2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Устройства этой группы Государственной системы приборов (TCfl) должны реагировать на изменения контролируемого па­раметра и выдавать на выходе унифицированный сигнал. Пре­образователи, входящие в эту группу в соответствии с ГОСТ I6263—85, можно подразделить на первичные измерительные преобразователи, масштабные измерительные преобразователи, нормирующие и передающие измерительные преобразователи (два последних здесь не рассматриваются).

Первичный измерительный преобразователь переводит конт­ролируемый параметр в выходную физическую величину (пере­мещение, усилие, сопротивление, напряжение, силу тока, частоту). Выходная физическая величина, полученная из контро­лируемой простым — «естественным» — преобразованием, назы­вается естественной выходной величиной (или естественным выходным сигналом).

Нормирующий преобразователь переводит естественный вы­ходной сигнал в унифицированный. Если на выходе первично­го измерительного преобразователя, чувствительный элемент которого непосредственно воспринимает изменения контролируе­мого параметра, выдается пневматический или электрический сигнал, то нормирующий преобразователь обычно представляет собой отдельное самостоятельное устройство. Если же первич­ный преобразователь выдает сигнал в виде усилия, перемеще­ния или какой-нибудь другой физической величины, по своей природе отличающейся от электрической или пневматической, то измерительный и нормирующий преобразователи объединя­ют конструктивно в один прибор. Оба решения находят широ­кое применение в практике создания преобразователей для си­стем автоматизации. В системе ГСП разработан унифициро­ванный ряд взаимозаменяемых пневматических и электрических первичных преобразователей блочного типа с силовой компен­сацией. Используя этот ряд преобразователей, можно значитель­ное количество различных измеряемых параметров сравнитель­но просто и с достаточной точностью преобразовать в одну есте­ственную выходную величину — усилие.

14

Пневматические первичные измерительные преобразователи имеют выходной сигнал 0.02—0.I МП а (0,2—1,0 кгс/см⁸), электрические 0—20 мА и 0—5 мА постоянного тока. Компенса­ционный принцип действия этих преобразователей обеспечивает их высокие метрологические характеристики и простоту пере­настройки в большом интервале пределов измерений. Каждый первичный преобразователь состоит из унифицированного элект­рического или пневматического преобразователя усилия и изме­рительного блока.

Класс точности унифицированных преобразователей в основ­ном 0,6; 1,0 и лишь для некоторых 1.6 и 2.5.

2.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Из электрических аналоговых преобразователей, выполняемых по схеме компенсации перемещений для преобразования не электрических величин в электрический выходной сигнал и пе­редачи показаний на расстояние, наибольшее применение на­шли дифференциально-трансформаторные, ферродпнампческие, магнитомодулянпонные и сельсинные преобразователи.

В дифференциально трансформаторных преобразователях перемещение сердечника первичного прибора уравновешивается известным перемещением сердечника вторичного прибора. Диф­ференциально-трансформаторные преобразователи используются при измерении давления, уровня, расхода и некоторых других

параметров.

Риг. 2.2. Принципиальная схема электросилово­го линейного преобразователя

мотки силового трансформатора элек­тронного усилителя. Вторичные об­мотки включены навстречу одна дру­гой с выходом на электронный усили­тель. Внутри катушек находятся железные плунжеры (магнитопроводы) М. Если плунжеры обеих кату­шек находятся в среднем положении, то величины э. д.с, наводимые в ка­тушках, равны между собой. При рас­согласовании положений плунжеров величины э. д. с, наводи­мые в катушках, неравны между собой.

Разность этих э.д.с. усиливается в электронном усилителе до величины, необходимой для управления реверсивным двига­телем РД. Последний через профилированный диск 3 переме­шает плунжер в катушке вторичного прибора в положение, со­гласованное с положением плунжера в катушке первичного прибора, что приводит к равенству э.д.с, наводимых в обеих катушках, а следовательно, к новому состоянию равновесия. При этом результирующая э.д.с. вторичных обмоток будет снова равна нулю, и реверсивный двигатель остановится. Од­новременно реверсивный двигатель связан со стрелкой и пером вторичного прибора.

При перемещении плунжера первичного прибора на расстоя­ние до 5 мм зависимость индуктированной э.д.с. практически линейна. Вторичные приборы дифференциально-трансформатор­ной системы построены на базе автоматических потенциомет­ров.

В электрических преобразователях аналоговой ветви ГСП используют электросиловые преобразователи двух типов — ли­нейный, обеспечивающий прямо пропорциональную (линейную) зависимость между усилием и выходным сигналом, и квадра­тичный, выходной сигнал которого пропорционален корню квад­ратному из усилия. Преобразователи комплектуют усилите­лем типа УП-20, выполненным в виде отдельного блока.

Принципиальная схема линейного преобразователя представ­лена на рис. 2.2. Усилие Q, которым измерительный блок воз­действует на преобразователь, вызывает незначительное пере­мещение рычажной системы 4 передаточного механизма и свя­занного с ней управляющего флажка 5 индикатора рассогласо­вания. Индикатор рассогласования дифференциально-транс­форматорного типа преобразует это перемещение в управляю­щий сигнал переменного тока, поступающий на вход электрон­ного усилителя /. Выходной сигнал усилителя в виде постоян­ного тока поступает в катушку 2 силового устройства и одновременно в последовательно соединенную с ней линию дистан­ционной передачи.

В линейном преобразователе при взаимодействии постоян­ного магнита 3 с магнитным полем, создаваемым током, проте­кающим в катушке 2, создается пропорциональное силе тока усилие, уравновешивающее через рычажную систему входное усилие.

В квадратичном преобразователе сила, с которой втягивает­ся ферримагнитный проводник в иоле, создаваемое неподвиж­ным электромагнитом, пропорциональна квадрату силы тока, протекающего по катушке.

Линейный и квадратичный преобразователи различаются только устройством обратной связи силового механизма.

Конструкция преобразователя позволяет присоединять к не­му измерительные блоки, создающие усилия в разных направле­ниях Q', Q" или Q. Дистанционная передача сигнала может достигать 10 км.

Подключаемые к преобразователю вторичные приборы мож­но разделить па две группы: работающие от унифицированного сигнала постоянного тока (миллиамперметры, приборы магни­тоэлектрической и электромагнитной систем) и работающие от сигнала постоянного напряжения (вольтметры, промышленные потенциометры, электрические машины централизаинопного контроля и управления).

Приборы первой группы (токовые) подключают к электрон­ному усилителю преобразователя в разрыв электрической цепи двухпроводной линии связи (приборы этой группы соединены последовательно). Приборы второй группы (приборы постоян­ного напряжения) подключают параллельно нагрузочному со­противлению R », включенному в цепь двухпроводной линии связи.

2.3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

В пневматических преобразователях основным элементом яв­ляется система сопло-заслонка (рис. 2.3). В трубку У неболь­шого диаметра непрерывно поступает воздух под давлением Пройдя через дроссель постоянного сечения 2. воздух выходит в атмосферу через дроссель 3 (сопло), перед которым находит­ся заслонка 4. Если изменить зазор  между соплом и за­слонкой, то давление воздуха Р в междроссельном пространстве

Рис. 2.3. Пневмопреобразователь типа сопло-заслонка

Рис. 2Л. Зависимость давления Р\ н меж-Лроссельном пространстве системы сопло-заслонка от зазора \х между соплом и зас­лонкой

будет также изменяться: увеличи­ваться с приближением заслонки к соплу и уменьшаться при удалении заслонки от сопла. Изменение дав­ления Р\ контролируется маномет­ром о.

Зависимость между зазором Хх и давлением Р\ показана на рис. 2.4. Как видно из графика, весьма небольшие перемещения заслонки (до 0.08 мм) вызывают зна­чительные— от 10 ю 110 к11а — изменения давления возду­ха Р,.

Преобразователи силовой компенсации. Для непрерывного преобразования абсолютного, избыточного и вакуумметрнческо-10 давления (разрежения, перепада давления), расхода, темпе­ратуры жидкостей и газов, уровня, плотности жидкости и неко­торых других параметров в пневматический сигнал дистанцион­ном передачи предназначены преобразователи, основанные на принципе силовой компенсации. В "лих преобразователях из­меряемый параметр воздействует на чувствительный элемент из­мерительного блока и преобразуется в усилие, которое автома­тически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха з спльфоне обратной связи. Это давление является од­новременно выходным сигналом преобразователя.

Преобразовательная схема преобразователя представлена на рнс. 2.5 Усилие Q . которым измерительный блок воздействует на преобразователь, вызывает незначительное перемещение

чажной системы передаточного механизма и связанной с ней заслонки 3 относительно неподвижного сопла 2. Возникший в пиши сопла сигнал управляет давлением, поступающим с пневмоусилителя в сильфон 4 обратной связи.

Конструкция преобразователя позволяет присоединять к нему измерительные блоки, создающие усилие в разных направлени­ях Q , Q ' или Q ". Усилитель (ппевмореле) состоит из трех секций, разделенных мембранами из прорезиненного полотна, которые образуют две камеры давления командного воздуха А и камеру линии сопла Б. Повышение давления в линии сопла вызывает пе­ремещение мембран 5 и 9. и клапан 8 открывается. При этом давление командного воздуха повышается на неличину, равную величине повышения давления в линии сопла, возникает по­стоянный перепад на дросселе 7, и влияние изменения давления питания значительно уменьшается. При уменьшении давления в линии сопла шариковый клапан 8 закрывается, клапан сбро­са 6 открывается, и давление командного воздуха уменьша­ется. Преобразователь обеспечивает дистанционную передачу выходного сигнала по пневмотрассе длиной до 300 м. Класс точ­ности преобразователя 1.0.

Преобразователь типа ПП предназначен для преобразования угловых перемещений в пропорциональный пневматический сиг-пал. Используек-i в качестве выходного преобразователя в при­борах и устройствах частотно-ферродинамической системы, устанавливаемых в схемах автоматического управления произ­водственными процессами^ Принципиальная схема преобразо­вателя приведена на рнс. 27(3.

Угловое перемещение сектора / через ось 2 передается бара­бану 3. При помощи гибкой лепты 9, связанной с барабаном и огибающей отклоняющий ролик 8, угол поворота барабана пре­образуется в пропорциональное усилие пружины 7. Усилие, раз­виваемое пружиной, через рычаг 6 воздействует на заслонку 15 ппевмоусилнтеля.

Основным элементом ппевмоусилнтеля является «сопло-за­слонка». Питающий воздух из линии поступает в камеру / и через постоянный дроссель 4 в камеру //. Давление в камере // зависит от количества воздуха, поступающего в эту камеру че­рез дроссель 4, и расхода его через сопло 14.

Если усилие Р. действующее на заслонку 15 со стороны ры­чага 6, равно нулю, то дросселирование в сопло 14 весьма не­значительно, и давление в камере // приближается к атмосфер­ному. При этом усилие, действующее на мембранную систему 13 снизу вверх, меньше, чем усилие пружины /2, и полый шток // попадает в камеру / V , соединенную с атмосферой.

При увеличении усилия Р, изменяющегося пропорционально углу поворота входной оси 2, сопло 14 в большей степени при­крывается заслонкой 15. Зазор z уменьшается, что создает до­полнительное сопротивление истечению воздуха через сопло. Поэтому давление в камере // превышает давление в камере///.

Рис. 2.6. Принципиальная схе­ма преобразователя МП

и мембранная система 13 переметается вверх. По­лый шток // упирается в тарельчатый клапан 10. закрывая выход в атмо­сферу, и приподнимает его. открывая доступ пи­тающему воздуху из ка­меры / в камер) ///. Давление в камере ///. являющееся одновремен­но выходным, увеличива­ется до величины, при ко­торой усилия, действую­щие на мембранную си­нем) ю снизу вверх и   сверху вниз, уравниваются.

Одновременно выходное давление из камеры /// передается в камеру V . Это давление, воздействуя на мембрану 5. с кото­рой связана заслонка 15,—уравновешивает усилие Р.

Линейность характеристики достигается тем. что мембран­ная система 13 поджата пружиной 12 всегда на одну и ту же величину, а так как перемещение тарельчатого клапана 10 очень мало, перепад давления на сопле 14 постоянен.

Класс точности преобразователя 1.0. Преобразователь обес­печивает передачу по пневмотрассе показаний на расстояние до 300 м.

В качестве вторичных приборов в пневматических системах можно применять любые измерители давления, а также вторич­ные приборы, например системы «Старт». На рис. 2.7 показана кинематическая схема вторичного прибора системы «Старт» (ПВ2.2). \_/ Действие приборов основано на компенсационном принципе измерения. Приборы используются для работы с пневматиче­скими преобразователями или другими устройствами, выдаю­щими унифицированные аналоговые сигналы 20—100 кПа (0,2— 1.0 кгс/см²).

В измерительном узле входной пневматический сигнал Р преобразуется в поступательное перемещение указателя (стрел­ки) н пера. Контролируемый параметр (входной пневматиче­ский сигнал Р) поступает в приемный снльфон 2. Воздух пита­ния под давлением Рпш через дроссель / подается в силовой элемент 7 и к соплу 3. При изменении входного давления снль­фон 2. дно которого упирается в рычаг 4, перемешает его, из­меняя зазор между соплом и рычагом.

При перемещении рычага 4 вправо давление в силовом эле- I менте 7 увеличивается, так как зазор между рычагом и соплом

Рис. 2.7. Кинематическая схема вторичного прибора системы «Старт»

уменьшается. Это давление передается на рычаг 6 силового элемента, и ролик 9 поворачивается на угол, необходимый для достижения равновесия на рычаге 4 между усилиями от давле­ния в енльфоне и пружины обратной связи 5. Углу поворота ро­лика соответствует пропорциональное перемещение стрелки (пера) 8. Шкала прибора стопроцентная линейная. Класс точ­ности 1,0.