Пневматические преобразователи сигналов. Преобразователи типа сопло—заслонка. Струйные преобразователи. Аналоговые электропневматические преобразователи

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СИГНАЛОВ

1. Преобразователи типа сопло—заслонка. Преобразователь типа сопло—заслонка осуществляет преобразование механического перемещения заслонки либо сопла в давление сжатого газа. Этот тип преобразователя, иногда называемый пневматическим реле, используется практически во всех приборах современной пневмоавтоматики.

Преобразователь  содержит постоянный дроссель  (капилляр или отверстие в тонкой стенке), переменное сопротивление , выполненное в виде сопла с заслонкой, и междроссельную камеру . На вход преобразователя подается давление питания р₀. Небольшое смещение заслонки относительно сопла (обычно не превышающее нескольких сотых долей миллиметра) влечет за собой изменение давления p_i в междроссельной камере. Зависимость давления в междроссельной камере p_i от перемещения заслонки h в установившемся режиме называют статической характе тикой преобразователя.  Вид этой характеристики определяет качество преобразователя типа сопло—заслонка.

При проектировании   преобразователей стремятся сместить рабочий участок характеристики в зону больших открытий сопла и максимально увеличить его крутизну. В этом смысле характеристика  является предпочтительней характеристики .

Рассмотрим способы расчета статических характеристик преобразователя. При работе преобразователя возможны четыре различных сочетания режимов истечения сжатого газа через постоянный и переменный дроссели:

1) докритическое истечение через постоянный и переменный дроссели (в дальнейшем  обозначено д—д);

2) надкритическое истечение через постоянный и докритическое через переменный дроссели (н—д);

3) докритическое истечение через постоянный и надкритическое через переменный дроссели (д-н);

4) надкритическое истечение через постоянный и переменный дроссели (н-н).

Уравнение статической характеристики преобразователя для указанных режимов истечения основывается на условиях равенства массовых расходов через постоянный и переменный дроссели для соответствующих режимов истечения, определенных по приближенным формулам для адиабатического процесса. Процесс перехода от области перед дросселем к области за дросселем принят изотермическим, т.е. Т₀=T₁=T₂. Указанные предположения хорошо согласуются с экспериментальными исследованиями. Тогда для сочетания режимов истечения д—д

;

где d₁, d₂ и m₁, m₂— соответственно диаметры и коэффициенты расхода постоянного и переменного дросселей.

Для других сочетаний режимов истечения:

для н—д

для д—н

для н—н

Однако проведение расчета статической характеристики с помощью приведенных формул затруднительно, так как сочетания режимов через постоянный и переменный дроссели заранее не известны (не определено p₁) и, следовательно, составление самих формул в некоторых случаях может оказаться невозможным.

Построение статической характеристики преобразователя усложняется, если при ее расчете учитывать изменение коэффициентов расхода m₁ и m₂. Как показывает опыт, учет изменения m1 и m₂ значительно уменьшает отклонение расчетной статической характеристики от экспериментальной. Но учет изменения m₁ и m₂ при расчете статической характеристики может привести к большим погрешностям. Так, в частном примере (преобразователь с постоянным дросселем типа «отверстие в тонкой стенке» d₁=0,35 мм и переменным типа сопло—заслонка d₂=2,5 мм) учет изменения m₂ (m₁ считаем постоянным и равным 0,8) приводит к уменьшению максимального относительного отклонения расчетной статической характеристики на ее рабочем участке с 40 до 4 %.

Если давление p₁ неизвестно, то коэффициенты m₁ и m₂ определить непосредственно нельзя. Поэтому при расчете статических характеристик как один из способов применяют метод последовательных приближений.

Методы улучшения статической характеристики преобразователя. Для повышения чувствительности и точности преобразования необходимо увеличивать крутизну и линейность рабочего участка статической характеристики, смещать рабочий участок характеристики по возможности вправо от начала координат и поднимать участок, предшествующий ему, в зону больших давлений p₁ в междроссельной камере. Такое преобразование характеристики дает возможность увеличить на ее рабочем участке диапазон изменения давления в междроссельной камере и осуществить это изменение при достаточно больших расстояниях заслонки от сопла, а также обеспечивает малую чувствительность преобразователя к вибрациям и перекосам заслонки.

Наибольшее распространение получили следующие методы улучшения статических характеристик:

1) поддержание постоянного перепада давлений на одном из дросселей (постоянном или переменном) или на обоих;

2) поддержание постоянного расхода через постоянный или переменный