Сложные элементы ПСА

К ним относят пневматические камеры, дроссельные делители, преобразователи перемещений и сил в давление, усилители давления и мощности, сумматоры и реле.

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 V, (рис.1.8, a) и проточные камеры, у которых два и более ввода (рис.1.8, б).

Рис.1.8. Схемы камер:

а- глухой; б - проточной; в дроссельного делителя

Дроссельные делители предназначены для суммирования давлений Р₁, Р₂,...,Р_m с весами k₁, k₂,...,k_m. Делители строят на базе проточных камер малого объема с ламинарными ПС проводимостью a_j (j = 1,2,..., m). Суммарное давление в камере делителя

где k_j=a_j/(a₁ + а₂+... +а_m);

Статическая погрешность делителя при близких Р_j 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 m=2 и V=0; схема этого элемента показана на рис.1.9, в.

Преобразователи перемещений и усилий в давление

Эти элементы предназначены для преобразования малых перемещений и усилий в достаточно большие изменения давления воздуха. Эффект преобразования осуществляется чаще всего элементом, содержащим переменный дроссель.

Преобразователь перемещения в давление типа сопло-заслонка показан на рис.1.9, а. В него входят постоянный дроссель, проточная камера небольшого объема и переменный дроссель, построенный на пневматическом сопле и заслонке. Перемещения заслонки h приводят к изменению гидравлического сопротивления вытекающей из сопла струи и соответственно - давления Р в камере. При удалении заслонки от сопла на 0,15—0,20 мм давление Р становится равным нулю.

Рис.1.9. Преобразователь перемещения в давление типа сопло-заслонка:

a- принципиальная схема; б - статическая характеристика;

l - преобразователь с постоянным давлением Р₀;

2 — преобразователь с постоянным перепадом DР—Р₀—Р.

Описанный преобразователь не имеет обратной связи, поэтому плохо работает при перекосах заслонки, вибрациях, колебаниях давления воздуха и т.п.

Наибольшее распространение в пневмоавтоматике получил преобразователь перемещения в давление с отрицательной обратной связью, (рис.1.10, а). Он состоит из проточной камеры с постоянным и переменным дросселем, сильфона обратной связи и механического рычага - сумматора перемещений.

Рис 1.10.. Принципиальные схемы преобразователей с обратной связью:
а -перемещения в давление: б — силы в давление; в — силы в давление (типа шарик - седло).

Принципиальная схема преобразователя силы в давление приведена на рис.1.10, б. Преобразователь состоит из проточной камеры с постоянным и переменным (типа сопло — заслонка) дросселями, сильфона обратной связи и рычажного преобразователя усилий в перемещение.

На рис.1.10, в показана схема преобразователя силы (или перемещения) в давление, базирующегося на переменном дросселе типа шарик — седло (шарик — цилиндр).

Рис.1.11. Принципиальные схемы усилителей давления типа сопло -заслонка:
а - с постоянным давлением P₀; б - с постоянным перепадом DР=Р₀-Р;
1 - пружина; 2— дроссель; 3 — проточная камера.

Преобразователи шарикового типа применяют для построения усилителей давления и (чаще) мощности (расхода) пневматических сигналов.

Одновходовые усилители строят на базе переменного ПС типа сопло -заслонка и стабилизатора перепада давления Р₀ - Р (рис.1.12, а).

Двух- и четырехвходовые усилители конструируют на основе двух последовательно включенных переменных ПС типа сопло-заслонка и мембранного сумматора сил, формируемых давлениями Р₁, Р₂, или Р₁ - Р₄. (рис.1.12, б, в).

Усилители давления УСЭППА называют элементами сравнения: трехмембранный элемент П2ЭС.1 (рис. 2.14, 6) сравнивает два давления Р₁ и Р₂ и в зависимости от знака их разности формирует на выходе сигнал "0" или "1" (в системе КЭМП аналогичный элемент назван компаратором КАМП). В пятимембранном элементе П2ЭС.З сравнивают три давления (на рис.2.12, в камера Д соединена с атмосферой); выходной сигнал вне зоны линейности равен нулю или единице.

Рис.1.12. Схемы усилителей давления:
а - двухвходового; в - четырехвходового

Элементы сравнения используют для построения сумматоров двух, трех или четырех давлений. Для этого в камеру Д четырехвходового усилителя (рис. 2.12, в) вводят сигнал отрицательной обратной связи из камеры Е. В этом случае равновесие мембранного сумматора сил возможно на линейном участке статической характеристики при Р=Р₁-Р₂+Р₃. На этом усилителе можно выполнять разные операции: при Р₁=P_Б=Р_Г имеем Р=2Р₁-Р₂; при Р₁=Р_k=0 получим Р=Р₁ - Р₂; при Р₂=Р_В=0 имеем P=P₁+P₃; при Р_В=Р_Д=Р получим Р=(Р₁+Р₃)/2. В динамическом отношении сумматоры представляют усилительный элемент при частотах до 10-20 рад/с; основная погрешность сумматора на базе П2ЭС.З не выше 0,5%.

В состав КЭМП входит сильфонный сумматор трех давлений типа СМАМП, основная погрешность суммирования - 0,5%.

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.

Рис.1.13. Схемы пневмоповторителей:

а - точного маломощного типа П2П.1; б - грубого мощного типа П2П.З; в - точного мощного типа П2П.7

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).

Релейные элементы ПСА используют для реализации зависимости P=signDP (где DP =Р₁-Р₂; Р₁, Р₂ 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_n (на схемах ПСА камера малого подпора имеет одинарную штриховку, большого - двойную).

В составе КЭМП специальных релейных элементов нет, их функции выполняют клапаны.

Рис.1.14. Схемы и статические характеристики реле:

а--без смещения; б—со смещением.

Рис.1.15. Схемы клапанов:

а - безмембранный типа ПЗК.5; 6 -выключающее реле П-1108; в - одноконтактный клапан ПЗК.1;

г — модуль интегральный П1МИ; д - клапан КЛАМП

Для коммутации пневматических сигналов и реализации простейших логических операций в ПСА применяют выключающие реле и клапаны.

Для формирования пневмосигналов определенного уровня в ПСА используют задатчики.

Их строят на базе дроссельных делителей (см. рис.1.8, в), один из вводов которого соединен с источником питания, а другой - с атмосферой; точного маломощного повторителя со сдвигом (рис.1.16, а) и проточной камеры с регулируемым ПС типа шарик - цилиндр (рис.1.16, 6). В УСЭППА входят задатчик П23Д.З (рис.1.16, 6), устанавливаемый перед глухими камерами, и мощный задатчик П23Д.4 с дополнительным усилителем мощности. В КЭМП имеется маломощный задатчик ЗАМП-1.

Рис. 1.16. Схемы задатчиков: а — маломощного; б —типа П23Д.З

Дискретные сигналы в ПСА формируют с помощью пневмокнопок и тумблеров.

Эти элементы конструируют на базе регулируемых ПС типа сопло-заслонка или шарик-цилиндр. Схема пневмокнопки П1КН.З показана на рис.1.17. При нажатии на кнопку 1 шток 2 открывает заслонку 3 и давление Рп проходит на выход. В пневмотумблере П1Т.2 перемещение штока осуществляет рычаг, фиксирующий "открытие" или "закрытие" тумблера.

Рис. 1.17. Схема пневмокнопки