Пневматични елементарни преобразуватели - Управление на процеси и
В момента пневматичните устройства се използват в химическата, нефтохимическата, газовата и други индустрии. Това се дължи на простотата на устройството и надеждността в работата на пневматичните устройства и регулатори, както и на тяхната пожарна и взривна безопасност.
В пневматиката се използва унифициран сигнал - налягане на сгъстен въздух в диапазона от 0,2 10 5 до 1,0 10 5 Pa. Това ви позволява да свързвате различни устройства и контролери без допълнителна координация на техните входни и изходни сигнали.
Всички многобройни пневматични устройства се състоят от малък брой елементи: пневматични резистори, камери, измервателни елементи и др. Действието на тези елементи в статиката (когато въздухът не се движи) и в динамиката (когато въздухът се движи) е различно.
Помислете за основните закони на пневматиката.
В статиката основният закон на пневматиката е връзката между налягането на сгъстения въздухpи силата, която причиняваF:
където S е площта, върху която действа налягането.
Движението на въздуха през тръби, през камери и други елементи е придружено от триене в стените, внезапни стеснения, разширения и завои на потока. Всичко това създава съпротивление на движението на въздуха, подобно на съпротивлението на електрическа верига срещу преминаване на ток.
Като цяло има аналогия между въздушния поток през елемента и тока в електрическата верига, спада на налягането в елемента и спада на напрежението и, накрая, съпротивлението на елемента на движение на въздуха и електрическото съпротивление. Следователно връзката между въздушния поток Q през елемента и спада на налягането върху него Dr е подобна на закона на Ом и има формата:
където R е пневматичното съпротивление на елемента.
Тази зависимосте основният закон на пневматиката в динамиката и често се нарича пневматичен аналог на закона на Ом.
Стойността на пневматичното съпротивление на всеки елемент е постоянна само в ламинарен режим на движение, когато въздухът се движи през елемента в паралелни струи без смесване. С увеличаване на скоростта възниква турбулентен режим на движение, при който въздухът се движи с вихри и се смесва. В този случай пневматичното съпротивление става променлива стойност и зависи от спада на налягането в елемента. Тази зависимост изглежда така:
където k-фактор на пропорционалност.
Тук можем да направим аналогия с диод, чието вътрешно съпротивление също не е постоянно и зависи от приложеното напрежение.
В пневматиката пневматичното съпротивление се създава от специални устройства - пневматични резистори или дросели. Устойчивостта на движение на въздуха в такива устройства се постига чрез стесняване на зоната на потока на въздушния канал. В пневматичните вериги дроселите са от същото значение като резисторите в електрическите вериги.
В зависимост от предназначението дроселите се делят на постоянни и променливи. Площта на потока на постоянните дросели не се променя по време на работа. Те са аналози на постоянни резистори. За променливи дросели площта на потока може да се променя в определени граници. Такива дросели са подобни на променливи резистори (например реостати).
Според характера на движението на въздуха постоянните дросели се делят на турбулентни и ламинарни. Турбулентните дросели (фиг. 24, а) обикновено се правят под формата на струи - канали с малко съотношение на дължина към диаметър и ламинарни (фиг. 24, б) под формата на капиляри - канали с голямо съотношение на дължина към диаметър.
Ориз. 24.Постоянни дросели:а -турбулентни, b - ламинарен
Най-често срещаните конструкции на променливи дросели са показани на фиг. 25.
Ориз. 25.Променливи дросели:a -цилиндър-конус,b -бутало-жлеб,c -дюза-затвор;1 -втулка,2 -конус, 3 - жлеб,4 -бутало, 5 - дюза,6 -амортисьор
На фиг. 25, а показва променлив дросел тип цилиндър-конус, който е цилиндрична втулка 1, по която се движи конусът2.Площта на потока на такъв дросел зависи от положението на конуса спрямо цилиндъра.
На фиг. 25, b показва променлива дроселна клапа с бутален канал. Състои се от цилиндрична втулка 1 и бутало 4 със спирален жлеб 3. Работната дължина на жлеба се променя, когато буталото се движи по протежение на втулката. Пневматичното съпротивление на такъв дросел се определя не от площта на потока, както в предишния случай, а от дължината на жлеба.
На фиг. 25,впоказва променлива дроселна клапа тип дюза-клапа, състояща се от дюза5с цилиндричен отвор и амортисьор6.Пневматичното съпротивление на такъв дросел зависи от размера на празнината между дюзата и амортисьора и се променя с движението на амортисьора.
Пневматичните дросели се използват във вериги на делители на налягането, подобни на делителите на напрежение в електрическите вериги. Най-простият делител на налягане се състои от два дросела, свързани последователно с пневматични съпротивления R1 и R2 (фиг. 26).
Ориз. 26.Разделител на налягането
Подобно на законите на електротехниката, спадовете на наляганетоp1-p2иp2-p3върху дроселите на делителя на налягането са пропорционални на техните пневматични съпротивления R1 и R2:
От тази формула можете да намерите междинното наляганеp2:
Междинното налягане, както може да се види от формула (27), е резултат от събирането на две наляганияp1и p2,, умножени по съответните коефициенти. Следователно схемата на делителя, показана на фиг. 26, често се нарича дросел суматор.
Ако въздухът след втория дросел се изпусне в атмосферата, тогава p3=0. В този случай формула (27) ще приеме формата:
Нека сега разгледаме устройството и принципа на работа на елементарни пневматични преобразуватели, най-често срещаните от които са дадени в табл. 5.