Пневматические измерительные приборы

Пневматическими измерительными приборами называются из­мери­тельные средства, в которых преобразование измерительной информации, т.е. информации, содержащей сведения об измеря­емом размере, осущест­вляется через измерение параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при его истечении через неболь­шое отверстие.

Принцип действия всех пневматических приборов для измерения линейных размеров основан на положении газовой механики о том, что, если в какой-либо магистрали воздухопровода (камере) нахо­дится воздух под давлением и выпускается через небольшое отвер­стие в атмосферу с номинально постоянным давлением, то расход воздуха через это отверстие в единицу времени будет зависеть от площади проходного сечения отверстия и от давления внутри маги­страли. При постоянном давлении расход будет зависеть только от площади проходного сечения. Если на пути распространения воз­душного потока вблизи отверстия оказывается препятствие, то расход воздуха и давление внутри магистрали около отверстия меняются.

Деталь, линейный размер которой надо измерить, располагают перед торцом сопла на определенном расстоянии. В зависимости от размера детали изменяется зазор (расстояние между деталью и тор­цом сопла), отчего изменяется расход воздуха (объем воздуха, проходящего в единицу времени через калиброванное отверстие — сопло). Обычно прибор настраивают по размеру образцовой дета­ли или концевым мерам длины.

Прибор имеет узел подготовки воздуха, в котором осуществля­ется его очистка и стабилизация давления; отсчетное или командное устройство, преобразующее изменение расхода или связанного с ним давления в воздухопроводе в значение определяемого раз­мера; измерительную оснастку с одним или несколькими соплами (диаметр отверстия 1 — 2 мм), из которых воздух вытекает на деталь. По видам отсчетных устройств приборы разделяют на ротаметрические и манометрические.

В приборе ротаметрического типа (рис. 8.4) сжатый воздух под постоянным давлением поступает в нижнюю часть расширя­ющейся конической прозрачной (обычно стеклянной) трубки, в ко­торой находится поплавок. Из верхней части трубки воздух подво­дится к измерительному соплу и через зазор S выходит в атмос­феру. В соответствии со скоростью воздуха поплавок устанавлива­ется на определенное расстояние S от нулевой отметки шкалы, которая отградуирована в единицах длины.

В приборах манометрического типа (рис. 8.5) сжатый воздух под постоянным давлением поступает в рабочую камеру, в которой находится входное сопло, далее в измерительное сопло и через зазор — в атмосферу. Давление в камере, зависящее от зазора S, измеряется манометром, шкала которого отградуирована в еди­ницах длины. Применяют приборы мано­метрического типа высоко­го (30 — 40 кН/м²) и низкого (5 — 10 кН/м²) давления.

Пневматические измерительные приборы используют в системах активного контроля и в контрольных автоматах. В качестве чувст­вительного элемента используют упругие элементы, элементы (трубчатые пружины, сильфоны, мембранные коробки, упругие и вялые мембраны) или жид­костные дифманометры (U -образные и чашечные). Приборы разделяют на бесконтактные (воздух из измерительного сопла обдувает непосредст­венно деталь) и контакт­ные (воздух из измерительного сопла направлен на торец измери­тельного стержня или одно из плеч рычага, второй конец которого входит в контакт с деталью).

Рис. 8.4. Пневматический измери­тельный прибор ротаметрического типа:

1 — трубка, 2 — поплавок, 3 — измери­тельное сопло; S — воздушный зазор, L — измеряемый размер, / — размер установки поплавка по шкале

Рис. 8.5. Пневматический измерительный

прибор манометрического типа: / — рабочая камера, 2 — входное сопло, 3 — манометр, 4 — измерительное со­пло, 5 — воздушный зазор между дета­лью и измерительным соплом, L — из­меряемый размер

В метрологическом анализе точности пневматического измери­тельного прибора особое значение уделяется анализу точности пневматической системы (см. гл. 6). К преимуществам приборов относят сравнительную простоту конструкции, возможность бес­контактных измерений при очистке измеряемой поверхности струей воздуха, большое увеличение при измерении (до 10 тыс. раз) и, как следствие, высокая точность, возможность определения размеров, погрешностей формы, суммирования и вычитания измеряемых ве­личин, получение непрерывной информации и дистан­ционного из­мерения. К недостаткам относят: необходимость иметь очищенный воздух со стабилизированным давлением; инерционность пневмати­ческой системы; колебание температуры в зоне измерения.

Перспективными являются созданные конструкции, в которых сочетаются преимущества пневматического метода с использовани­ем индуктивных или других преобразователей.