рис.2, на початковому проміжку статична характеристика має малий кут нахилу до осі h, далі кут нахилу збільшується, а потім знову зменшується. З нелінійності статичної характеристики перетворювача використовують тільки її середній робочий проміжок. При великій відстані від сопла положення заслінки практично не впливає на тиск у проточній камері, а при малій відстані перетворювач дуже чутливий до вібрацій і перекосів заслінки відносно сопла. Для підвищення чутливості і точності перетворювача необхідно збільшити крутизну і лінійність робочого проміжку змістити його вправо від початку вісі координат і підняти участок, попередній йому, в зону великих тисків у камері перетворювача, т.ч. приблизити криву 1 до кривої 2 (рис.2, а).

Для приближення статичної характеристики до релейної в пневмоавтоматиці використовують пристрій постійного перепаду тиску на одному з пневмоопорів (ПП або ПК) або на двох одночасно.

Якщо на постійному пневмоопорі підтримується постійний перепад тиску, то у цьому випадку статична характеристика перетворювача має два характерні участки рис. 2, б: перший участок 0≤h≤h₀ збігається зі статичною характеристикою простого перетворювача (крива 2), другий участок h≥h0 робоча (крива 1). При h₀ = 0 тиск у камері перетворювача дорівнює початковому тиску живлення Р_о. Для одержання заданого перепаду тиску ΔР1 на постійному опорі і потім його утримання необхідно, щоб тиск у проточній камері

При h₀ = 0 тиск у камері перетворювача дорівнює початковому тиску живлення Р_о. Для одержання заданого перепаду тиску ΔР₁ на постійному опорі і потім його утримання необхідно, щоб тиск у проточній камері зменшився до значення, при якому різниця Р_о-Р₁ буде дорівнювати ΔР₁ . Для цього заслінка повинна віддалитися від сопла на відстань h₀. До того часу, поки заслінка знаходиться в інтервалі 0≤h≤h₀, тиск живлення залишається постійним Р_о = const і пристрій підтримки постійного перепаду тиску ще не працює.

При h≥h0 величина ΔР_п досягає заданого значення і при подальшому збільшенні h починає працювати пристрій підтримки постійного перепаду тиску.

При різних тисках живлення Р_о і положення заслінки може бути чотири комбінації режимів витікання повітря крізь пневмоопори: надкритичне на ПП і КП (Н-Н), докритичне на ПП і КП (Н-Д), докритичне на ПП і КП (Д-Д). Робота перетворювача в режимі витікання (Д-Д) має найбільше розповсюдження в пневмоавтоматиці. Рівняння  статичної

характеристики  виводиться  з  умов  рівня витрат повітря крізь пневмоопори у припущенні, що прохідний переріз в пневмоопорі "сопло-заслінка"  визначається тільки боковою поверхнею циліндра, діаметром і висотою.

Витрати повітря для режиму Д-Д крізь постійний ПП і керуємий КП опори розраховуються по формулах:

Враховуючи рівність Т_о=Т₁=Т, а також постійність витрат повітря крізь опори, отримуємо:

Звідки

Коефіцієнт витрат µ₁ і µ₂ для різних діаметрів сопла d_c і режимів течії визначаються по графіках рис.3.

Дослідження перетворювача виконується на установці, схема якої показана на мал. 4. Установка дозволяє досліджувати сполучення сопел різних діаметрів і постійного пневмоопору. Сопла з'ємні, а постійні опори 5 виконані у вигляді магазину. Для переміщення заслінки використовується мікрогвинт 1; відстань h вимірюється за допомогою індикаторної головки 2. Тиск живлення установлюється регулятором 3 і регулюється манометром 4, а також в міждросельній камері визначається манометром 6.