Вихарев С.М. Лекции по ТСА

Подождите немного. Документ загружается.

Механические рычаги применяются для сложения перемещений и

сложения сил. Рычажный сумматор малых перемещений х

и х

имеет 2 оси

вращения, а сумматор сложения сил конструируют на одноосном рычаге,

снабжённом уравновешивающей пружиной.

26. Пневмокамеры, дроссельные делители.

Пневмокамеры служат для аккумуляции сжатого воздуха и изменения его

давления во времени по определенному

закону. Камера состоит из емкости объемом

V и нескольких ПС на вводах. Различают

глухие камеры с одним вводом (рис. а) и

проточные камеры, у которых два и более

ввода (рис. б). Статику проточной камеры

при перепадах давления менее 10-20 кПа

описывают линейным уравнением





PkP

, j=1,2,

где





; а

- проводимость дросселя.

Динамику проточной камеры в малом характеризуют передаточной

функцией:

1)(

)(





, j=1,2

где

)(

aaR





, R - газовая постоянная,  - абсолютная температура.

Для глухой камеры k

=1, к

=0. Тогда

12211

PPkPkP 





В серийных мембранных элементах ПСА образуются глухие "паразитные"

камеры малого объема: V = 1.53 или 2.53 см

. При использовании капиллярных

ПС постоянные времени таких камер не превышают 0.2-0,3 с, что позволяет

рассматривать их как усилительные звенья. При V=40 или 50 см

величина

Т6–7 сек.

Дроссельные делители предназначены для суммирования давлений Р

, P

,...,

с весами k

, k

… k

. Делители строят на базе проточных

камер малого объема с ламинарными ПС проводимостью

),...,2,1( mja



Суммарное давление в камере делителя:





mjPkP ,1,

где

aaa

...





Статическая погрешность делителя при близких Р

не превышает 2-4 % и

зависит от способа измерения Р. В динамическом отношении делители

рассматривают как усилительные звенья в области частот [0, 0.7] рад/с. В ПСА

чаще всего используют делители с т=2 и V=0; схема этого элемента показана

на рис. в.

27. Преобразователи механических перемещений в давление.

Одновходовой усилитель.

Преобразователь перемещения в давление применяют в приборах ПСА для

трансформации малых перемещений h заслонки (мембраны) чувствительного

элемента в большие изменения давления Р. Такие

преобразователи строят на переменных ПС типа сопло-

заслонка, охваченных отрицательной обратной связью.

Преобразователь состоит из двух ПС (постоянного и

сопло-заслонка), механического сумматора

перемещений  и сильфона обратной связи (ОС). При

перемещении верхней оси сумматора  на расстояние

он перейдет из положения I в положение II. При этом

возрастет давление Р, и сильфон ОС переместит

нижнюю ось  на расстояние х

, а сам сумматор займет

равновесное положение Ш. При малых h (h0,08 мм)

статическая характеристика преобразователя имеет вид

xbk







, где b,a -плечи сумматора. Коэффициент

усиления преобразователя k

10

кПа/мм и в общем случае зависит от

перепада давления Р

-Р.

Преобразователи силы в давления конструируют на базе рассмотренного

преобразователя перемещения в давление.

Усилители давления предназначены для усиления алгебраической суммы

одного, двух или четырех давлений.

Одновходовые усилители строят на базе переменного ПС типа сопло-

заслонка и стабилизатора перепада

давления Р

-Р. (см. рис.). В таком

усилителе заслонку, закрепленную на

жестком центре мембраны М, перемещает

сила F

. При изменении давления Р

мембрана обратной связи М

передвигает

шарик Ш переменного ПС до

восстановления баланса сил PF

-Ф= P

, где F

- эффективная площадь

мембраны М

; Ф - усилие пружины. Статическая характеристика усилителя

линейна при малых перемещениях сопла, коэффициент усиления не зависит от

перепада Р

- Р и достигает значения 1,5ּ10

кПа/мм. Усилитель применяют в

приборных конструкциях ПСА.

28. Двух - и четырёхвходовой усилители давления.

Двух - и четырехвходовые усилители конструируют на основе двух

последовательно включенных переменных ПС типа сопло-заслонка и

мембранного сумматора сил, формируемых давлениями P

, Р

или P

-Р

(рис. б,

в).

Возникающий разбаланс сил на сумматоре компенсируется за счет

собственной жесткости "вялых" мембран. Обычно эта жесткость невелика, и зона

линейности статической характеристики:

P = f(



P),



Р=Р

-Р

или P = P

+ P

-Р

также очень мала и не превышает 200 Па для двухвходового и 400 Па - для

четырехвходового усилителя (коэффициенты усиления равны 600-700 и 300-

400 Па/Па соответственно). Статическая характеристика усилителей имеет

малое начальное смещение С200 Па и небольшую зону гистерезиса.

29. Усилители мощности П2П.1 и П2П.3

Усилители мощности предназначены для увеличения расхода воздуха

без существенного изменения его давления. Такие усилители называют

пневмоповторителями и применяют для разделения пневматических устройств на

независимые по расходу части. Различают точные (маломощные) и грубые

(мощные) повторители, имеющие разные классы точности и расходы воздуха.

Точный повторитель строят на одновходовом усилителе, состоящем

из мембранного сумматора сил и двух ПС (рис. а). Такой

повторитель типа П2П.1 обладает погрешностью 0,25%; в

полосе частот от 0 до 5 рад/с его рассматривают как

усилительное звено.

Грубый повторитель (рис, б) состоит из

двухмембранного сумматора  и двух последовательно

включенных переменных ПС (клапанов) K

и К

, с большими

проходными сечениями. Такой повторитель типа П2П.З

воспроизводит входное давление Р

с погрешностью 3% и

имеет расход воздуха до 400-450 л/ч. Повторители П2П.З

устанавливают на выходе пневматических приборов и

регуляторов.

30. Усилители мощности П2П.7

Мощный повторитель давления типа

П2П.7 конструктивно оформлен как единый

элемент, но фактически состоит из усилителя

давления (камеры А, Б, В), грубого усилителя

мощности (камеры Г, Д, Е) и канала отрицательной

обратной связи по давлению. Повторитель имеет

класс точности 0,5 и применяется в выходных

каналах устройств ПСА.

В КЭМП входят точные маломощные

повторители без сдвига ПАМП-1 (класс точности

0,25) и со сдвигом ПАМП-2 (класс точности 0,5), а

также мощный усилитель ПАМП-3 (класс

точности 0,5, расход воздуха 1500 л/ч).

31. Пневматические реле и задатчики.

Релейные элементы ПСА используют для реализации зависимости Р=sign

Р (где Р=Р

-Р

; Р

, Р

- входные сигналы). Реле строят на базе двухвходовых

усилителей давления с положительной обратной связью и регулируемым

смещением С статических, характеристик. Для создания смещения в одну из

камер усилителя вводят малое или большое давление подпора, равное 30-40 или

70-80% от давления питания Р

(на схемах ПСА камера малого подпора имеет

одинарную штриховку, большого - двойную).

На (рис. а), показаны схема и статическая характеристика реле с малым

смещением С0 и большой зоной гистерезиса Г, возникающей из-за действия

обратной связи по давлению. На (рис. б) приведена схема реле с большим

смещением с и зоной гистерезиса.

В УСЭППА входят трехмембранные реле типа П1Р.1 (см. рис. б),

П1Р.З (см. рис. а) и РУП-1М. В составе КЭМП специальных релейных

элементов нет, их функции выполняют клапаны.

Для коммутации пневматических сигналов и реализации простейших

логических операций в ПСА применяют выключающие реле и клапаны. Так,

клапан П3К.5 реализует функцию дизъюнкции двух переменных P

и Р

(рис.

а). Реле выключающее П-1108 (рис. б) по командам сигнала Р

=1 или 0

коммутирует давления P

, P

и выполняет логическую функцию конъюнкции. В

одно-контактном клапане П3К.1 (рис. в) применяют подпорное давление, созда-

ваемое в камере Б (или В) и командный сигнал Р

, вводимый в камеру В (или Б).

При Р

=1 сигнал P

не проходит на выход; если Р

=0, то Р=Р

. Обратный клапан

П30К.1 предназначен для пропускания сигналов только в одном направлении.

Модуль интегральный П1МИ, входящий в КЭМП, реализует функции отрицания,

запрета и импликации (рис. г). Функциональным эквивалентом реле П-1108 в

КЭМП служит клапан КЛАМП (рис. д).

Для формирования пневмосигналов определенного уровня в ПСА

используют задатчики. Их строят на базе дроссельных делителей (см. рис. в),

один из вводов которого соединен с источником питания, а другой - с

атмосферой; точного маломощного повторителя со сдвигом (рис. а) и

проточной камеры с регулируемым ПС типа шарик-цилиндр (рис. б). В

УСЭППА входят задатчик П2ЗД.3 (рис. б), устанавливаемый перед глухими

камерами, и мощный задатчик П2ЗД.4 с дополнительным усилителем мощности. В

КЭМП имеется маломощный задатчик ЗАМП-1.

32.Устройства ПСА. ПП1.5 и ПФ1.1М1. Пневматический интегратор.

Устройства ПСА. К устройствам, состоящим из нескольких элементов,

условно относят мощные повторители, интеграторы, умножители,

дифференциаторы, сумматоры, селекторы, квадраторы и т.п. Некоторые из

этих устройств конструктивно оформлены как единое изделие (например,

сумматоры, дифференциаторы и т.д.), другие устройства (интеграторы,

генераторы и т.п.) используют только как составные части приборов и

регуляторов.

Точные мощные повторители строят на базе повторителя типа П2П.7 и

оформляют как самостоятельное

изделие, либо конструируют на основе

двухвходового усилителя давления и

грубого повторителя, охваченных

отрицательной обратной связью ОС (рис.

а). Такой повторитель ПП1.5 имеет класс

точности 0,5 и обеспечивает расход

воздуха 180-200 л/ч.

Устройство алгебраического суммирования типа ПФ1.1М1 реализует с

погрешностью 1% зависимость Р=Р

-Р

+Р

+Н

, где Р

, Р

- входные сигналы, Н

опорные давления из интервала (20 -100) кПа.

В состав устройства (рис. б) входят

семимембранный элемент сравнения,

усилитель мощности, два задатчика и линия

обратной связи ОС.

Простейший интегратор реализуют с

помощью глухой камеры с постоянной времени Т и ламинарным ПС. Он не имеет

обратной связи и обеспечивает приемлемую точность только при малых (по

сравнению с Т) значениях времени интегрирования.

Чаще всего интеграторы строят на базе

мембранного сумматора и глухой камеры объема V,

охваченных положительной обратной связью (рис. а).

Динамика интегратора характеризуется передаточной

функцией

pTpP









)(

где

PPP 





, b - проводимость ПС.

Погрешность данного интегратора составляет 2-3%.

Для уменьшения погрешности интегрирования применяют несколько

повторителей и камер.

33. Пневматические устройства дифференцирования и предварения.

Устройства дифференцирования строят на основе трехмембранного

усилителя УС, охваченного отрицательной

обратной связью ОС с глухой камерой (рис.

б). Если коэффициент усиления УС к>>l и

"паразитные" емкости малы, то динамику

рассматриваемого идеализированного

устройства предварения описывают

передаточной функцией

)(

 рT

Для преобразования его в идеальный дифференциатор с

передаточной функцией

рT



)(

следует ввести дополнительный сумматор , в котором из давления Р

необходимо вычесть P

(на рис. б дополнительные коммуникации  показаны

пунктиром). Для обеспечения условной знакопеременности P(t) в сумматор 

вводят опорное давление Р

Серийное устройство прямого предварения типа ПФ2.1 (рис. в)

снабжено выключающим реле

ВР (позволяющим при Р

блокировать действие

дифференциатора) и точным

мощным повторителем П2П.7.

Для ослабления автоколебаний,

возникающих в контуре "УС-ОС",

в устройстве используют емкость

Е с сильфоном. Динамику ПФ2.1 описывают передаточной функцией

)(







рTq

рT

где Т

варьируют от 3 до 6000 сек. с помощью дросселя "в"; q = 0,133. Область

нормальной работы устройства составляет [0,012/Т

] рад.

Устройство обратного предварения типа ПФ 3.1 (рис. г) реализует

теоретический закон P(t)=P

(t)-T

P(t), где пара-

метр T

варьируют от 3 до 6000 с регулируемым

дросселем " в".

34.Пневматические селекторы и устройства ограничения сигналов.

Селекторы в ПСА служат для выбора наибольшего (наименьшего) сигнала

из двух сравниваемых P

и Р

. Селектор типа ПФ 4/5.1 (рис) состоит из

усилителя давления УС, выключающего реле ВК, усилителя мощности П2П.7 и

переключателя П

. Если Р

>Р

, то Р

=0, и сигнал P

поступает через ВК и

усилитель на выход. Для настройки селектора на выбор меньшего давления в

переключателе П

каналы коммутируют в соответствии с пунктирными линиями.

Устройство ограничения сигналов типа ПП11.1 служит для ограничения

сверху (снизу) входного давления Р

; конструктивно это устройство аналогично

селектору ПФ 4/5.1, однако вместо сигнала Р

вводят постоянное давление H от

задатчика. Тогда ПП11.1 реализует операцию: Р = Р

при Р

<H и Р=Н при Р

Н.

35.Промышленные датчики уровня.

Приборы для измерения уровня находят широкое применение при

автоматизации технологических процессов в различных отраслях

промышленности, водного и коммунального хозяйства. Они имеют разные

принципы действия, конструктивное исполнение и условия эксплуатации, что

необходимо учитывать при их выборе для автоматизации конкретного

технологического процесса.

Уровнемеры поплавковые

Уровнемеры поплавковые с пружинным уравновешиванием УДУ-10

предназначены для местного и дистанционного контроля уровня нефти и

нефтепродуктов в различных резервуарах, емкостях и технологических

аппаратах. Принцип работы уровнемера основан на следящем действии

поплавка, находящегося на поверхности жидкости и перемещающегося вместе

с уровнем жидкости.

Поплавок, подвешенный на перфорированной мерной ленте при

изменении уровня жидкости скользит вдоль направляющих струн. Мерная

лента, натяжение которой обеспечивается специальным механизмом,

проходя через систему роликов и гидрозатвор, приводит во вращение мерный

шкив. Один оборот шкива соответствует изменению уровня на 500 мм.

Вращение мерного шкива передается на местный показывающий прибор,

который состоит из двухстрелочного указателя и оцифрованного диска

Уровнемеры классифицируются в зависимости от типа резервуара,

диапазона измерения и числа оборотов выходного вала на 1 м уровня.

Предусмотрено применение двух типов поплавков: круглого, полезной

площадью 1050 см

(при диапазоне измерения от 0 до 12 м) и прямоугольного,

полезной площадью 2070 см

(при диапазоне измерения от 0 до 20 м). Основная

погрешность измерения при температуре 20 °С ± 4 мм. Скорость изменения

уровня не более 1 м/ч. Верхний предел показаний: цифрового диска 24 м, малой

стрелки 1000 мм, большой стрелки 100 мм. Цена деления: цифрового диска 1 м,

малой круговой шкалы 100 мм, большой круговой шкалы 1 мм.

Контролируемая жидкость не должна быть агрессивной по отношению к

стали 12Х18Н9Т. Плотность контролируемой жидкости 0,7-1,2 г/см

температура от -50 до +50 °С, застывание жидкости не допускается. Прибор

защищен от попадания пыли и влаги.

Для дистанционного контроля уровня уровнемер УДУ-10 используется в

комплекте с потенциометрической приставкой УДУ-16 и пультом контроля и

сигнализации ПКС-2М. Приставку крепят к специальному фланцу на корпусе

показывающего прибора, ее выпускают во взрывозащищенном исполнении.

Принцип дистанционного замера основан на преобразовании

потенциометрической приставкой угла поворота вала мерного шкива в

электрический сигнал. В приставке имеется электроконтактное устройство для

сигнализации крайних положений уровня.

На пульте ПКС-2М размещены вторичный прибор для отсчета уровня

жидкости, лампочки сигнализации крайних значений уровня и ключи, с

помощью которых к одному пульту может быть поочередно подключено до 20

потенциометрических приставок. Вторичный прибор имеет две шкалы, одна

из них градуирована в метрах, другая - в сантиметрах. Пределы

дистанционного измерения уровня 0-11 и 0-19 м, Погрешность измерения по

шкале метров 0,2 м, по шкале сантиметров 0,5 см. Сопротивление

соединительных линий между дистанционной потенциометрической приставкой

и пультом не более 100 Ом.

Уровнемер УДУ-10 и приставка УДУ-16 предназначены для работы при

температуре окружающего воздуха от -50 до +50°С и относительной влажности

до 95%, пульт - для работы при температуре 5-50°С и относительной влажности

до 80 %.

Устройство дистанционного наблюдения уровня и напора жидкости

УМ2-3 предназначено для дистанционного наблюдения уровня и напора

неагрессивных жидкостей и мазута, нагретого до 60-80 °С в открытых

резервуарах.

Принцип работы устройства основан на способе слежения за уровнем с

помощью поплавка, находящегося на поверхности жидкости и

перемещающегося вместе с ее уровнем. Устройство работает по принципу

синхронной передачи с применением сельсинов. Типы датчиков отличаются

друг от друга материалом поплавка. Приемник устройств выполнен в

пластмассовом корпусе. На лицевой стороне прибора имеется счетчик и шкала

с подвижным индексом. Конструктивное отличие приемников заключается в

типах примененных в них сельсинов. Сельсинные приемники изготовляют в

нескольких модификациях: УСП-1М - для измерения уровня в диапазоне 1,25;

2,5; 5; 7,5; 10; 15; 20 метров. УСП-2М - для измерения напора в диапазоне 1,25;

2,5; 5; 7,5; 10; 20; 30; 40 метров. Датчики ДСУ-1М и ДСУ-2М рассчитаны на

измерение уровня от 0 до 20 м. Дальность действия устройства определяется

сопротивлением на линии связи, которое не должно превышать 30 Ом.

Место установки датчиков - неотапливаемые помещения над колодцами;

приемников - на щитах в сухих отапливаемых помещениях. Устройства не

предназначены для работы в местах, не защищенных от попадания влаги; в

помещениях, содержащих токопроводящую пыль; пары или газы в

концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию; во взрывоопасной среде.

Устройства обычного исполнения предназначены для работы при

температуре окружающего воздуха от -40 до +40 °С и относительной

влажности не более 90 % , тропического исполнения от -40 до +45 °С и

относительной влажности не более 95 % .

Уровнемер поплавковый многофункциональный УПМ-2 предназначен

для измерения уровня воды и положения затвора в открытых водоемах,

водовыпусках, водохранилищах и т. п. Допускается использование уровнемера

в качестве перепадомера, работающего в режиме индикатора. Уровнемер имеет

устройство местного отсчета, сигнализацию аварийного значения уровня и

выход на телеметрическую систему контроля в виде частотного сигнала, а

также на приборы, работающие от стандартных входных сигналов постоянного

тока и напряжения, пропорциональных измеряемому уровню.

Принцип работы поплавкового уровнемера основан на способе прямого

слежения за уровнем системы поплавок - противовес.

Уровнемер поставляется 44 модификаций для обеспечения измерения

различных диапазонов уровней и выполнения функций датчиков положения

затвора и перепадомера (в конструкции датчика положения затвора отсутствует

поплавок). Перепадомер снабжен двумя поплавками и двумя противовесами.

Многофункциональность уровнемера обеспечивается за счет комплекта

монтажных частей.

Диапазон измерения уровня воды или положения затвора: 0-1; 0-1,6; 0-

2,5; 0-4; 0-6 м; индикации перепада уровней воды: 0-0,4; 0-0,6 м. Пределы

допустимой основной погрешности ±1 % , Предельные значения выходных

сигналов: частотного – 1-2; 2-4 кГц; токового – 0-5; 0-20; 4-20 мА; напряжения

– 0-1; 0-10 В.

Уровнемеры буйковые

Уровнемер буйковый пневматический УБ-П предназначен для работы в

системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров

технологических процессов в целях выдачи информации в виде стандартного

пневматического сигнала об уровне жидкости или границе раздела двух

несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим,

атмосферным или избыточным давлением.

Принцип действия уровнемера основан на пневматической силовой

компенсации. При изменении уровня жидкости на чувствительном элементе

(буйке) измерительного блока возникает усилие, которое через систему