-气动仪表基本知识课件.ppt
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- 气动 仪表 基本知识 课件
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1、3-1 气动仪表基本知识3-1 3-1 气动仪表基本知识气动仪表基本知识 一、气动仪表的基本元件一、气动仪表的基本元件 包括:包括:弹性元件、节流元件、气室、喷咀档板机构和功率放大器弹性元件、节流元件、气室、喷咀档板机构和功率放大器 1 1弹性元件弹性元件 分两类:分两类:弹性敏感元件弹性敏感元件 将所受的压力或轴向推力转变成位移信号。将所受的压力或轴向推力转变成位移信号。包括波纹管、金属膜片和膜盒、弹簧管、橡胶膜片等包括波纹管、金属膜片和膜盒、弹簧管、橡胶膜片等 弹性支承元件弹性支承元件 用于增加弹性敏感元件的刚度,确定弹性敏感元件的初用于增加弹性敏感元件的刚度,确定弹性敏感元件的初始位置及
2、仪表调零等。始位置及仪表调零等。包括柱簧、片簧等包括柱簧、片簧等常用弹性元件常用弹性元件(1 1)刚度和灵敏度)刚度和灵敏度 刚度刚度E E弹性元件产生单位位移变形所需的轴向力,表弹性元件产生单位位移变形所需的轴向力,表示弹性元件的软硬程度。示弹性元件的软硬程度。E=N/SE=N/S 灵敏度灵敏度单位外力作用下,弹性元件所产生的位移单位外力作用下,弹性元件所产生的位移变形,即:变形,即:=1/E=1/E 弹性元件的刚度弹性元件的刚度EE灵敏度灵敏度 在气动仪表工作范围内,弹簧管、波纹管、金属膜片或在气动仪表工作范围内,弹簧管、波纹管、金属膜片或膜盒的位移与推力近似为线性关系,即膜盒的位移与推力
3、近似为线性关系,即E=E=常数,而橡胶膜片在常数,而橡胶膜片在小的工作范围时,小的工作范围时,E0E0。(2 2)弹性灵敏元件的有效面积)弹性灵敏元件的有效面积F Fe e N=PN=PF Fe e F Fe e 有效面积有效面积 一般一般F Fe e几何面积几何面积DD2 2/4/4,通常通常F Fe e 几何面积几何面积 在弹性元件的弹性范围内,通常在弹性元件的弹性范围内,通常F Fe e=常数,实际应用中常数,实际应用中对弹性元件的处理:对弹性元件的处理:在安装波纹时,采用预压缩方法在安装波纹时,采用预压缩方法 金属膜片制成波纹状;金属膜片制成波纹状;采用多圈弹簧管。采用多圈弹簧管。橡胶
4、膜片制成波纹状,中间加硬芯橡胶膜片制成波纹状,中间加硬芯增大刚度增大刚度 橡胶膜片多用于有无气压信号的瞬间动作橡胶膜片多用于有无气压信号的瞬间动作可增大可增大线性使线性使用范围用范围2 2、节流元件、节流元件 节流元件节流元件用以阻碍气体流动,产生压力降或改变用以阻碍气体流动,产生压力降或改变空气流量空气流量 表示节流元件特性的参数:表示节流元件特性的参数:气阻气阻R R气体在节流元件两端产生的压降与气体流量气体在节流元件两端产生的压降与气体流量间的关系。表示节流元件对气体流动阻碍能力的大小。间的关系。表示节流元件对气体流动阻碍能力的大小。若节流孔中为层流流动,则:若节流孔中为层流流动,则:R
5、=P/G R=P/G 或或 P=GP=GR R 节流元件的种类节流元件的种类恒节流孔和变节流孔恒节流孔和变节流孔(1 1)恒节流孔)恒节流孔恒气阻或固定气阻恒气阻或固定气阻 毛细管式毛细管式d=0.180.3mmd=0.180.3mm的不锈钢或玻璃钢管的不锈钢或玻璃钢管 小孔式小孔式长长4 4mmmm,孔径有孔径有0.250.25、0.30.3、0.50.5几种规格。几种规格。(2 2)变节流孔)变节流孔流通面积(气阻流通面积(气阻R R)可调整。可调整。圆锥圆锥圆锥型圆锥型 常见形式常见形式 圆柱圆柱圆锥型圆锥型 圆球圆球圆锥型圆锥型 用途:用变节流孔组成变节流阀用途:用变节流孔组成变节流阀
6、 用于调整比例带,积分时间和微分时间用于调整比例带,积分时间和微分时间3 3气体容室(气容)气体容室(气容)作用:作用:在气路中能贮存或放出气体在气路中能贮存或放出气体 对压力变化起惯性作用。对压力变化起惯性作用。种类:种类:定容气容定容气容气室容积是固定的。气室容积是固定的。弹性气容弹性气容气室容积随压力而变。气室容积随压力而变。气容气容C C:气体容室内每升高单位压力所需增加的空气量,表示气容气体容室内每升高单位压力所需增加的空气量,表示气容 贮存空气能力大小。贮存空气能力大小。C=dm/dPC=dm/dP 气容气容C C的大小取决于气容的体积的大小取决于气容的体积V V,VV升高单位压力
7、所需的升高单位压力所需的空气量空气量贮存空气能力贮存空气能力气容气容CC 对于定容气室:对于定容气室:C=C=常数;常数;对于弹性气室:对于弹性气室:V V可变,可变,CC常数。常数。ppmm气体容室储蓄特性气体容室储蓄特性 由:由:所以:所以:则传递函数为:则传递函数为:CGdtdmCdtdP1质量流量dtdmGtGdtCP01CSSGSPSW1)()()(4 4、喷咀档板机构、喷咀档板机构组成组成恒气阻恒气阻(横节流孔横节流孔1 1)+背压室背压室2+2+喷咀档板(喷嘴喷咀档板(喷嘴3+3+挡板挡板4 4)串联而成)串联而成 作用作用将档板相对于喷咀的微小位移转换成相应的气将档板相对于喷咀
8、的微小位移转换成相应的气压信号,相当于变气阻单元。压信号,相当于变气阻单元。是气动仪表最基本最精密的元件是气动仪表最基本最精密的元件 是一放大系数很大的放大环节。是一放大系数很大的放大环节。喷咀档板机构静特性喷咀档板机构静特性 在稳定工况时背压室的输出压力在稳定工况时背压室的输出压力P P与档板位移与档板位移h h之间的关系之间的关系 当档板盖住喷咀时(当档板盖住喷咀时(h=0h=0),),理论上应有理论上应有P=PP=P0 0=0.14MPa=0.14MPa。实际上由于加工精度实际上由于加工精度限制(漏气)使限制(漏气)使P P略略低于低于P P0 0 当档板离开喷咀一定距离时,当档板离开喷
9、咀一定距离时,h h的变化将不再引起压力的变化将不再引起压力P P的变的变化。档板与喷咀间形成的气流出口是一小圆柱侧面的形状,当化。档板与喷咀间形成的气流出口是一小圆柱侧面的形状,当其面积其面积dd2 2h=h=咀孔流通面积咀孔流通面积dd2 22 2/4/4时,档板不再起节流作用这时,档板不再起节流作用这时时h=dh=d2 2/4/4 当当hdhd2 2/4/4时,理论上时,理论上P=PP=Pb b(大气压力),但实际上由于气流大气压力),但实际上由于气流对档板的冲量作用,使对档板的冲量作用,使P P偏高于大气压力偏高于大气压力 当当h=0h=0d d2 2/4./4.时,时,hPhP,呈非
10、线性关系,但在喷咀呈非线性关系,但在喷咀档板机构的工作范围(档板机构的工作范围(P=0.02 P=0.02 0.1MPa0.1MPa)内,即内,即a ab b段可近段可近似当成线性关系,这样有:似当成线性关系,这样有:P=KP=K1 1h h 是一比例环节。是一比例环节。K K1 1 abab段的平均斜率。段的平均斜率。自学教材自学教材P95P95:2323、2424、2626、2727、3232、4343、4444、4545、4646、6161、7878 5 5、气动功率放大器、气动功率放大器 喷咀档板机构中,恒节流孔径很小(喷咀档板机构中,恒节流孔径很小(d d1 1=0.15=0.150
11、.3mm0.3mm),),工作时输出气量少,不能直接推动执行机构工作时输出气量少,不能直接推动执行机构(也很难远距离传送),所以在喷咀档板机构后要加一功(也很难远距离传送),所以在喷咀档板机构后要加一功率放大器(进行流量或流量压力放大),两者一起又称二率放大器(进行流量或流量压力放大),两者一起又称二级功率放大。级功率放大。耗气型气动功率放大器耗气型气动功率放大器 起流量和压力放大作用。起流量和压力放大作用。组成:组成:放大气路放大气路两变节流阀两变节流阀球阀:球阀:控制来自气源的进气量(较小位移时,控制来自气源的进气量(较小位移时,G G变化大,满足大流量的要求)。变化大,满足大流量的要求)
12、。锥阀:锥阀:控制排气量控制排气量弹性元件弹性元件金属膜片金属膜片+弹簧片使阀杆产生位移弹簧片使阀杆产生位移 当当PP阀杆下移阀杆下移开大球阀关小锥阀,流量放大(进气量开大球阀关小锥阀,流量放大(进气量 排气量)排气量)P Poutout。可见:阀杆位移的大小决定输出压力大小可见:阀杆位移的大小决定输出压力大小 设输入压力为设输入压力为P Pi i ,金属膜片面积为金属膜片面积为F F,推力推力P Pi iF F与位移与位移S S的关的关系分三个阶段系分三个阶段 SS00P0FPaFPiF第二阶段:第二阶段:当当P Pi i P P0 0 时,由于时,由于P Pi i FFP Pa aF F后
13、,阀杆开始有位后,阀杆开始有位移。移。SS00P0FPaFPiF 第一阶段:第一阶段:P Pi i=大气压力时,膜片大气压力时,膜片与阀杆端有一定间隙与阀杆端有一定间隙S S0 0 ,当当P Pi i 时,使时,使S S0 0。当当P Pi i=P=P0 0 时,时,S S0 0=0=0(膜片正好与阀杆接触),这一段膜片正好与阀杆接触),这一段阀杆无位移阀杆无位移P Pa a放大器起步压力(放大器起步压力(27.3327.33KpaKpa)换用不同刚度膜片和弹簧片可调整换用不同刚度膜片和弹簧片可调整P Pa a 当当PP阀杆位移阀杆位移SS与与PPi i成正比成正比称为放大称为放大器的工作段。
14、器的工作段。此段内:输出压力增量此段内:输出压力增量PP出出=K K2 2PPi i比例环节。比例环节。K K2 2放大器放大倍数(取决于膜片有效放大器放大倍数(取决于膜片有效面积面积F F及弹性组件刚度)及弹性组件刚度)自学教材自学教材P98P98:4747、4848、4949、5050、5252、5555二、气动仪表的基本环节二、气动仪表的基本环节 气动仪表的三个基本组成环节气动仪表的三个基本组成环节 放大环节放大环节 反馈环节反馈环节 比较环节比较环节放大放大环节环节反馈反馈环节环节输入信号输入信号反馈信号反馈信号比较信号比较信号输出信号输出信号+-1 1、气动仪表的放大器、气动仪表的放
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