Текст
                    Пашков Е.В.
Осинский Ю.А.
Четверкин А.А.
лектр .'in
автомат
в производственных
процессах
%
v


Пашков Е.В., Осинский Ю.А., Четзеркин А.А. ЭЛЕКТРОПНЕВМОАВТОМАТИКА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССАХ Издание второе, переработанное и дополненное Под общей редакцией заслуженного деятеля науки и техники Украины, д-ра техн. наук, проф. Е.В. ПАШКОВА Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для студентов машиноприборостроительных специальностей Севастополь 2003
Ьь К Л-5-05 1122 > IK л£ 1. 5$о : OS 1.587Л57 lVncHJCHihi: нне~ ГевНгГ' >P "^ "^ "P°*CCC°P' ^ «Ф*Ф«* «Приборострое- В.Л. Ганский, i-p техн. наук, с г. научн. согр>диик. зав. отделом я» гомаiнзацнп океано!рафнческнх неслечованнн МГЦ IIАН Украины. Налчный редактор В,К. Мнригоиж, i-р техн. наук, профессор. Решение МОП Украины о присвоении грифа учебного поспЛ.. -\а 14/18-2-551 от 18.03.02. Пашков Е.В. П— Электропневмоавтоматнка в производственных процессах: Учеб. пособие / Е.В. Пашков. Ю.А. Осинекнн. А.А. Четверкнн: Под ред. Е.В. Пашкова. • — 2-е изд.. перераб. и доп. — Севастополь: Изд-во СевНТУ 'ЮО! 496 с, нл. ISBN 966-7473-37-6 Приведены терминология, основные понятия, графическое обозначение элементов электропневмоавтоматнкн. рассматриваются конструкция, принцип действия и методика расчета электрических преобразователей сигналов и датчиков сигналов. Описаны констрхкцни и даны характеристики электропневмораспределнте- лей. свободно программируемых контроллеров и исполнительных устройств систем электропневмоавтоматики. Изложены рекомендации по выбору, расчету и проектированию электропневматнческнч систем управления технологическим оборудованием. Даны численные примеры расчета основных элементов. Для студентов технических вузов машиностроительных и приборостроительных специальностей, а также слушателей отделений переподготовки и повышения квалификации в области автоматизации техпроцессов и производств. Приведена термшолопя, ochobhi" поняття. графйше позначення елемент1в електропневмоавтомагикн, розглядаються конструкшя, принцип дн та методика розрахунку електричних перетворювач1в енгнагнв. Опнсат конструкцн i даш характеристики електропневморозпод1льннк1в, в1Льно програмугмих контролерш ir виконавчнх глристроТв систем електропневмоавтоматнки. Внкладен1 рекомендацн по вибору, розрахунку i проектуванню електропневмоавтоматнчних систем керу- вання технолопчним обладнанням. Приведен! чиеельш приклади розрахунку ос- новянх елемент1в. Для студента техтчннх вузт машннобудшних i прнладобудюннх спешаль- ностей. а також слухач1в виЫлень переподготовки та пивишення квшпфисац» У галуз! ааточатизацн техпроцеав i виробництв. ББК 3-5-05 ISBN 966-7473-37-6 © Издательство «СевНТУ*, 2003 ПРВДНСЛОВШ- Годы, прошедшие со времени первого издания учебного пособия «Электропневмоавтоматнка в производственных процессах» (1997 г.), характеризуются значительными достижениями в различных технических отраслях современного производства. к Несмотря на большое внимание, уделяемое развитию и применению средств автоматизации, наличию работ в данном направлении, вопросы создания высокоэффективных систем -«гектронневмоавтоматики ие получили достаточного отражения в литературных источниках. Появление в промышленности новых высокопроизводительных и высокоточных технологических процессов требует постоянного внимания к созданию и применению адекватных средств автоматизации. Основной задачей авторов второго издания была переработка и дополнение первого издания материалами, являющимися результатами обобщения практического опыта, накопленного в последние годы фирмой «Festo» (Германия), которое может быть использовано студентами вузов технических специальностей при выполнении расчетно-графических заданий, курсовых и дипломных проектов, выпускных работ. В предлагаемой вниманию читателей книге авторы использовали разработки фирмы «Festo». имеющей свои представительства в 52 странах и заводы по производству техники автоматизации в 10 странах, специалисты которой успешно решают задачи автоматизации в таких известных компаниях и фирмах как Фольксваген. Даймлер-Крайслер. Филипс и др. с комплексным применением электропневмоавтоматики, контроллеров, сенсорики и других средств. Одновременно в книге обобщены и отражены опыт предприятий приборостроительной, машиностроительной и других отраслей промышленности, данные отечественных и иностранных литературных источников, а также личный многолетний опыт работы авторов в данной области. Книга написана в соответствии с учебными планами таких направлений обучения в СевНТУ. как 0902 — Инженерная механика, 0909 — Приборы. 0914 — Компьютеризированные системы автоматики и управления. 0925 — Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии. 0922 — Электромеханика, специальностей, отражающих вопросы автоматизации производства, а также программами обучения учебных центрах «Фесто-Украина» и «Фесто-РФ». Во многом она ориентирована на обучение по программам С-МВА (Менеджмент в области инженерии), в которых сочетаются как тренинги по методам управления, имеющие практическую напраыениость. так и новая информация о последних достижениях в области автоматизации и информационных технологий. Книга также может быть использована в процессе обучения мехатронике. яатяющейся синтезом механики и электроники, и рассматривающей вопросы планирования производственных систем, монтажа, программирования, ввода в эксплуатацию, обслуживания и поиска неисправностей. Цель учебного пособия: — обобщить обширную информацию в области разработки и применения средств электропневмоавтоматики: — описать наиболее характерные ижепя гадай элементов электропневмоав- гоматики, их параметры, характеристики, особенности исполнения: — изложить методику рационального проектирования основных элементов электропневмоавтоматнкн. квазиоитимальных по совершаемой работе, и предложить инженерные методы их расчета:
4 Предисловие показать на конкретных примерах возможности элементов «. систем элек- ^^^и. имения „х'совершеиствованн, выполняемые функ- они. позитивные и негативные аспекты. Учебное посооие состоит из восьми глав. кроме общих вопросов электропневмоавтоматики в нем последовательно рассматриваются вопросы расчета н конструирования преобразователей информации, конструктивные и эксплуатационные особенное™ датчиков сигналов на их основе. конструкции и эксплуатационные характеристики пневмораенределителеи, свободно программируемых контроллеров, элементов электропневматнческих систем и манипуляторов промышленных роботов с пневмоприводом, элементов вакуумной техники, а также вопросы разработки систем управления технологическим ооорудованием для конкретных техпроцессов. Список использованной литературы приведен в конце книги. Предисловие написано Пашковым Е.В. и Осинским Ю.А. Главы 1,11, Ш. VII и VIII — Е.В. Пашковым, п. IV. разделы 1.7.2.5,3.6.1 — Ю.А. Осинским. гл. V — А.А. Четверкиным иЕ.В Пашковым. По просьбе авторов разделы 2.6.2,2.6.3 и 2.6.4 написаны Ю.К. Сопиным; глава VI — канд. техн. наук ЮЛ. Волковым. Авторы выражают глубокую признательность докт. техн. наук, проф. В К Маригодову, инженерам В.Д. Сорокиной и Е.Н. Абрамовой за помощь, ока- «нную при подготовке учебного пособия к изданию. В процессе работы над рукописью этого издания с благодарностью учтены замечания отмеченные в рецензиях докт. техн. наук. В.А. Гайского и докт техн наук. проф. В.Я. Коппа. СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ Автоматика— отрасль науки и техники, охватывающая теорию и прак- 6e7JnnTe"Hfl СИСТСМ уПраВЛенИЯ ^ническими процессами, осуществляемыми оез непосредственного участия человека. Пневмоавтоматика- раздел автоматики, охватывающий теорию и практику построения систем управления техническими системами на базе пневматических устройств. Аналогичным образом можно классифицировать электроавтоматику как раздел автоматики. Электропневмоавтоматика— раздел автоматики, охватывающий теорию и практику построения систем управления техническими системами на базе комбинированных устройств, осуществляющих преобразование различных неэлектрических, физических величин (перемещение, давление, механические напряжения, температура и др.) в физические величины электрического напряжения, тока, частоты и др. В соответствии с общими принципами управления технологическими процессами автоматическое управление осуществляется на основе информации, получаемой с помощью комплекса технических средств автоматики 14]. Системы автоматики в зависимости от выполняемых функций делятся на автоматические системы контроля, управления и регулирования [53]. Технические средства автоматики, включающие различные автоматические устройства, служат для получения, передачи, преобразования и хранения контрольной информации, формирования и передачи командной информации, использования ее для воздействия на управляемый процесс. Интеграция электрических и пневматических устройств автоматики играет важную роль в решении множества задач автоматизации производства. Необходимость в дешевых и эффективных производственных системах требует минимизации времени цикла работы технологического оборудования. Электропневматические средства автоматики обладают рядом преимуществ. В системах управления, где сигналы передаются на большие расстояния, с целью сокращения времени передачи в качестве рабочей среды используется электричество. В системах, где ожидается расширение и частое изменение номенклатуры выпускаемой продукции, использование пневмоклапанов с электромагнитным управлением дает возможность внедрять в них свободно программируемые контроллеры, что позволяет быстро изменять цикл работы систем. Электрические устройства выполняют в системах управления функции генерации и обработки сигналов. Пневматические устройства решают различные задачи, связанные с поступательным или вращательным перемещением нагрузки, а именно, зажим, перемещения, позиционирование, ориентация. Сигналы о наличии или состоянии объекта генерируются (вырабатываются) различными!! датчиками 1 (рисунок 1.1) и передаются на логико-вычислительные устройства (процессоры) 2. в качестве которых, например, могут быть использованы электромагнитные реле, контроллеры и др. Процессор обрабатывает получаемые сигналы и посылает их к интерфейсным устройствам 3. предназначенным для связи различных по виду энергии (рабочего тела) элементов, например, пиевмо- распределителям с электромагнитным управлением, подающих сжатый воздух в одну из рабочих полостей пневмоцилиндра 4. перемещение штока которого контролируется датчиками положения 5. образующими обратную связь. Программирование процессора (контроллера) осуществляется либо с помощью специальных пультов, либо с помощью ПЭВМ, в которых .хранится пакет программного обеспе- чения. например. VinPlSA.
Глава I Рисунок 1. Структура и назначение систем автоматики I Гневмоавтоматика Электроавтоматика Сопла Цилиндры Моторы Ивдихаторы Пневыодвигателп Распределители Исполнительные устройства I 7~1_ оиства!— Электромоторы Электромагниты Лилейные двигатели Управляющие элементы Распределители (триггеры) Обратные клапаны Клапаны давления Логические элементы I ггы |_ Мощные контакторы Мощные транзисторы Полупроводники 1 Процессорные элементы Переключатели Кнопки Концевые выключатели Генераторы программ Сигнализаторы приближения Датчики { l 3 —■ I Входные элементы Контакторы Реле Электронные элементы (контроллеры) Сигналы Переключатели Кнопки Концевые выключатели Генераторьшрограмм Сигнализаторы приближай Индикаторы Датчики Рисунок 1.2 Таким образом, в процессе разработки систему управления можно рассматривать как совокупность трех отдельных частей или блоков. Они включают в себя выходные устройства, элементы, обрабатывающие сигналы, и входные элементы, обеспечивающие ввод сигналов и обратную связь. В терминах аппаратного обеспечения это означает, что для передачи сигналов должны существовать входные, процессорные, управляющие и исполнительные устройства [26]. На рисунке 1.2 показано расположение устройств и элементов по направлению потоков сигналов, характерных для электроавтоматики и пневмоавтоматики, и выполняющих сходные функции в системах управления. Для проектировщиков и наладчиков электропневматнческих систем очень важно уметь различать уровни расположения элементов внутри системы, так как на каждом уровне решается определенная задача прохождения или обработки сигнала. Основываясь на данной схеме можно заключить, что для большинства случаев системы электропневмоавтоматики, являясь комбинированными, представляют собой сочетание электрических и пневматических устройств, соответственно расположенных на двух первых и двух последних уровнях, выделенных на рисунке штриховыми линиями. Распределители с электромагнитным управлением и реле могут выполнять как функции обработки сигналов, так и функции управления исполнительными устройствами. Например, если распределитель используется для управления цилиндром, он относится к управляющим элементам. Если же он служит для обработки сигналов, он относится к процессорным элементам. Особое место в электропневматических системах занимают источники энергии, энергоносителями в которых являются сжатый воздух или электричество. 1.1. Сигналы информации Носителем информации является сигнал. Под сигналом понимают материальное воплощение сообщения, которое может быть использовано в информационных системах при передаче, переработке и хранении информации.
Глава I на непрерывные и дис- 1Ь «^ сигналы могут оытьJJ**"* воспроизводящий все мгновенные к?сС«.ые.НепрерыВнымшЭывает^,игн ' J б „ „ неирерь,в,юго ™^*^"Z"eT™W™ «л„ одновременно по времени н сагтяа кмнтомнием по времени, пи у\^ Я»»"» „ „ кпчествс сигналов обычно используют электриче- В 'S^TSlLTS^ii то, амплитуду, напряжение, давление in механические «впотин i ^ пшволяют легк0 осу. ^Г^'^^^сравнение и хранение инфпТ ^Тода^чаях сигнаты возникают как непосредственное следствие про- ^Го^ при упртГнии процессов (изменение тока, напряжения, температурь,, ^иГ nLLC исполнительных (выходных) элементов механических уст- J3S^t™ . в других случаях они обеспечиваются чувствительными элементами (преобразователями) или датчиками. 1.2. Элементы автоматики Соответственно операциям, производимым с сигналами информации в автоматических устройствах, могут быть выделены функциональные ячейки — элементы. Элемент — простейшая в функциональном отношении ячейка (устройство, схема), предназначенная для выполнения одной из следующих основных операций с сигналом: ^преобразования контролируемой величины в сигнал, однозначно связанный с информацией об этой величине (чувствительные элементы, датчики); 2) преобразования сигнала одного рода энергии в сигнал другого рода энергии: электрический в неэлектрический, неэлектрический в электрический, неэлектрический в неэлектрический (электромеханические, термоэлектрические, электропневматические, пневмоэлектрнческие, фотоэлектрические, пневмомеханические и др.); 3) преобразования сигнала по величине энергии (усилители); 4) преобразования сигнала по виду, т.е. непрерывного в дискретный и наоборот (аналого-цифровые, цифро-аналоговые и др.); 5) преобразования сигнала по форме, т.е. сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока и наоборот (модуляторы, демодуляторы); 6) функционального преобразования сигналов (счетно-решающие элементы, функциональные элементы); т«с11^ГНеНИЯ СИГНаЛ°В " С°3данИЯ комаВДно-управляющего сигнала (элемен- гы сравнения, нуль-органы); 5,г^п^еГнГтЧеСКИХ °ПераЦИЙССИГНаЛами (логические элементы); ры Де к™оГ Г"""0" П°различным чепям (Распределители, коммутато- ры. реле, контакторы, магнитные пускатели)- 10) хранения сигналов (элементы памяти, накопители)- ™~™^ZZ:Z£z;z2 £ЕГ""Ufomcc (ис- m В общем виде элемент представляет собой преобразователь (рисунок 13), на вход которого подается сигнал «х» , а на выходе получается сигнал «у». " 6) Элементы (Э) подразделяются на Р"сувок»3 пассивные, активные и с обратной связью. Структура и назначение систем автомата» В пассивных Элементах (рисунок 1.3,а) выходной сигнал «у» получается за счет входного сигнала «х» и, как правило, в резудьтате потерь меньше последнего (Г < у). В активных элементах (рисунок 1.3.6), характеризующихся наличием вспомогательного источника энергии (ВИЭ), входной сигнал <а» лишь управляет передачей энергии от ВИЭ выходному сигналу, который может быть больше входного Если входной сигнал не зависит от выходного, то элемент принято называть разомкнутым. Величины <ог» и «у» могут быгь как электрическими (ток, напряжение, сопротивление), так и неэлектрическими (давление, скорость, температура, перемещение и др.). Различают элементы реверсивные и нереверсивные. Нереверсивные элементы сохраняют знак выходной величины постоянным независимо от изменения знака входной величины. Реверсивные — изменяют знак (полярность постоянного напряжения, тока; фазу переменного напряжения, тока; направление перемещения). По форме представления входного и выходного сигналов различают элементы непрерывного, дискретного и релейного действия. В приложении А приведены условные графические обозначения ряда элементов автоматики по ГОСТам, стандартам DIN и Festo — обозначения (по DIN и по Festo приведены обозначения элементов, отличающиеся от обозначений по ГОСТам). При схемном или схемно-конструктнвном соединении нескольких элементов получаются основные функциональные автоматические устройства, которые в определенных сочетаниях образуют системы автоматического управления. 1.3. Характеристики управления элементов Основной характеристикой элемента в установившемся режиме работы является характеристика управления, определяющая функциональную связь между входным «х» и выходным «у» сигналами в статике (статическая характеристика) У=Л*)- _ П-'> Характеристики управления бывают линейными, н едн и е й и ы,м и, релейными. В общем случае характеристика управления у = /л) представляет собой непрерывную кривую или кривую, имеющую разрывы непрерывности. На рисунке* 1.4 приведены основные типичные характеристики управления элементов [4]. „ „ Характеристика, представленная на рисунке 1.4.а, является линейной, с постоянной крутизной, характеризующейся углом cc = arctgv/.v l'-2' и пропорциональной зависимостью между входной <а» и выходной «у» величинами. Характеристика, представленная на рисунке 1.4.6. изображает непрерывную функциональную связь, когда непрерывному изменению входной величины <ог» У +У 'max V .у\ а ■ypi —i ' - г \ ) У +У max ■V\ -л ( +.\ л max 5) -V У / ■У I Рису «./ V 1) цок 1.4 +У t- +>»«Г -\ Hj *тях г) л У -\~ у /+л л ■>; ' д)
Глава I «„ипм* «w—«—« ™жж т~тЛ вел"ч""Ы ^ "Р"ЭТОМ \ртт»Щ«а^'«№^^тш«тас^^^^^^^ управления с ^ Н. р*.™* IА. изображена '^«^'ГдоТ^Га пределе которой ^ «»-»«-™^2S^". iS» n~ выходной ае- неактивное изменение входной величины ш. о ,«пП4.«г»-зона ^£ны! Интервал изменения входной величины от - «л,» До + «.» «•«•гиствмтетыюстн (порогчувствительности). * Х^Ц«он1тьна^зависимость",- =/?*)• в которой только при некоторых опре- ^Г™ях непрерывно пленяющейся входной *~™?£~ •тчина изменяется скачком, называется релейной характеристикой Релейная характеристика с зоной нечувствительности изображена на рисунке 1 .4,г. При входной ветчине t = ± .г, происходит скачок выходной величины до посто- янного значения ±w Характеристики ряда элементов имеют неоднозначную зависимость между физическими величинами, характеризующими состояние элемента (например, намагниченность^ от физических величин, характеризующих внешние воздействия (например, магнитного поля), т.е. имеет место гистерезис (отставание, запаздывание) в форме петли (рисунок 1.4л). В электромагнитных реле гистерезис имеет прямоугольную форму. 1.4. Основные параметры элементов Свойства элементов определяются рядом параметров, к числу которых относятся коэффициент преобразования, чувствительность, коэффициент усиления, порог чувствительности и погрешность [53]. Различают три вида коэффициента преобразования: статический, динамический иотносительный. Статический коэффициент преобразования (коэффициент передачи) K„, есть отношение выходного сигнала элемента v к его входному сигналу .г: Кт = у*х. ' (1.3) Динамический коэффициент преобразования Кг>и„ показывает, во сколько раз приращение выходного сигнала (Ay; dy) больше или меньше приращения входного сигнала (Ах; dx): Kdm^bylhx-dyfdx. (1.4) Коэффициенты K„ и К^ будут равны, если у изменяется пропорционально .т. Относительный коэффициент преобразования К»™ есть отношение динамического коэффициента преобразования к статическому, т.е. Пп« Ai к<ш» = Кдш1/Ксп. (1.5) Для датчиков коэффициент преобразования называется чувствитель- пЬп^аЯЛЯУСИЛИТеЯеЙ~КОЭф*ициенто« Усиления, но™™^»»JZ чувствительности называют наименьшее (по абсолют- ному^ченню) знамение входного сигнала, необходимое для появления выходно- ^™i^z™»t:^ у элементов п° пр~ w тюмом истерезиса, вызванного, например, остаточным магне- ^^^Гн^^^ЛХТГем ДНОГО СИГНаЛа' —« * Р- УсштЯ его работЫ.Хтич1Га?с0Г^ГИ ИЗМСИеНИЯ ВНСШНИ* ■ ря»е3еииую погрешности. У * отиос"тел ьну ю и Абсолютной погпешнпг^и, а «-жмвшсмвыхопнпгДД^ Av называ»от разность между факти- ™«»ем выходного сигнала* „ его расчетным значением у,- У1~Ур = Ьу. (1.6) II {дар ОС Относительная погрешность е погрешности Ду к расчетному значению Ны*^СНг^?№ ^"""о* Приведенная ивгр.ш?.^!^100*'"' ™ нести Ду к максимальному зрению Гхо^^^ "*» диапазон его изменения: сигнала у™, , определяющему S = 4>'/>'.„» (Ду /Van)-100%. (к8) 1.5. Обратные связи Выходной сигнал у может оказывать влияние на входной х при частичной передаче энергии сигнала в обратном направлении - с выхода „а вход те при наличии обратной связи (ОС) между выходным и входным сигналами. Элементы с ОС называются замкнутыми. На рисунке 1.5 показан основной элемент Э с коэффициентом преобразования К, охваченный ОС. * х которая осуществлена с помощью дополнительного *"®~ элемента (ДЭ), имеющего коэффициент преобразования р. Если часть выходного сигнала у, совпадает по фазе с входным сигналом .г, то образуется поло- Рисунок 1.5 жительная обратная связь, и на вход Э поступает сигнат -V+v(. а если не совпадает — то образуется отрнца- тельная обратная связь, и на а\од Э поступает сигнал х-У|. Обратная связь изменяет коэффициент преобразования. Коэффициент преобразования основного элемента Э, не охваченного положительной обратной связью, можно выразить формулой К = —^—. (19) х+у, Коэффициент преобразования дополнительного элемента, создающего обратную связь, р = у,/у. (110) Определив значения г, из формул (1.9) и (1.10) и приравняв их между собой, получаем значение входного сигнала .v. поступающего на вход основного элемента Э, охваченного ОС: д=4-ру=-г(1;рю- <u,) Так как коэффициент преобразования основного элемента, охваченного положительной ОС. определяется выражением К«а.с=У/х- то. подставив в него значение д из (1.11). получим 1__ Ц.12» А'пос.-,_рА Аналогично, коэффициент преобразования элемента, охваченного отрицать™" ОС, i_ (1.I3) Аолх~!+рЛ' * Обьединенну К> формулу можно записать в следующем виде: ^ *осе.-,±рХ" '
u Глава I „ «+» отаостся к отрицательной ОС, а знак «-» — к положительной. Положительная ОС увеличивает коэффициент ирсоорозования, но уменьшает сгЛндьноеть работы элемента. Отрицательная ОС уменьшает коэффициент иреобраювьния. но увеличивает епбвльность работы элемента 1.6. Ф\икции систем автоматики Системы автоматики, в зависимости от выполняемых функции деля гея на автоматические системы контроля, управления и регулирования \4 5i\. Миочатическая система контроля (АСК) (рисунок I о,а) осуществляет сравнение контролируемой величины с заданным (эталонным) ее значением и фиксирование результатов сравнения в форме, удобной для наблюдения и длительного хранения Контролируемая величина с контролируемого объекта (КО) поступает на датчик (Д). в котором преобразуется в сигнал, удобный для измерения. С выхода Д преобразованный сигнал передается на сравнивающее устройство (СУ), в котором осуществляется сравнение преобразованного сигнала контролируемой величины с сигналом эталонной величины, постунаемым с з а д а ю щ с г о устройства (ЗУ). Послезнее может быть программным, т.е. последовательно выдающим различные значения эталонной величины. ЗУ может отсутствовать, если АСК предназначена для измерения абсолютного значения контролируемой величины. Потученнын результат сравнения подается на воспроизводящее устройство УВУ\ которое указывает, сигнализирует или записывает значение контролируемой величины Автоматическая система управления (АСУ), являющаяся разомкнутой системой, служит для выполнения операций, задаваемых внешним источником воздействий (задающим устройством) на вхоле этой системы, причем сам процесс управления не зависит от его конечного результата. Структурная схема АСУ приведена на рисунке 1.6,6. Поступающий на вход управляющего устройства (У У) управляющий сигнал оценивается (измеряется) и преобразуется в физическую величину, удобную для передачи. С выхода УУ преобразованный сигнал поступает на исполнительное устройство (ИУ). которое возден- ствуег соответствующим образом на управляемый объект (УО). Примером такой системы может служить автоматическая система компенсации, поддерживающая постоянство выходной величины УО. Автомат и чеекаи система регулировании (АСР) (рисунок |.6.в) предназначена для поддержания с заданной точностью постоянства Контроль а) Управление ЗУ УУ ИУ УО в) Регулирование РисуноШб Выход Структура и назначение сис.см авгома.ики J3 значений одной или нескольких физических величин (регулируемых величин) КпГтоТАсГа,ШЯ (0Р)' К0ТОРЫС «P-nW" WnZZnnl™ Кроме то, о. АС Р может изменяй, значения указанных величин по заданному «жопу. АСР представляет собой систему с замкнутой цепью воздействия, в которой управляющие воздействия вырабатываются в результате сравнения действительного значения управляемой величины, контролируемой датчиком обратной связи Д. с предписанным («алойным) значением. Если значения этих величии не равны, го на выходе СУ возникает сигнал рассоитсовапия. который воздействует на систему посредством ИУ таким образом, что в дальнейшем это рассо1ласование автоматически сводится к очень малому значению (теоретически к нулю). 1.7. Энерюснабжеиие >леменгов злектропиевмоавтоматики 1.7.1. Источники электрического питания Наиболее распространенным напряжением электропитания элементов электрон невмоавтоматики (датчиков, распределителей, контроллеров и др.) является постоянное напряжение 24 В, обеспечиваемое специальными блоками питания. На рисунке 1.7 показан общин вид Nw источника электропитания типа D.AS- Bj ^ NETZG 24V/5A, имеющий следующие * характеристики Г37.50]: входное напря- щ^Р жен не — 220 В, частота — 50 Гц, пере- ^ менный ток; выходное напряжение — ^* 24 В (ПОСТОЯННЫЙ ТОК С максимальной Рисунок 1.7 величиной в 5 А). Габаритные размеры: 150x100x225 мм; вес — 3,3 кг. Источник питания обладает защитой от перенапряжений, устойчив к перегрузкам и при коротком замыкании. Широкое внедрение электронных средств автоматизации — устройств программного! ического управления (программируемых контроллеров) - привело к появлению специальных источников электропитания, к числу которых следует отнести разработанную фирмой BECK, входящей в группу «Fesio». модель PSE 3 Zcv"ok I L) с входным напряжением I80...264 В (переменный ток), входной частотой 5 400 Гц. выполненную в алюминиевом корпусе, весом около 0.45 кг. частотой 5 4Д Ц. J Температура при транспортировке и хранении ГГТ^Г: ^. С1ный режим эксплуатации, (до 2000 мнм = „ J^ „Г 9S<? no +70Т Среднее время безотказной работы при ЗУС - 800000 моря) — от-25 С до +Ж- PW» ^ Г0ЯН11Ь1И ток); ^.ость выходного часов. Выходное напряжение - Л в/ Li «i ^ _ замсД1е„ный. напряжения «'* "ГН^Е^ для питания модулей промытых Схема,cni- источника^/J^^^I^ ВС &■**«- Напряжение питания ло.ики ""»»•» т6о от мотулен питания логики либо от интегрированного источника " ' j , часы реального времени модели PSIPSI0/PSIPSN. в «оторы1 "m"W ,6 В постоянно.о тока: вы- ReafTime. . .„„ряжепне пи.а.и.я «^ ток) длямодуля PSIPSI0 и 5 В/6.0 А ходное напряжение — 5 Ы/4.и л и*"- Стандартный формат мотулеи н^С. (постоянный ток) для модуля модели ты ■ . о а „„дпооиое описание и .ом числе и источника питания. ..оказан на рисуп«* приведено в главе VI.
14 Глава I ч Нейтраль +24 (постоянный ток) от+1» В до 26 » (постоянней ток) Источник шпаши ULli.3 IIIi 4 Шт 6 IIIi 5 -220 Н в" 50ГЦв_ IIIi 2(-) llh 1(+) I Источник питания PSI-3 Шт 6 (от +10 до 3613 постоянный юк) Шт 5 Шт 5 (+5 В itcnoMoi отельный мршюл нитоиия) Шт 3 - общий нропод (минус) Шасси для модулей IPC б) Рисунок 1.8 Для получения постоянного напряжения пигания 24 В может быть использо- ГисунГ1'1Н)ПИаЛЬНаЯ ЭЛе,П15ИЧеская схема источника питания, представленная на но^гШ^Г/' 1Н,,аТПП2-5-127/220-50 рассчитан на номинальную мощ- ноГобм^ке 2т „ZTsT "а "ерВНЧНОЙ °бмОТКе ,27 """ 22° В <™ в »СРВ- соответственно). Трансформатор содержит четыре Втори,11|,лх обмотки. Mi „их используются две обмотки с номерами выводов 11-12 и 23-24, которые рассчитаны на напряжение 14 В при максимальном токе нагрузки 5 А. иомотки включены последовательно, что дает возмож- нГпя-жГис4 2ТКЬ гГ ВЫХОДе "««Форматора переменное напряжение 28 В, „рн максимальном токе ншрузки до тель I? ДИ°ДаХ VD' ~ VD4 СобРа" мост«вой вынрями- Ст^нпГЛеНСаТ°Р С1 яыяе1СЯ хоиденсатором фильтра. cx^S пГ|°Р ВЫХОДИО'° напряжения собран „а микробеин™п1Г ,LM2574-ADJ- ««Ч» представляет со- ьой интегральный ключевой стабилизатор с регулируе- Рисунок 1.9 ^фуктура и назначение ( 220 в СО Гц << или 127 В 50 Гц <4 2 т» 24 VDI-VD4 «-24 В Рисунок 1.10 мым выходным напряжением, с защитой от перегрузки и от короткого замыкания по выходу. Эта микросхема имеет следующие параметры: максимальное входное напряжение до 45 В; выходное напряжение от 1,23 до 37 В; максимальный ток нагрузки до 3 А. Для своего функционирования микросхема требует всего четыре внешних *>лемента: конденсатор на входе (его роль выполняет конденсатор фильтра О); на выходе обращенный диод с барьером Шоттки (VD5); накопительный дроссель LI и конденсатор фильтра С2. На резисторах Rl — R2 собран управляемый делитель напряжения, который подает часть выходного напряжения на вход обратной связи интегрального стабилизатора. С помощью переменного резистора R1 можно регулировать выходное напряжение стабилизатора. На элементах L2 — СЗ реализован дополнительный фильтр нижних частот для снижения уровня пульсации выходного напряжения стабилизатора. 1.7.2. Системы подготовки сжатого воздуха ™п™ потоебляет примерно 10% энергии, вырабаты Производство сжатого воздуха потрсоляет v ваемой для промышленных целей.i ышлеиных площадок. Воздух используется на большинстве промы Основные секторы потребления: производство стекла — 20%; машиностроение— ,2%; напитков-9%; производство продуктов питания и н производство резины и пластмасс-10*. производство химикатов — »%.
to Глава I Обязательным критерием надежного функционирования электропневматиче- ских систем (ЭПС) является качество очистки сжатого воздуха от загрязнений, которые, оказывая физическое, химическое и электролитическое воздействие на элементы электропневмоавтоматики, снижают их долговечность в несколько раз. По данным «Tacis» (EUK 9701/M/12/4), производство сжатого воздуха является неэффективным и дорогостоящим процессом, поскольку только 10% полезной энергии расходуется на получение воздуха (остальные 90% преобразуются в тепло), а его цена в 15 раз превышает цену на электричество. К тому моменту, когда сжатый воздух достигнет конечного потребителя, общие затраты на количество эффективной работы могут стать еще выше из-за потерь на трение, утечки и затрат впустую. Сжатый воздух содержит пять основных видов загрязнений: вода — в жидком и парообразном виде, капли масла, масляный туман, твердые частицы. Загрязнения в сжатом воздухе содержатся в виде аэрозолей, т.е. дисперсных образований, состоящих из твердых или жидких частиц, взвешенных в воздушной среде. Содержащаяся в сжатом воздухе вода вызывает коррозию деталей ЭПС. Водяные пары, содержащиеся в сжатом воздухе, в случае их конденсации, также приводят к появлению коррозии. Масло, поступающее в магистраль после компрессора, в результате необратимых изменений, происходящих с ним под воздействием высоких температур во время сжатия воздуха, теряет свои смазывающие свойства. Выделяющиеся из масла смолистые вещества, забивая зазоры и тонкие отверстия электропневмоавтоматов, приводят к выходу из строя последних. Твердые частицы засоряют каналы ЭПС и их элементов, вызывают повреждения сопряженных поверхностей в опорах направляющих и подшипниках. Пыль, вода, масло создают на поверхностях пневмоопор пленку, которая может препятствовать нормальному запуску ЭПС и т.д. В связи с тем, что воздухоочистные устройства рассчитаны на работу в определенном технологическом режиме и их оптимальные параметры лежат в довольно узком диапазоне, для обеспечения эффективной очистки сжатого воздуха необходимо в каждом конкретном случае произвести подготовку подлежащего очистке сжатого воздуха таким образом, чтобы его технологические параметры соответствовали оптимальным характеристикам воздухоочистных устройств, в которых он будет подвергаться очистке. Чем чище должен быть сжатый воздух, тем больше будут расходы. Это должно приниматься во внимание при проектировании систем сжатого воздуха. ГОСТ 17433-80 «Промышленная чистота. Сжатый воздух. Классы загрязненности» регламентирует 15 классов загрязненности сжатого воздуха. Четные классы, допуская определенное содержание воды в жидком виде, регламентируют размер и концентрацию твердых частиц в сжатом воздухе. Нечетные классы, помимо размера и концентрации твердых частиц, регламентируют и содержание паров в сжатом воздухе. Температура точки росы сжатого воздуха для классов 0, 1, 3, 5, Л 9,11 и 13 — ниже минимальной рабочей температуры не менее чем на 10 К (Ю w- Качество сжатого воздуха по DIN ISO 8573-1 выражается в классах качества (таблица 1.1). Этот стандарт устанавливает, какие загрязнения допустимы в соответствующих классах сжатого воздуха. Данные о классах качества содержат следующую информацию в заданной последовательности; 1. Класс качества для твердых загрязнений. 2. Класс качества для содержания воды. 3. Класс качества для общего содержания масла (капельки, аэрозоль и пары)- Структураи назначениесистемавтпмяти.,,. 17 Таблица 1.1. Классы качества по DIN ISO 8573-I Виды за грязне чний Класс качества I 1. Содержание твердых веществ max. размер частиц мкм 0,1 1 15 40 шах. плотность частиц мг/м3 2. Содержание воды ОД 1 10 max. точка росы (°С) -70 3. Содержание масла ^пах. концентрация масла мг/м3 -40 -20 +3 +7 +10 не определена 0,01 0,1 25 С экономической точки зрения, воздух высокого качества должен использоваться только там, где он действительно нужен. Общие рекомендации по соответствию класса качества области применения сжатого воздуха даны в таблице 1.2 [37]. Таблица 1.2. Рекомендации по применению сжатого воздуха Зиды загрязнений | т | Точка росы Область применения Пневмоцилиндры Содержание масла Горное дело Чистка Сварочные машины Станки Пневмоаппараты Упаковка Прецизионные [торы давления регуля- Метрологические пнев- моустройства Пневматические опоры Датчики^ Предг укты питания Фотообработка .«. пягппелеления сжатого воздуха с раз- На рисунке 1.11 представлена «ема ртспр * обычно устанавлива. ветвленным трубопроводом. Воздухосборник j> ^ сглаживания Iiyjacar Ются в линии нагнетания за компрессором. создания запаса сжатого воз- Чии потока воздуха, поступающего из к^Ртк0^х расходов в шевмосистеме, а ДУха для использования при возникновени ения коНДенсата воды и масла, со- также для охлаждения сжатого воздуха, от» ^ кОМпрессора. Воздухосборники Держащихся в сжатом воздухе, поступаЮмпресс0ров, у которых выходной поток особенно необходимы для поршневых KO™J!^eccopHbix станциях между компрес- имеет большую пульсацию. На крупных к £онцевые охладители и влагоотдели- с°ром и воздухосборником УстанавлИва1^оНденСата. Так, например, для компрес- тели, что позволяет избавиться от 4^"L размер воздухосборника в литрах дол- сора, создающего давление около 0.7 Мi . »*" атмосферного воздуха в ком- *ен быть приблизительно в 30 раз больше под
ь Глава I Система распределения воздуха Дренажный ' / патрубок Х (ДО) ДП Вход атмосферв воздуха \ Н<яцуитий компрессор а клапан о датчик в отстойник . предохранительный клапан Рисунок 1.11 прессор, то есть для компрессора, потребляющего 50-10 3 м3/с атмосферного воздуха, требуется воздухосборник емкостью около 1500 литров (1М3= К)3 дм3 = 1000 литров). Поскольку дальнейшее охлаждение воздуха может происходить в самих распределительных воздухопроводах, их следует монтировать с наклоном в направ- п^еноГГГ°ЗДУХа (УКЛ°Н 1-2%)' ЧТОбы СИЛа тяжести и поток воздуха могли Зе™Т? "Ч*»*"»« патрубкам, расположенным через соответствующие Гк^миГ*™"»ЫМ™™™™™« конденсатоотводчиками (дренажными клапанами или кранами) для предотвращения их переполнения зу obJZ^Zl^L™31*™*0*0™ СЛСДует избегать расположенных вни- ^У^^^^^^Г^110' В ™ей ™* "в -е- Исключая дренажные патрубки rcp ™u™ „ к Духопроводов должны быть р^поТс^ены Г Р* И3 Разделительных воз- попадания конденсата в линии отбогТ Sri "* ^""^ 43C™ ДЛЯ предотвращения ответвления для отбора воздуха ппт^Гк распРеделительные воздухопроводы и тить чрезмерные потери давление, °ДН°Г° Р33^3- чт°бы предотвра- потока в трубопроводах Тоубньк- 'г зникаю1цие пРи прохождении воздушного Из-за возможности охлаждения возп™^м"™ ™КЖе вызыва™ "отери давления. тельным воздухопроводам ппелппи-r ВРСМЯ СГ0 "Рождения по распредели- сжатого воздуха как можно ближе кЬНее Устанавливать блоки подготовки ныи блок, примыкающий к возл^п^017 ИСпольадвания воздуха, чем один мош- Для гашения колебаний «ТГ^' обеспечения одинаковой величины пТ " Решительных трубопроводах и шего сжатый воздух, используйсяZT™ ДЛЯ ВССГО ^РУДования, потребляю- 6ите™- У "Ромежуточные ресиверы и ресиверы потре- На практике оправдала себп r товки сжатого воздуха (таблица 1З^*0"™ КОМп°новка блоков (модулей) подго- Структура и назначение систем автоматики 19 Таблица 1.3. Блоки (модули) подготовки сжатого воздуха Сжатый воздух с/без обогащения маслом ! _ 1 [ 40или5мкм Г 1X1!) V Воздух с обогащ маслом №- Воздух без обогаш маслом Сжатый воздух, подаваемый в высокоско-| ростные пневматические исполнительные/ устройства и пневматический инструмент,! должен обогащаться смазывающим маслом. Для других пневмоэлементов масло, напротив, | нежелательно. Регулятор давления с фильтром размером пор 40 или 5 мкм обеспечивает основную очистку воздуха и постоянное рабочее давление. После этого он разделяется на поток воздуха, обогащенный маслом для исполни-1 тельной подсистемы и на поток воздуха, не/ обогащенный маслом, для управляющей) подсистемы. Разветвитель снабжен обратным клапаном и препятствует обратному! поступлению обогащенного маслом воздуха | в управляющую подсистему. Сжатый воздух тонкой/ сверхтонкой очистки Воздух сверхтонкой очистки 1—\ ' Т 1мкм Т 0,01 мкм 40или5мкм Воздух тонкой очистки В определенных случаях применения! требуется сжатый воздух, гарантированно! не содержащий масла и пыли. Регулятор давления с фильтром размером] пор 40 или 5 мкм обеспечивает основную/ очистку воздуха и постоянное рабочее давление. После этого с помощью фильтров! тонкой и сверхтонкой очистки качество/ воздуха повышается в 2 этапа. Таким образом, в зависимости от потребности можно) получить сжатый воздух различного качества. Различные диапазоны давлений т & Исполн часть, 0.6 МПа 40или5мкм т i I Управл часть J 0,3 0,4 МПа Управляющая подсистема или определенные рабочие элементы должны енаб-1 жаться меньшим рабочим давлением. Регулятор давления с фитьтром размером пор 401 или 5 мкм обеспечивает основную очистку/ воздуха и постоянное рабочее давление./ После этого с помощью дополнительного/ регулятора давления устанавливается второй диапазон давлений — упраатяющей I подсистемы. В случае обслуживания или при наладке j машины с помощью главного распределителя из системы должен быть удален воздух. В этом случае из соображений безопасности 1 может использоваться замковый переключа-1 тель или ударная кнопка с фиксацией, запираемая на ключ. „_„ „очлуха определяется требуемым рас- Выбор размеров устройств »«^7к0лебаниям давления на выходе регуля- ходом. Выбор меньших размеров ведет к koj. тора и к сокращению срока службы фи"Ь^_ебнтелсй в обеспечении требуемых Для удовлетворения потребностей р „ ^^ предлагаются параметров воздуха, ведущими!разрыт икг модульные ряды устройств подготовки сжато Выключение оборудования и удаление воздуха из системы Воздухе . обогащ маслом
Главя I ЫучиоИДО j . NrvMWf амаиш» * филит*»* 4 ■ Мьекфкпылатмь 5 - Цпспмопыюночагель с «лемроуирпвлсмисм 6 - Распределитель нлшнюго нуекп 7-Рачастпнгель 8 - Реле лпплсиия 9 - Шпильки Рисунок 1.12 Так, например, модульная система D-серии фирмы «Festo» имеет следующие характеристики: диапазоны давления — 0...0.7 и 0...1.2 МПа; с ручным и автоматическим кондеисатоотводом; с металлическими защитными кожухами; фиксация уставки ча счет арретирования головок рсгуляюров; два варианта подключения манометра (цифровой или индикаюрный); мембранный регулятор давления прямого управления; фильтропатроны но выбору 5 мкм или 40 мкм; тонкая и сверхтонкая очистка 0.1 мкм или 0.01 мкм; запираемый на ключ регулятор. Для типовых применений существуют заранее смонтированные блоки подготовки воздуха, один из примеров компоновки которых показан на рисунке 1.12. 1.7.2.1. Компрессоры ляюш^ГЛеЙГаТО,°,В03ДуХа МОЖ"° Рчюиль на две ФУ„„ы: не нредъяв- cZ в „см мяг ^ "ИЙ К ЧИС1ШС НШ НеТаСМОГО ™»У« - огно.не„ии нрисут- Гв в^хе Г1Т На"РОТИВ' ^У™*»* ««ичия некоторого количества мас- ^^^^Г^ СОеДИИС"ИЙ ™™ исполнительных меха- сжатоговозГха^кГн проявляющих жесткие требования к чистоте я,я^бГл Гр^;:: г,а-так и в oi ношении *■»"«п^ал- «асснфикацияихарактГристиГкТ^Г'™"* "* Ш"Ы ком»Р«*сорпых машин, Выпускаю.циесяЗв^миТ Р "РОДСгав^»ы » таблице 1.4. иметь как стационарное так Гм2Т№Т,еЛЯМИ КОм"Р«*орпис ма.нины могут ние. отвечающее требования,;^Z'Z ^^"^ И,,и »4*»«""«> иснолне- На рисунке I 14 п сля. <•). переносной (б) 'и „c^n^SL"^1""^^ дв>хнилиндро.„лс стационарный обеспечивающие полСченГГГ W КОмпРс<*оры фирмы «KAI iSER» (Германия), Модель ЕРС 15(С2!№^аВШДуХа дав^»исм до 1,5 МПа. теля —1.1 кВт, уровень шума__ 7я „г*?^™ ~~ '50 ;|/ми||; moiuiiociь злеюродвига- ДЬ. • абари гы - 1100x500x820 мм; вес - 90 кг. ( i рук i ура и пяшячениг сие i ем атомщики 21 Таблица 1.4 Классификация и харамериаикп компрессорных машин M.IIMI1III.I объемнши тшга со Сж.пнсм шчдухй при пп I ■- ». - — - ■ 3 Ш X э, С (ймдухп (бпрятс ►will mmwnwft Иод далЛСЯигм Осевые компрессоры MiNiiH поршней. Одно- или двухауненчаюс исполне IIIK )ф|||СК1 ИННЫ ИрИ ПОЛНОЙ И ЧасГИЧНОН 11.11 ру ИКС Подача пошуха —до 5(К) м'/мин, степень попышеиия [давления (/»2//»i) — 2,5.. 1000; к.н.д. - 0,5...0.8 Высо кис требования к техническому обслуживанию, шграты ни установку, шум по время работы. И «нос колец и клапанов снижает к.н.д.. ухудшает гшрамстры качества иоптуха, особенно в о (ношении юмаслииасмости воэ- |духа. Г>с масляные компрессоры с использованием нор свых колен менее >ффсктнпни Пшсрихолоыо- то хода — 25% опока полной нагрузки Сжатие воздуха осуществляется лопатками, нодпру жинеиными и ралиалыюм направлении и усыновленными во вращающемся роторе, зкеисшричио расположенном в цилиндрической камере Подача — до 500 м'/мин; степень повышения давления (pJpt) — 3... 12; к.н.д. — 0,5...0.7. Используются п условиях одно сменной работы. Требуют для нормальной рабош наличия масла, обеснечинакнж-ю уплотнение и смазку лопастей. Не требуют больших капиталовложений. Мс содержат встроенных систем pcieiicpaiiHii тепла. Очень ноффективны при работе с неполной нагрузкой Это динамические машины, сообщающие кинетическую Miepimo аоздуху с помощью высокоскоростных рабочих колес, а затем нреобрагукшшх ее в потенци пльиую энергию, сотдаюшую давление и секциях диффуюра на каждой ступени. Как нрапило, имеют! водяное охлаждение. Подача вошуха — or 100 до' 4000 м^мии. 11секолько ступеней сжатия для такой же степени сжатия объемных машин, при той же зффск-1 (тивности. Степень нот.миенпя давления — 3...20.' К.Н.Д. — 0,7...0,92 (с увеличением мощности к.пл. попытается). Автомат ический переход в режим холостою хода. В диаппюне от 500 до 4000 м /мин — до- миннруюг на рынке iПринадлежат к объемным компрессорам. Воздух сжи- | мае пи между двумя нрошвоноложно вращающимися цилиндрами с пннговым профилем. Поставляются как в масляном, так н в 6с «масляном исполнении. Повышенный уровень шума без применения шумопги лоти- гелей. Простое подключение к установкам для регенерации 1спла. Оффекпжны при нлапном регул пронации. Мощность холостого хода выше, чем у пиршне- ihi.ix компрессоров. Обсснсчннают более чистый iun- |дух. Огсутовнс пульсации по «духа ни выходе. I 1сжи1ня |аиболсе мощные но иронтолнтельносгн машины |одича во «духа — от 1(H) до 15000 м /мин при степени — 2...20: к.и-л. — 0.8...0.4. Регулирование чти — за счет направляющего липа ' ■имснспия наклона лонаюк рабочей)! 'ЖШ,,Й ^.ешпоетн - за счет направляющей, аш.а ,Р0,,Тн^Тиснения наклона лонаюк рабочей колеса uJ^^SSSSSH^S^ESS. paw или нулем
*> л» 6) Глава I KAESER • -- SSOR MAESER в) Рисуиок I |з Структура и назначение систем автоматики 23 Модель ЕРС 1000-2-500: подача воздуха — 1000 л/мин; мощность электродвигателя — 7,5 кВт; уровень шума — 82 дБ; габариты — 2080x760x1290 мм; вес — 375 кг. Модель ЕРС I500-G: подача воздуха — 1500 л/мин; давление — 1.0 МПа; мощность электродвигателя — 7,5 кВт; уровень шума — 82 дБ; габариты - 840x760x645 мм; вес — 145 кг. Винтовые компрессоры данной фирмы также имеют три исполнения и характеризуются эффективной ротационно-винтовой системой сжатия, работающей на низких оборотах. Несмотря на то, что ротационно-винтовая система находится в масляной ванне, трехступенчатая система сепарации — центрифуга, отделитель и фильтр, практически полностью удаляют масло из сжатого воздуха, обеспечивая его содержание менее 3 мг/м3. Наличие демпфирующих соединений между электродвигателем, сжимающим элементом и базовой рамой полностью устраняет вибрацию, а наличие звукоизолирующего корпуса — уменьшает шумы до минимума. При сжатии в винтовой паре отсутствует прямой механический контакт, чем достигается повышение ее долговечности. При производстве сжатого воздуха винтовые компрессоры выделяют большое количество тепла, которое можно использовать для бытовых нужд. Предусмотрена возможность полного рециклирования энергии воздуха, затраченного на охлаждение компрессора. Винтовые стационарные компрессоры «KAESER» обладают следующими характеристиками: модели SX, SM, SK имеют электродвигатели мощностью от 2,2 до 15 кВт; производительность — 0,295...2,4 м3/мин; рабочее давление — 0,4... 1,5 МПа; модели AS, BS, CS, DS, HS имеют электродвигатели от 18,5 до 450 кВт; производительность — 2,9...95 м/мин: давление — 0,4... 1,4 МПа. Более низким уровнем шума характеризуются компактные компрессоры для закрытых помещений фирмы «JUN-AIR» (Дания). Общий вид модели 6 представлен на рисунке 1.14, где 1 — мотор- компрессор в защитном кожухе с ребрами охлаждения, 2 — гибкий соединительный шланг, 3 — кран выхода сжатого воздуха, 4 — обратный клапан, 5 — предохранительный клапан, 6 — воздушный фильтр, 7 — показатель уровня масла, 8 — пусковой конденсатор, 9 — кран сброса давления из ресивера, 10 — ресивер, 11 — манометр, 12 — датчик давления, 13 — коробка соединений, 14 — отверстие для заливки масла. Модель 6 имеет четыре исполнения: мощность двигателя — Рисунок I 14
Глава I синий черный голубой белый коричневый желто/зеленый Рисунок 1.15 0,34 кВт; производительность — 50 л/мин; создаваемое давление — 0,8 МПа; объем ресивера — 4, 10, 15 и 25 л; напряжение питания — 220 В потребляемый ток — 2,65 А вес — 20, 22,5, 27,5 и 30,5 кг; уровень шума — 45 дБ. Монтажная схема электропитания показана на рисунке 1.15, где 1 — реле пуска, 2 — пусковой конденсатор, 3 — тепловая защита мотора, 4 — контрольная лампа, 5 — соединительная коробка, 6 — датчик давления. Для удобства монтажа провода имеют разный цвет. Ограничения в отношении длительности непрерывной работы компрессора иллюстрируются графиками на рисунке 1.16. Кривая 1 показывает время непрерывной работы компрессора при различных давлениях, до его отключения по команде теплового реле при достижении температуры около 115°. Эта величина рассчитана с момента включения компрессора при температуре двигателя 20°С. Например, компрессор может обеспечивать давление 0,55 МПа в течение 128 минут, после чего произойдет его автоматическое отключение. Кривая 2 показывает рекомендуемое время работы компрессора в течение одного часа при обеспечении различных давлений. Так, например, при обеспечении давления 0,45 МПа рекомендуемое время непрерывной работы составляет 70% от часа, что соответствует 42 мин. Оставшиеся 18 минут компрессор отключен. На рисунке 17 показан общий вид (а) и схема устройства винтового компрессора (б) компании «Летнее» (Украина), включающая в себя: I — воздушный фильтр, 2 клапан всасывающий, 3 — винтовая пара, 4 — клапан минимального давления, 5 — масляный фильтр, о — фильтр-сепаратор масло/воздУх' 7 — радиатор масляный, 8 — Ра~ диатор воздушный, 9 — ременная передача, 10 — электродвигатель, 11 — осушитель воздуха холодильного типа, 12 — воздушный ресивер, 13 — блок фильтров очистки сжатого воздуха. 0,1 02 03 0,4 0.5 Рисунок 1.16 0j6 0,7 0,8 МПа Структура и назначение систем автоматики 25 Ь > ЛЕТ < 7 В а) Рисунок 1.17 б)
ь Глава I Замкнутая система охлаждения, циркуляции и очистки масла обеспечивает „JLJ5 процесса сжатия воздуха максимально приближенную к изотерме. Вот»е компрессора имеются информационно-сигнализирующие устройства, обеспечивающие контроль температуры, учет рабочего времени, выдачу на мат- оичный индикатор текстовых сообщений о режимах работы компрессора и необходимости проведения техобслуживания, включающие аварийную сигнализацию при неисправности электровентилятора системы охлаждения, приводного электродвигателя и при превышении допустимой температуры работы компрессора. Входящий в состав компрессора электронный блок управления обеспечивает контроль и поддержание нормального давления, энергосберегающий режим холостого хода, оптимальной температуры работы и аварийную остановку компрессора. Компания выпускает ряд компрессоров различных моделей от ВК 10-10, имеющего производительность — 1000 л/мин, мощность двигателя — 75 кВт, напряжение питания — 380 В при частоте тока в 50 Гц, вес — 270 кг, габариты — 0,9x0,7x1 м и обеспечивающего давление 1,0 МПа, до модели ВК 15-15-500 Д, имеющего ресивер на 500 л, производительность — 1130 л/мин, мощность двигателя — 11 кВт, напряжение питания — 380 В при частоте в 50 Гц, вес — 450 кг, габариты — 2x0,7x1,6 м и обеспечивающего давление 1,5 МПа. 1.7.2.2. Вакуумные насосы Создание вакуума обеспечивается либо с помощью эжекторов, либо с помощью вакуум-насосов. Последние обеспечивают более высокую производительность и имеют те же конструктивные решения, что и компрессоры. В последнее время все большее распространение получают лопастные, винтовые и кулачковые вакуум-насосы, среди которых можно отметить пластинчато- роторные маслоуплотненные и абсолютно сухие насосы, а также сухие ротацион- но-кулачковые насосы фирмы «BUSCH» (Германия), винтовые фирмы «KAESER» (Германия). На рисунке 1.18 представлен общий вид (а) и разрез (б) пластинчато- роторного (лопастного) маслоуплотняемого вакуумного насоса модели RA 0063 Е фирмы «BUSCH», имеющего в своем составе следующие узлы и детали: 1 — отсек улавливания масляных паров, 2 - всасывающий фланец, 3 — смотровое окно уровня масла, 4 - сливная пробка, 5 — заливная пробка, 6 - выхлопной клапан, ho7£4M мПЗТКа (Л°ПаСТЬ)' 8 ~ Р0ТОР' 9 - выхлопной фильтр, 10 - выхлоп- TJSTl 11 ~ .ТСЛТЙ ФИЛЬ1Р- 12 - поглотитель масляного тумана, 13 - обешечива^; ~ ^"^ "анелН ^У^ивания. Насосы данной модели t^2Z™ZT™WnbVi0r0BaKyyMa(yr -O.09995 МПа до ^0,098 МПа. Средний срок службы - W i^ ^ вставляет от 3 до 1500 м W. фильтров — каждые snno_wwT 0В; замена выхлопных и масляных (2литр;масл£ 5О0(Р6000 "асов работы; смена масла - через 10000 часов енные "1т^1^^1^1ГГ^ " Пар0газовых см«*н предусмотрены встро- имеется специальный блок (Ри^сУтоГиР8еб)РКУЛЯЦИН " ВНуТрСННеЙ °ЧИСТКИ ШСЛа Ю25 С фирмы "^СН^(писунаТ°1Р^ОРНЬ,е вакУУМНЬ1е "асосы серии SECO SV ДО 250 м3/час и имеют состав™ } обеспе,"«ают производительность от 2 4,9 до 222 кг. Развиваемый вак^м ЭЛеГ1ро,1РИВОд от 0.18 до 7,5 кВт, вес - от обеспечивается за счет исполь™ °Т 'ОЛ9до -°-085 M"a. Работа этих насосов материалов, из которых изготовлен " /"'"^""^онных самосмазывающихся лопатки, изготовленные из твеолы* раб°чие л°чатки 2 (рисунок 1.19,6). Такие т углегРаФитных или менее твердых смольно- Структура и назначение систем автоматики 27 rj 2П id е а) © О а) I Рисунок 1.18 Рисунок 1.19 • 4 IJ-1-Ш» с t- ~Н П-ГП I4 а) Рисунок I 20 б)
Глава I ZZ Л^^уляционных объемов и устройств. Экологическая безвред- ^rt ^Хеспеч^я фнзьтром всасывания 1. фильтром выхлопа (версия компрессора) 4 и клапаном-глушителем выхлопа 5. Цикл Работы насоса без всякого обслуживания составляет 6000...7000 часов, после чего требуется замена рабочих лопаток. Такие насосы уступают маслоуп- лотняюншм мочелям лишь тем. что ограничен... в области создания вакуума в пределах -0,095 ..-0,085 МПа но причине одноступенчатого исполнения. Создание двух- и трехступенчатых насосов, способных обеспечить получение более высоких значении вакуума, во многом зависит от достижений в области пар сухого трения. Вакуум-насосы этой же фирмы серии Mink MI 1252 BV (рисунок 1.20,а) характеризуется тем, что элементы механизма откачки представляют собой ротационные з>бья-кулачки 2 (роторы Рутса или когтеобразныс роторы), смонтированные в корпусе 1. образуюг камеру сжатия 3 (рисунок 1.20,6). Эти кулачки распо- зожены на двух синхронно вращающихся валах, с зацеплением вне зоны откачки. При вращении они не соприкасаются друг с другом, равно как и с расточками корпуса. Являясь сухим и экологически чистым оборудованием, они имеют низкое энерюпотребление, малые габариты, высокую надежность в работе (около 24000 часов без обслуживания) Модели Mink могут быть исполнены с возможностью управления скоростью и процессом откачки, благодаря использованию современного электропривода с регулируемой частотой вращения приводного вала. Такие модели удобно вписываются в современные производственно-технологические системы с ЧПУ с общим управлением от ПЭВМ или свободно программируемых контроллеров. Производительность насосов — 65...500 мУчас. при наличии соответственно злектропривода мощностью от 1,5 до 9,2 кВт и весе насоса от 105 до 310 кг Развиваемый вакуум: -0,097; -0,09 или -0,08 МПа. 1-7.2.3. Фильтры-влагоотделнтели и осушители и бе^ГЛгоТ^Г"0™ В°ЗДУХа'КаК над™*. многосторонне применяемого ^^ZS^Z™*™ ЛИШЬ ТО1 Да' К°ГДа °" »РедоставлРяегся «др* ^^^:^ZlLTnrOPUMli ^-ьтрованиь.й сжатый воздух крупные твер^а^ГмТГеТвер'Г ЗГ "^ ^ "*—" ^ ржавчины. Эти заполнения HpnRv„n частицы, являющиеся отложениями симости от назначения сжатое^Г "Г^"0 MH Ча™»° У*»™ в зави- разные проблемы- у как их присутствие может вызвать иневмозлементов живанис и из- **ж*и производства. ВЫШаются Расходы на техническое обслу Рассматривая поочередно ка-*„. ■ «елует лслать выводы в or^Z"'™*™*™™"* " *»<*<*» «о устранения. ' Ш 'ИЛУ «"■"* ««нем^ST,HOaH '^Уемых затрат, имея при "уемого сжатою воздуха. Структура и на«начение систем аыомап.ки 29 Руда В любой сие геме ежа .о. о ноздуха вода изначально присутствует на выходе из компрессора в виде паров, а далее, ко. да воздух охлаждается, она присутствует и в жидкой и в .азообрашой фа их, и, поскольку стоимость удаления воды в жидком состоянии относительно меньше, рассмотрим сначала этот вид за.рязнения. Воздух, содержащий водяные пары, называется влажным воздухом и характеризуется абсолютной и огносительной влажностью Отношение абсолютной влажности к максимальному количеству воды в виде пара, которое могло бы содержаться в единице объема воздуха при тех же температуре и давлении. называется относительной влажностью. На рисунке 1.21 показано максимальное количество воды, которое может содержаться в I куб.м воздуха при различных температурах. Способность сжатого воздуха удерживать пары воды уменьшается с понижением давления. При этом его относительная влажность возрастает, а после достижения состояния насыщения (относительная влажность равна 100%) происходит конденсация избыточного количества паров и появление воды в жидком состоянии. Температура, при которой это происходит, называется точкой росы. При более высокой температуре и том же давлении конденсации паров не происходит. Поэтому точка росы сжатого воздуха часто оказывается как мера содержания в нем водяных паров. На практике при термодинамических расчетах пользуются параметрами сухого воздуха. Поправка на влажность вносится только при особых требованиях к качеству воздуха. Поскольку количество паров воды, находящихся в любом данном объеме сжатого воздуха, прямо пропорционально температуре и обратно пропорционально давлению (таблица 1.5), можно считать, что количество воды в жидкой фазе в системе сжатого воздуха обратно пропорционально температуре и прямо пропорционально давлению. Таблица 1.5. Содержание паров воды в насыщенном влагой воздухе Давление воздуха но манометру в МПа Рисунок 1.21 Температура воздуха "С 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 4.82 6.88 9,41 12.7 17.4 23.6 30,5 39.0 49,6 63,5 81.0 0,04 3,45 4.93 6.74 9.08 12.5 16.3 21.8 27.9 35,5 45,5 55.0 10.063 2.97 4.24 5.80 7.83 10.7 14.6 18,8 24.0 30.0 39,2 49,9 0,10 2.42 3,46 4,73 6.39 8.75 11.9 15.3 19.6 24.9 31.9 40,7 10.16 1.87 2.68 3.66 4.94 6.77 9.18 11.9 15.2 19,3 24.7 31.5 10.25 7з9~ 1.99 2.72 3.67 5.02 6.82 8.81 11.3 14.3 18.3 23,4 0.40 0.97 1.39 1.90 2.56 3.81 4.77 6.16 7.87 10.0 12.8 16.4 | 0,63 0.67 0,96 1.30 1.76 2.41 3.27 4.22 5.40 6.87 8.79 11.2 [0.80 0.54 0.77 1.06 1.43 1.98 2,65 3.43 4.33 5.57 7., 13 9.10 | 1.00 0.44 0.63 0,87 1.17 1.60 2.17 2,81 3,59 4.55 5.84 7,45 1.25 0.36 0.52 0.70 0.95 1.30 1.77 2.29 2.92 3,72 4.76 6.07 1.60 0.29 0.41 0.56 0.76 1.04 1.40 1.81 2.32 2.96 3.77 4.82 2,00 0.23 | 0.33 | 0,45 0.61 0.84 | 1.14 1.47 1.88 2.39 3.06 3.98
БлажныП сжатый воздух ВХОД ВЫХОД Мембршшыб модуль 6) Рисунок I 22 т Сухой воздух Глава 1 Для ЧОСIИЖС1Ц1Я необходимой мрфсктии- НОС1И в процессе удаления жидкости, необходимо убедиться, что как можно большее количество воды, присутствующей в системе, находится в жидкой фазе, а не в парообразной. l го шачит, что вода в жидкой фазе удаляется наилучшим образом, когда тем! iepa i ура сжато го воздуха находится на нижнем пределе, а давление — на верхнем. Поэтому в системе необходимо иметь после компрессора эффективный охладитель достаточной мощности. Дальнейшее охлаждение воздуха позволяет осуществить воздухосборник адсквапюй емкости, расположенный в наиболее прохладном месте производственных помещений вне компрессорной (рисунок 1.11). Пример 1: Для компрессора, работающего при давлении около 0,7 МПа, размер воздухосборника в литрах должен быть приблизительно в 30 раз больше подачи ашосфериого воздуха в компрессор в м3/с, то есть для компрессора, потребляющего 0,050 mVc атмосферного вощуха, требуется воздухосборник емкостью около 1500 литров 17 4Г^МСр2:1м,В1,ЗДухавУсловиях I >Л г водяных паров (см. рисунок I 211 I ДУХ может содержать только 112. tl '''" "**' "И Д° U 1 5), т.к. 6.2 г (17 4 г~ 11 э г» ' В 'юрообразном состоянии (см. таблицу *tv>r„ v * г И'2г)водыпеоехопНтПм,.,п...,.„ л ПримерТГм'ТГЮ,:НН)Л^ов<■" = "» Дм = ЮООлитров) П.4 г водяных'паров (см^СунокТ^гГ'"0^ "мж"«Яи "Ф" 20°С «да|Я«г «ржатьполькЛ ■ -, . il)- ПРИ «"«и *> 0ЛЗ МП. и при 50ИС вш- 25"С конденсируется следящаяZ'"СреХОДит в ж™ку,о Фазу. 11ри охлаждении до Шешщи ДУ ЩЗЯ П°Р,1НЯ воды-7,93 . (11,2 г-3,27 .). После удаления т сжатою во сышениш парами воды, и оппелел ** В°ЛЬ1 b жи;,Ком виде воздух остасгся на- '"гаи вицы II ПИпРло, ,««.-■,■ uri/tv nil. -ассифи^рХ^Г'р ,еМ"ера^ и давление ьнеишее понижени не ежа км о шмдуха 1ка росы иод даиле- ■ этот момент И|«м), поскольку маги иди реку. «-«иие 1смнера,уры выювс! выпадение Чтобы избежать любой во ^Я^У°ЧКаросы валуха ГолГЛГ И"РЯ",е""« -Wxa вла.ой и жидком Точкарособыниожме 'У'а ' "^^ "° '" ^^Ге^^^^^^ ~ «Дверная ииемъ цам мож«я Gun. cooiнесена с «Точкой Структура и нашаченис систем автоматики 31 Например, «Атмосферная точка росы» при -18"С соответствует «Точке росы под давлением» при 8V и давлении 0,63 МПа, а «Ашосферпая точка росы* при -30"С жвивалентна «Точке росы иод давлением» при -7°С и давлении 0,63 МПа. Таким образом, для большинства производственных целей «Ашосферпая точка росы» между -23°С и 29°С гарантирует, что. кроме исключительных обстоятельств, не проиюйдет игрязпения системы сжатого воздуха вллюй в жидком виде, так как при давлении 0.63 МПа температура сжатою воздуха должна упасть до 1°...-5°С для возникновения конденсации воды. Для удаления паров воды из систем сжатого воздуха необходимо устанавливать воздухоосушители, отличные от воздушных филы ров. Так как эффективность воздухоосушителя нофастает, если подаваемый в него воздух очищен от жидкой влаги и масла и имеет возможно более низкую температуру, воздухоосушители являются дополнением к системе, а не альтернативой фильтрам и вторичным охладителям. Существуют осушители трех основных типов: 1. Охлаждаемые осушители. 2. Осушители с восстанавливающим (регенеративным) адсорбирующим сиккативом (катализатором, ускоряющим высыхание). 3. Осушители с легко впитывающим влагу адсорбентом (вещество, имеющее большую впитывающую поверхность). На рисунке 1.22,а показаны общий вид и мнемоническая схема мембранного децентрализованного осушителя воздуха фирмы «Festo» типа LD-M-3.-C/2-STD-1 для точки росы -40°С, нормальный номинальный расход воздуха через который лежит в пределах от 50 до 340 л/мин. Максимальное давление на входе — 1,0 МПа, рабочее давление — 0,7 МПа. Температура окружающей и рабочей среды — от +5СС до +50°С. Применяется в тех случаях, когда точка росы под давлением ниже +2СС не может создаваться устройством сушки холодным воздухом, а именно, для сушки, чистки прецизионных деталей; обдувки стеклянных штриховых линеек; для приборного оборудования и измерительной техники; для лакировальных установок. В мембранном осушителе используются тонкие волокна со сквозным отверстием, легко пропускающие молекулы воды, но препятствующие прохождению молекул газов (рисунок 1.22,6). Во время эксплуатации осушителя необходимо учитывать следующие рекомендации: 1. Во избежание засорения мембранпош модуля необходимо применять на входе тонкие и сверхтонкие фильтры и следить за состоянием их фильтрующих элементов. 2. Температура окружающей среды должна быть не ниже температуры подводимого к осушителю сжатого воздуха. 3. Расход во «духа, обеспечиваемый компрессором, должен быть выше, чем суммарный расход, складывающийся m расхода на выходе осушителя и расхода. требуемого на осушение. Децспгрили юванпая сушка (в оишчие от централизованной) имеет то преимущество, что нужно осущесгвляп, подготовку только действительно потребляемою осушенного сжатого но «духа (рисунок 1.23). П любом случае при точке росы ниже (PC необходимы адсорбирующие осуши юли. По нормам стандартов осушители оснащаются индикатором влажное in и hmcioi малый перепал давлении.
** Глава I Компрессор М Охладитель Мастоотделитель Фильтр предварительной очистки ^(центральный)^ J Ресивер высокого Давления Компрессорная Входной фильтр гп Осушитель Блок подготовки воздуха Выходной фильтр Рисунок 1.23 Потребитель Потребитель На рисунке 1.24 показана конструктивная схема (в) и габаритные размеры (б) адсорбционного осушителя «Festo» типа LDF-HI -GlA-24, имеющего следующие характеристики: напряжение питания — 24 В (постоянный ток); температура на входе — max 35°C; нормальный номинальный расход при давлении воздуха 0,4 МПа — 55 л/мин, при давлении 1,0 МПа — 120 л/мин; масса — 5 кг; точка росы — (-40°С); классы чистоты воздуха на выходе по ISO 8573-1-I.2.2 (по выбору — 1.1.2); потребляемая мощность — 4,5 Вт. Адсорбционный осушитель состоит из двух камер (рисунок 1 -24,а), заполненных сушильным гранулятом. Влажный сжатый воздух проходит поочередно через одну из двух камер, причем вода оседает на поверхности сушильного гранулята. По истечении заданного времени воздушный поток переключается на другую камеру, и часть осушенного воздуха используется для регенерации другой камеры. Срок службы сушильного гранулята составляет несколько лет. Осушитель снабжен электропневматическим управлением. Воздушный поток фильтруется во входном фильтре с целью удаления масла, значительно снижающего срок службы гранулята. Чтобы свести цены осушки воздуха к минимуму, следует принимать во внимание следующие соотношения: а) действительно ли данный производственный процесс требует осушки воздуха или достаточно наличие вторичных охладителей, воздухосборников и фильтров; б) не следует устанавливать особо низкие точки росы, если процесс не оправдывает этого; в) целесообразно ограничение объема осушаемого воздуха до действительно необходимого для данного процесса с соответствующим запасом на будущее расширение. Масло Маслосмазываемый компрессор мощностью 0,05 м3/с может ввести в систему сжатого воздуха до 0,16 л масла в неделю, а так как это масло подвергается воздействию высоких температур во время сжатия воздуха, оно окисляется, н может больше рассматриваться как лубрикант и должно быть удалено. Обычные фильтры пропускают вместе со сжатым воздухом достаточное количество масла, необходимого для смазки пневмоинсгрумента и цилиндров, некоторые производственные процессы требуют полного удаления масла из во Духа. Хотя, как было показано выше, существуют компрессоры, производящие ^ дух без смазки, он все-таки загрязнен примесями и влагой. Более экономично ^ пользовать компрессоры со смазкой в сочетании с вторичными охладителям обычными фильтрами для сжатого воздуха, и устанавливать особые, высок v фективные фильтры для удаления масла только в той части пневмосистемы, необходим очищенный от масла воздух. Структура и назначение систем автоматики Конструктивная схема осушителя Festo Сушильная камера 1 ВыходноП фильтр ./ Фильтр свертонкой ОЧИСТКИ |М№ офильтровы- вает частицы пыли Входной фильтр Фильтр сверхтонкой очистка 0,01 мкм фильтрует -частицы -масло и воду Для увеличения срока службы входного фильтра целесообразно установить перед ним фильтр предварительной очистки У Сушильная камера 2 'Ж< v- i.f "J ч Перекгаочающкй клапан переключает поток мезду камерами I к 2 а) 60 Рисунок 1.24
Глава I „ ^ятпм воздухе в трех видах — водно-масляная Масло может находиться в сжатом^ ^льсня, капельное в виде аэрозоли и пары масл _ - Как >*е «-«^^X^^^L». и паров масла необхо- помошью стандартного фильтра, но для уд«и f- "■SSS^SSor размеры капель в диапазоне от 001 до 1 микрона и да^ Sc. нГнаиболее причиняюшие беспокойство (около 90%) находятся в об«ном диапазоне размеров. Из-за их малых размеров и массы на них прак- пден не влияют центробежные силы, создаваемые потоком воздуха в большинстве стандартных воздушных фильтров и их удаление возможно только с помощью специальных слипающих (связывающих мелкие частицы) фильтров. В условиях нормальной эксплуатации длительная скорость потока воздуха через фильтр не должно превышать 75% максимальной расчетной пропускной способности фильтра, так как возникает риск повторного заноса масла в воздушный поток. Слипающий фильтр, пропускающий при стандартных испытаниях менее 0.001% масла, обеспечивает получение сжатого воздуха с остаточным содержанием масла менее 1 мг/м3 (по весу 1 часть в 1 миллионе). Для большинства процессов удаление паров масла не является необходимостью, кроме тех случаев, когда их запах недопустим. Это касается, в первую очередь, производственных процессов в фармакологии и пищевой промышленности, а также различных дыхательных аппаратов. Твердые частицы Твердые частицы присутствуют в любой системе сжатого воздуха независимо от типа компрессора. Во-первых, это атмосферная пыль, всасываемая через входные отверстия компрессора. Во-вторых, это продукты коррозии, возникающей под действием воды и слабых кислот, образующихся в результате взаимодействия воды и газов, таких, например, как двуокись серы, всасываемой компрессором. В-третьих, это соединения углерода, образующиеся под действием темпера- ^«Г^ГИЯ В Сма30чном масле «™ °т обычного износа углеродных поршневых ^SSrWM B НеКОТ°РЬ,Х ™ПаХ foMac™«b,x компрессоров. кГпныеИчяДеРДЫе ЧаСТИЦЫ ИМаОТ Д0В0ЛЬН0 ШИР°К™ Д^пазон размеров. лк^Гемы -тГв^ГаТГ1б°Лее 5° МКМ " Д°ЛЖНЫ бЫТЬ " И3 Д^ХУДТеТЬГЬ^ 50 ^^T^^t^cK^nZ^^0 ВШДУХа Удаляют частицы размером более 40 мкм. Р*™*™ большинство из них способны удалить частицы около Мелкими считаются частицы па очередь на три группы: размером менее 25 мкм, подразделяемые в свою 1) с размерами от 10 до 25 мкм- 2 с размерами от 1 до ю мкм-' 3) менее I мкм. Если воздух используется л ™ даК инструментов или в приборах регул! ШИХ "'"«Скоростных пневматических Раиия до размеров частиц^менее 2S м тех,1Р°**сов, рекомендуется фильт- Гльтрующих элементов с соответ^Т"' И ЭТ° Двигается путем установки *5Г« -того воздух, С^ГвТГтГиеГ^" «* " "^ ^-Душных ПОДШИ11НИКОВ ТТаК~1сразмерамипордо5 «♦*»™.ных слипающих ^^"""Т"*"™ "невмомоторов и особо высоко- ходима фильтрация до 5 микрон и даже Структура и назначение систем автоматики Подготовка ежа!ого воздуха холодильным сушильным аппаратом (точка росы+3°С) Установка при сильно колеблющемся расходе сжатого воздуха Для незащищенных от мороза сетей сжатого воздуха: подготовка сжатого воздуха с адсорбционным осушителем (до - 70) Установка при сильно колеблющемся расходе сжатого воздуха ^ w ]в| Фильтр Ресивер ZK FX л-г Молочный завод, пивоваренный завод Пищевые продукты, пневматические опоры, химические установки Больницы, воздух для дыхания Фармакология, фотолаборатории, ткацкие станки Упаковочная техника, покраска Производственный воздух, тонкая пескоструйная очистка Дробеструйная грубая очистка Системы отвода сточных вод а) Фармакология, молочные и пивоваренные заводы Пищевая промышленность, производство оптики Воздух для дыхательных аппаратов Степень фильтрации : Ш Остаточное содержание масла < 0,003 мг/м. очищен от частиц > 0.01 мкм, стерильный, без запаха и вкуса. Остаточное содержание масла < 0,003 мг/м, очищен от частиц > 0,01 мкм, мкм. стерильный, без запаха и вкуса. И Остаточное содержание масла < 0,01 мг/м, очищен от частиц > 0,01 мкм I Л I Остаточное содержание масла < I мг/м, £Ы очищен от частиц > 1 мкм. Остаточное содержание масла < 5 мг/м, очищен от частиц >3мкм и на 100° ■> от влаги. |ф Не подготовлен. J>w pyi Фотолаборатории, \Х^ 1^1 фармакология JVw Го-] Холодильники, [L^ | j\ пневмоопоры,распылители, прецизионные регуляторы Сжатый воздух • посторонние примеси Пыль Масло (иефть) Микробы Вода - конденсат Сухой воздух о б) Рисунок 1.25 меньше и есть возможность поставить в стандаршые фильтры для сжатого воздуха специальные элементы размерами пор. Для особо тонкой фильтрации н удаления бактерий из воздуха необходима фильтрация частиц до I микрона, и стандартные фильтры для сжатого воздуха не 3*
Глава [ ^ .,. г .vMieB мл да они нсполыуюгся как ирс uuipn ^^^^S^S^^x снер—оффек.нинь, фнль.ров, ^S yt-ия особо малых частиц, и улавливают крупные загряз- ИЮШ^е»сь фитьгров Обычно ныбпрас.ся в процентах шряи.сшй. » ^ффекшвноиь Ф фИ1Ь,ры, обеспечивающие нроцсишую )ф держанных фи.ыром Сущсс.вуюгфи ' НА) „ 99.9999У% (фирмы Жае фтивжкть 99,*)°09% (фирмы «testo« тина LhMH/\i н v>.vy vi i ^'нГ^рвый вл,чяд выбор между филь.рамп. имеющими .ффекгпвносп, ад о» оо ^ и 99 999' имеет небольшое шаченне. Однако, если выразить эти ГифРы как проиенгироницземск,». они состав.. 0.1* и 0,00!% ясно, что первый фильтр пропускает в 10 pai больше за.рязпяю.цнх веществ, чем второй, и в 100 раз больше, чем третий. Фильтры для сжатого воздуха, задерживающие частицы до 50 микрон, считаются фильтрами iрубай очистки, фильтры с нгапазоном от 5 до 50 микрон — средней очистки, от 1 до 5 — высоко гффекпишыс фильтры, а фильтры, имеющие процент проницаемости менее 0.003% и диацазои частиц от 0,01 до 2-х микрон — сверхвыеокоэффект нвные фильгры. Однако, как бы ни была хороша конструкция фнлмра, для сохранения >ф- фективности ои требует регулярного icxiiiiHCCKoro обслуживания, что означает регулярную чистку всех деталей, включая фильтрующий элемент. Вследствие глубины фильтрующего слоя спеченные элементы особенно трудно очищать даже ооратным воздушным потоком, и они требуют периодической -ламспы. Слипающие высокоэффективные элементы нельзя очистить, их следует вменять до того, как они полностью забьются загрязнигелями. Экономичность и надежность в прошводственных условиях системы подготовки сжатого воздуха в большой степени зависит от oni ималмюсти и правильности подбора входящих в нее устройств. На рисунке 1.25 показан рекомендуемый фирмой «KAESER» состав систем подготовки для различных технологических процессов с использованием холодильного сушильного аппарата с точкой росы +3°С (а) и состав системы, не защищенной от мороза с адсорбционным осушителем (до -7()°С) (б), а также соответствующие им степени филь фации. Обозначения фильтров на схемах: FV - предфилыр, дл» осаждения частиц тнердых 1ел £ 3 мкм; га-микрофильтр, для осаждения масляных аэрозолей и частиц твердых тел £0.01 мкм; FA - фильтр с активированным у,лем для Осаждс. ров масла)- -"~""»м уин.м для Осаждения масляного тумана (на- FST во,ду,1ЖЫЙ филь1р т ткан-в;,7 FXA-комбинация микрофш.„,ров из FX и PATHS -Ло^ГЛ:*::^ СЖа10,° ««VX-. свободного от микробов; мешка, для очисти сильно *афяз- р/и„„1П часгипами всась ■ .ипелоиный сеиарагоранстойпик), Т — ненноготвеолимн..^ »^...м, дли очисти сильно «прм»- ZK - ^кло^шй се.!аг1Г„^^ сата; '"сюипик), для осаждения полученного коидси Т — холодильный сушит •« <-< +2Т); сильный аннара, для сжаюю .кндуха (точка росы до *Т ~ адсорбционный осуц,„ ,сль СЖ1Г1 серия К — с peicHen • ,и1° "°««уха: ст>егеиерациейте1|.1„',ИпС'1 ХШ|ОД,,Ь,М воздухом (до _7(ГС); серии W — АК~ адсорбер с жги ",Лухом01°-4(^-)-. ' Л,СГИВИ^а»"-.м у,лем „„ умения liapoll MacjKl. . Структура и назначение силе машпмашки Рисунок 1.26 llu рисунке 1.2о тображеиы условное обозначение (а) и коперукцпя (б) стндар.пот филыра-шшюотделтеля. Попадая и филыр ио1дух швихрястсл. «по доспи ас к-я расположением oiBcpcmn, направляющих сю но кшяисль- иои к сменке програчиою ешкапа 2. Под пейсг пнем цешробежпых сил капельки воды и шсла попадаю! па ciciikh с шкала н cieKaioi вши к сливной пробке 1, коюрая для удаления влат вкручпнаск-я впуфь смакапа Необходимо следить, чюбы уровень жидкое in 1>мульсип) ш поднялся выше фнлмра 3, выполняемо)и щ спрессопаппых лагунных шариков пли щ мешл локерампкп и цреднашачастся для юдержапня твердых чаешц (пыли, ржавчины, окалины). По мере загряшенпя рекомендуемся промывам, фплыр уайг-еппршом во избежание уменьшения расхода воздуха. Для удобепш обслуживания фильтры снабжаются авюмашческлмп конденсаюозвочамп, условное оболшченис ia) п одно ш консфуктив- ных решений (б) которых предегавлены па ри суике 1.27. Копдспсатоо!вод монтируемся вместо сливной пробки в нижней част с шкапа 1. При подия i ни уровня кондепса га до опреде ленной отметки, поплавок 4 nciuibiiiaei. прсодо левая усилие «нппраппя клапана 3. создаваемое (снешуюншм нл nei о давлением сжатого во»духа, находящегося и полости 2 стакана I. Клапан ? открывается н сжатый воздух, поступая по каналу 5 в шюкивую полость цилиндра конденсаю оiиода, перемещает поршень 11 со иноком 7 вправо, сжимая пружину 12 и о1кры- вая клапан К. Находящийся и стакане I конденсат иод дсныпнем давления воддуха удаляется из полоеш 2 но каналу 6 н чегнм слнинос ошереше У. При юкрыпш клапана 3 после падения уровня конденсата в сыкапе. поршень 11 пол денечвнем пружины 12 медленно но'вращается и исходное положение блаюдаря медленному перегекашпо иоддуха uJ шюконой но лостн и Песниоковую. чю достигается ю счет малого радиального за юра между поршнем н ciciiiGiMii цилиндра 13 При мом воздух in in токовой полоеш выходил в атмосферу че-pei oiверсии: 10. Ручнои сброс копдеиечпа происходи! при пажа inn на инок 7. Фнлмры юпкоп очистки п сверх шикон очисти сжаюю uouiyxa cooi iieiciiieiino па УУ.УУУ% н «W.W-K>r. снабжены Сменным фнлыри-'лемсиюм 2 in бороенлпкапюю ск-нлополокна. (нфферепциальным манометром I Для ншерепия перепада давления и ncipt»- еппым авюматческим hoiuicucaiooi иодом J (рисунок 1.28) При npoieKu ппн сжаюю иоддуха чере» полоыш
Глава 1 Г\1 НИ стую ткань крупные частицы (>3 мкм) не проходят через фильтрующий слой, задерживаясь в нем под действием сил инерции или при столкновении с волокнами. Отделение мелких и мельчайших частиц масляного пара и твердых загрязнений до 0,01 мкм обеспечивается пористостью фильтровальной ткани. Мельчайшие частицы влаги собираются волокнами и образуют на них более крупные капли (коа- лесцентный эффект), которые затем стекают под действием собственного веса на дно стакана. Для предотвращения собирания маеляно- водяной эмульсии в пену, которая может захватываться сжатым воздухом, не следует превышать рекомендованный для фильтра расход сжатого воздуха. Для использования фильтров тонкой и сверхтонкой очистки сжатый воздух должен быть предварительно очищен фильтрами с тонкостью фильтрации соответственно 5 мкм или 1 мкм. Замена патронов у фильтров тонкой очистки фирмы «Festo», типа LFM осуществляется при перепаде давления (падении давления) 0,07 МПа; для фильтров сверхтонкой очистки типа LFMA — 0,035 МПа. 1.7.2.4. Маслораспылители Обычно пневмоаппаратура фирмы «Фес- то» может использоваться без маслораспыли- теля, так как при сборке в нее вводится консистентная смазка на весь срок службы. Но если приводы используются в экстремальных усло- „,_.„л„ . виях, например, при медленных движениях шп^жёТадР0В,-ПрИ ТОЧНЫХ ПОДачах и в тех слУчаях> к™ шток цилиндра чиГм^"а Ш°И рвдшлы,оИ нагИ™е' "Обходимо применять воздух с нали- сункМ »rTKeJL29'a П°Ка3аН° УСЛ°ВНОе обозначение маслораспылителя, а на ри- ^^~п^Г:^ТСПЫЛтеЛЯС^НЬШ Р—нием масла. Он В масло^пГпГ Ц СЛа РазмеРам" от 0,1 до 0,003 мм. Дя че^мХаГь1тЬ В°ЗДуХ и ма™трали подводится к отверстию Б. Прохо- ^^m^Z27i:ZT°m0ii ПОТ°К Р33**— «Дна часть его (основная лы В, Г иТ КоТда дрТсТьГ ^Г™ Ж ^^ ЩСЛИ К" а >*»™ через кана- При дросселирование шшы>1^ ™ ОТКрЫТ' Ka™ena^""» не происходит. вследствие чего масло подаима^ пТ" к СТанОВИТСЯ МСНЬШе' ЧеМ В Ре*ФвУаРе- «• 9 и через канал имеюГиГГ ^^ ?' отжимает шарик 8 от седла втул- распылитеяя (после кольцевойМТГ" * Попадает в тРУбку П. Так как в зоне Д масло вытягивается из трубки ^е™> "Р0"**0**" местное понижение давления, то пылителя 1, запрессованного в 11роходит через отверстие малого диаметра рас- го воздуха. отверстии пробки 2, и распыляется в потоке сжато- **<, I Рисунок 1 28 Структура и назначение систем автоматики 39 6) Рисунок 1.29 Частицы масла, вследствие местного понижения давления в зоне И (после щелей К), вместе с потоком воздуха проходят к выходному отверстию Ж через отверстие Е в корпусе, а остальные оседают в резервуаре на основной поверхности масла. Попадая в основной поток воздуха, масло подвергается вторичному распылению и, таким образом, в пневмосистему поступают мельчайшие его частицы. Дозировка расхода масла осуществляется дросселем 4. При полностью закрытом дросселе разность давлений в стакане и в полости А будет наибольшей и, сле- в<-
Глава I ягчя также будет наибольшим. Увеличение расхода сжатого ^L^Z^T^XL^rcnu, создает большую разность давле- ХХ^Т1ГтиРА, что вызывает увеличение расхода масла при том же т"°ш1ТпрСе2ствУет понижению уровня масла в трубках 7 и 11 при «т^ cJKES^™^Поэтому' —1адение начинается сра- ^"Г^— с корпусом 3 кольцом 5, заполняется маслом через пробкуТо до уровня, обозначенного на стакане. Наличие прозрачного колпачка 12 позволяет вести наблюдение за каплепадением с любой стороны маслораспылите- тя Количество масла измеряется в каплях в минуту. Конструкция пропорционального маслораспылителя с дисперсным распылением масла с помощью сопла Вентури показана на рисунке 1.30. Маслораспыли- тель обеспечивает подачу масла пропорционально расходу воздуха. Проходя через сопло, воздушный поток разделяется: одна его часть отжимает подпружиненный клапан 9, проходит через образующийся кольцевой зазор к выходному отверстию, а другая, пройдя через отверстие 6, отжимает от седла подпружиненный шарик 5 и через отверстие 4 попадает внутрь стакана 1 с маслом 2. В результате увеличения давления в стакане 1 масло поднимается по трубке 3, отжимает шарик 15 от седла штуцера и через дроссель 14 попадает в трубку-капельницу 12, размещенную под прозрачным колпачком 11. Параллельно, в результате местного падения давления в зоне сопла Вентури за клапаном 9, происходит отсос воздуха из полости под колпачком 11 и вытягивания масла из трубки-капельницы 12, которое, пройдя через жиклер 10 и трубку 8, тонко распыляется в турбулентном потоке воздуха выходного отверстия. Чем больше расход воздуха через сопло Вентури, тем больше величина кольцевого зазора клапана 9, большее падение давления за ним и, следовательно, более интенсивное истечение масла из трубки-капельницы 12. Конструкция маслораспылителя допускает его дозаправку маслом во время работы через отверстие, закрываемое пробкой 7. Для заливки в маслораспылитель рекомендуются следующие марки масел: специальное масло Festo OFSW-32 с вязкостью 32 мм2/с при 40°С; Esso Nuto Н32; Mobil DTE 24 с вязкостью 24 мм2/с; Shell Hydrol DO 32 с вязкостью 32 мм2/с. Количество капель масла устанавливается с помощью дросселя 14. Как правило, достаточно 1...12 капель на 1000 литров воздуха. Пример Система в среднем потребляет 100 л/мин. На 1000 литров должно мяспГДаН° КаПСЛЬ МЯСЛа- Соответ^венно, в этом случае 1 капля масла в виде масляного тумана должна подаваться каждые 2 минуты. 1.7.2.5, Регуляторы давления тт. а также шв, crji, JT ""Т*™10™'* элементов элясгропневматических сио- <«^«ZZ^^T^""VC"""McemK^»"e регулятор» давления -■^—«.^сгж^гг ,,у"кг"р"ой линией о6отнач" Основным элементом Derv y"*wp<x. ся измерительная мембЪаня д ,Т°Ра' "Редставленного на рисунке 1.31,6, являет- ныпружиной2связансодной^ГГЛеННаЯ В К°РПуСе5" Жес™"й центр 3 мембра- роны штоком 6, подпружинен!-' ° Р^чРОвочным винтом 1, а с другой стона мембрану н тарельчатый кл^Т"™™" КЛВпаном 7" ПРУж™а 2 воздействует ка«т сжатый воздух к потребите r,u> ' *ОТОрыи' пР"поднимаясь над седлом, пропус- Усилне. создаваемое давлением ад™^""Т* ^"^ °ТКрь,Т до тех поР' »ока ем воздуха на мембрану, не превысит усилие пружины. Структура и назначение систем автоматики 41 ЗШ После этого тарельчатый клапан опускается на седло, закрывая отверстие, и накопление давления прекращается. Использование сжатою воздуха приводит к уменьшению давления и, следовательно, уменьшению усилия на мембрану со стороны потребителя. Пружина 2 приподнимает тарельчатый клапан 7 и обеспечивает приток сжатого воздуха в полость мембраны 4. Настройка регулятора на определенный уровень давления осуществляется вращением регулировочного винта 1, изменяющего величину сжатия пружины 2, передающей усилие на мембрану. При компрессии со стороны потребителя или при уменьшении с помощью регулировочного винта уровня давления, усилие на мембрану со стороны воздуха превышает усилие пружины. Мембрана прогибается, сжимая пружину, и излишки сжатого воздуха через отверстие в жестком центре 3 (рисунок 1.31,в) выпускаются в атмосферу. 6) Рисунок I.3I ^ PI =0.7 МПа 100 200 Объемный расход (Норм.л/мин) Объемный расчел 20 Норлишин^ -ОУ 04-0 5 ОГ^Т-ОТ* 0.9 Давление на втоде (МПа) »?
Глава I Основным элементом миниатюрной, регулятора тина ARJ 2 0-М5 компании SMC Л^ покаянного на рисунке 132* является латунный поршень 5, ус- ^1ГВ шестигранном латунном корпусе 9. снабженном деаэрационным °Твво^вании регулировочного винт* 1 в крышку 2 происходит сжатие npv-жины З и перемещение поршня 5. открывающего клапан 6 и сжимающего пт-жинл 7 давая тем самым возможность сжатому воздуху поступать к потребителю Одновременно сжатый воздух поступает через отверстие 8 к поршню 5. Клапан открыт до тех пор. пока усилие, создаваемое давлением воздуха на поршень, не превысит усилие пружины 3. Поршень, поднимаясь, дает возможность клапану 6 закрыться под действием усилия, создаваемого пружиной 7, прекращая тем самым рост давления на выходе. Использование потребителем сжатого воздуха приводит к уменьшению давления на поршень, который снова под действием усилия, развиваемого пружиной 3, перемещается вниз, открывая клапан 6. При резком возрастании давления в выходном канале, сжатый воздух, пройдя через отверстие 8 к поршню, поднимает его, отрывая от штока клапана, в результате чего давление через центральное отверстие в поршне и деаэрационное отверстие 4 сбрасывается в атмосферу. На рисунке 1.32,6 представлены расходные характеристики распределителя при давлении на входе pi=0,7 МПа, а на рисунке 1.32,в — характеристика давления при объемном расходе 20 л/мин. Максимальное давление на входе распределителя — 0.8 МПа. Диапазон давлений на выходе — 0,2...0,7 МПа. Диапазон рабочих температур — 5...60°С. Вес — 0,28 кг. Возможна установка манометра вместо заглушки в выходном канале. Повышение быстродействия, точности и надежности регулирования достигается применением редукционного клапана, представленного на рисунке 1.33. Принцип действия редукционного пневмоклапана основан на автоматическом изменении проходного сечения между дросселем и седлом при изменении давления и расхода сжатого воздуха на входе, что обеспечивает постоянное давление на выходе пневмоклапана. В гайке 1 корпуса 2 вмонтирован* дроссельный клапан 3, прижимаемый к седлу пружиной 16. На толкателе 4 клапана, имеющем сквозное осевое отверстие, закреплен мембранный узел 14, состоящий из двух алюминиевых дисков, между которыми расположена мембрана 15, имеющий в своем составе обратный лепестковый клапан 13. На крышке 5 мембрана установлен стакан 7 с регулировочным узлом 1, состоящим из винта 8 с маховичком 9, шайбы 10, пружины 6, настроечного клапана И и резинового кольца 12. Через входную полость А сжатый воздух, отжимая Рисунок 1.зз Структура и назначение систем автоматики 43 дроссельный клапан 3 от седла, поступает в выходную полость Б, а также через радиальное отверстие во втулке дроссельного клапана 3 и отверстие в толкателе 4 в полость В мембранной камеры, закрывая лепестковый клапан 13. Через отверстие d полость Б соединена с полостью Г. Если давление в полости Г превышает давление в полости В, то сжатый воздух поступает через открытый обратный клапан 13 в полость В и через Отверстие в настроеч- Рисунок 1.34 ном клапане 11 сбрасывается в атмосферу. При вращении регулировочного винта 9 и сжатии пружины 6, прижимающей настроечный клапан 11 к кольцу 12, давление в полости В увеличивается. Мембранный узел 14, перемещаясь вниз, открывает дроссельный клапан 3, увеличивая расход воздуха и давление до заданной величины. Давление в полостях Г и В уравновешивается. Если давление на выходе превышает давление настройки, мембранный узел 14 перемещается вверх, клапан 3 закрывается и сжатый воздух, преодолевая давление пружины 6, открывает клапан 11 и сбрасывается в атмосферу. Давление в полости Б редукционного клапана снижается до величины, определяемой настроечным клапаном. На рисунке 1.34 приведена схема редукционного клапана, которая использовалась при моделировании. В математической модели давление р\ задавалось величиной диаметра D2 отверстия, через которое стравливался сжатый воздух с расходом G8. Рассматривался процесс наполнения сжатым воздухом объема V0. При этом открывался клапан диаметром D и сжатый воздух поступал в камеру Г и объем V0. Процесс считался законченным, когда клапан закрывался, т.е. значение зазора х становилось равным нулю. В приложении Б дана программа математической модели, написанная на языке TURBO BASIC. При моделировании оценивалось значение ошибки А, равной разнице давления р, и давления в объеме V0 при различных отношениях диаметра D4 мембраны и диаметра D клапана. При диаметре мембраны, превышающей диаметр клапана в восемь раз, значение ошибки задания давления достигает минимума и составляет 0.2% (рисунок 1.35). а из рисунка 1.36 видно, что с увеличением диаметра клапана практически линейно уменьшается время моделируемого процесса. ЪО 10 5 1 ,ь 2 4 V \ \| 6 / / / w Рис. К учок Э 1. 135 \ S л г к V - х > С )4/D 0.3 j 0.2 Шж 4 6 8 10 12 16 D,/D Рисунок 1.36
44 Глава I 1.7.2.6. Стандартный блок подготовки воздуха Блоки подготовки воздуха (БПВ) упрощают подачу очищенного и обогащенного маслом воздуха потребителю, в непосредственной близости к которому они чстанавливаются. " Обычно в состав стандартного блока подготовки воздуха входит фильтр- влагоотделитель. регулятор давления со стрелочным манометром или цифровым манометром-преобразователем и маслораспылитель. На рисунке 1.37.а приведено условное обозначение стандартного БПВ. и показан общий вид БПВ фирмы Festo, D-серии. типа FRC с габаритными и присоединительными размерами (б). Полиамидные стаканы фильтра-маслоотделителя 1 и маслораспылителя 2 закрыты защитными кож>\ами. Ручка 3 регулятора давления с манометром снабжена блокировочным устройством. Винт 4 служит для удаления воздуха из масляного резервуара, а винт 5 — для регулирования подачи масла в пневмосистему. Крепление блока на технологическом оборудовании осуществляется с помощью специального кронштейна 6. , - . v Рисунок 1.37 Входящие в состав D-ce™,, i"» ^ «««я модульным принципом^х^^Т™"*""* *С1Р0''™. характер изую- Условиям эксплуатации БпГодинТпп П°ЗВОЛЯ,от ««давать соответствующие Блоки подготовки пште^ГК°ТОРЬ,Х ПрИВеДеН На№"«* »•,2" Структура и назначение систем автоматики 45 малыши расход воздуха 125 л/мин. Нормальный номинальный расход при диаметре входного отверстия 1/8" составляет 700 л/мин для типоразмера «MINI». Диапазон функционирования маслораспылителя — с 3 л/мин. Масса — 0,7 кг. Диапазон температур окружающей среды — от -10° до +60°С. 1.7.2.7. Пневмовыключатели и распределители плавного пуска Кроме рассмотренных в предыдущих параграфах исполнительных устройств, блоки подготовки воздуха могут оснащаться пневмовыключателямн с электроуправлением, предназначенным для подачи и удаления воздуха из пневмосети. а также распределителями плавного пуска, предназначенными для ограничения ско- гюсти поста давления в пневмосети. ^ Ож, используются в качестве устройств защиты как скучивающего персонала, т! и технологического оборудования. Наличие пневмовыключателямою- нала, так те. н пневмоснстему сжатого воздуха в момент ее обстужива- распределителя плавного пуска обеспечивает медленный рост дав- чает случайную подачу ння, а наличие •2 ») im^?. 38 I (Л Рисунок 1.3*
Глава I г_ б) R Ч* 368 е 40 в) J3L 6-ы Ч£ о ей 84 5 64.5 38 ZH 9^ 10.5 Для кабеля > Вспомогательный i rf ручной рычаг J i \Штегасер с юрлашаокы Г1 sM4 Давление срабатывания (закрыто - открыто) для поршня 5 0.5, «=t " 0.2 0.4 0.6 0.8 д) Давление в пцетмом контуре СМПа) Хар-ка расхода, с дросселированием (через игольчатый клапан) 5500f «) «234 Число оборотов ипш Латая Пои Рисунок 1.40 J»"« ^^^хнол^кого3^"0 С НИМ пневм«иилиндры и «лопни- Нар^и^ГГЧает,ЮЛНЫЙРас-Д на-Р-"ного рабочего габ"Р,т«ы*И и присоединитм^"06 обозначе"ие. а не рисунке 1 4R fi к - Структура и назначение систем автоматики 47 Таблица 1.6. Рабочие условия функционирования УППВ типа EAV (SMCj [26J Рабочие условия и ее 2 ж О ш о о. S с; и и о о о. S I £ & S " О О X =5 ев м cj « О VD о Р о. I з: а с сз 3 LQ IS х а о w х <и х 2 х X о 5 и о X Условия по лениям а, га < а. а. Л1 < < О. Функционирование (см. рис 1.40.В) При включении пилотного клапана (управляющего пневмораспределителя) 4 (электрическом включении или от ручного вспомогательного рычага) вспомогательный воздух отжимает поршень 3 вниз и главный клапан 1 открывается. При этом закрывается переход к отверстию выхода R. Поток сжатого воздуха поступает через игольчатый клапан 7 от Р к А. Пример соединения целиндра с пневмодросселеми Когда РА > I /2 Р„, открыва ется поршень 5. В результате этого РА. немедленно возрастает до значения РР. Поршень 5 остается открытым, скорость хода поршня цилиндра определяется только пневмодросселем При отключении пилотного клапана 4 поршень 3 и главный клапан 1 поджимаются вверх пружиной 2. переход к отверстию выхлопа R открывается. Одновременно прерывается поток сжатого воздуха от входа Р. В результате разницы давлений на обратном клапане 6 этот клапан отжимается вниз и происходит деаэрация повышенного давления вторичного контура через пере- ход R.
I ЛНВП I 4* ™д™ .нчеиин — 02S l.oMlla.MaCCi--0.1hoM. Iloqx-оиисмая U"^.ЙГн;I;"ГиuI,нuя - MBlunco^K ПО-г^ВСгрсмс. "*' чшае oomnwin* ркирс № штс а п ишно.о „уем с о,ра.шчеш.ем рос.а ц) ««ом вид (о) ptci.pt ю ...ic (я «Немо* П сор.,... пни MIL-MINI с , ь *< раоочнх тричснии -0,25 ..1.6 МИ.., массой - 0,182 кг предсмвлсн На рисчнке 1.40 даны оишни вид (а), мнемоническая схема (О), габаритные размеры (bi и коисгрхкция (И >сгрои<лва плавной юлами нощуха (У111111) imia F\\ 264*1 компании SMC (Япония) (241, имеющею следующие характерцешки: веттытатеиное давление — 1.5 МПа; раиочес тушение 0.2... 1.0 ММа; дпапаюп температур — 0 «ГС; жвивалентое сечение — 21 мм ; нормальным номинальный расход— 1150 л/мин. вес — 0.37 ь.г. напряжение пш.шни — 24 В (постоянное* и 220 В (переменное), потребляемая мощность при носюяшюм Тике — 1,К Вт. CTeTiCHb защиты — IP о5 Рабочие условия и после ювательНшПь функционирования УШШ отражены в таблице 1.6. а на рнехикс 1.40л и е пока юны его характеристики. Pci улнроика иго1ьчатто клапана Иросссчя) 7 осуществляемся с помощью огвергкн: при нра- щекми по часово стречке расход \менынас1ся. прошв часовон — повышается. В б.кже иодюшвки воцуха услрпйсчно монгнруегся после регулятора даилс- 1.8. Типы тщигы элементов э.1«сгропнснмоавгома( ики Стандарты DIN 40050 нредпиеынаюг шщнту элементов ангомагики с »лек- троу правлением от прикосновений и от проникновения инородных тел и поды. прикосновений и проникновения инородных тел Виды защиты Таблица 1.7. Степень шииты or I 1 ~ 0 |Чмцит»от [крупных [инородных [тея [^•ппггаот кредних I (ояснепне F~»»« —пы л,щ „т случайна „рикоеиоасини к „аходя- [Sl^iUJi нш.р,женИсм21подв,,ж,,ым ЛС1алям - ^"Гр::~ z к™г- ,,а,,р,т-рукой-,в ,,ст -пн gg^^^ от прикосновения ««* ^«УчXllSIt^Sn■1I!?Ы,Ю," К> иаходя,,1,,мся »ол напряжением г~_ -№« тм аиамл™Гс:::; гГммш,гв от""—»~ «ч»» |ч«Щитшогт !"мких iinu |роаных тел Чащитаот ^ — »"" п„4ВИЖИЬ1М дста1ям И1™,,1ИМСЯ»''Л-"апРяжс..„См,,л,,в,.утРс..- предыоами. ,„ ,„,„„„,, f Пенами, проволокой ш.н подобными uuuna .vr ™ ' ^!HHjfc2MM ил "^метвми. ТОЛЩИ1ЮЙ ^ Рангами, проволокой ,„ „дабиыми I^^r^f^^^ »P«"»K„„nemu |всрл1,1Х кг"" n°-*^^ Ssr*,,ы ,и - •*££££■ -врсд,,ых •■—* "-» 1«иуг~и„ ' cn ,,PHKiKiio^H7^"-~D£^^lIU?«>!<»iMniifii»ibi L^-"- —иым Д^я? 1, ^-'--я нод-^пряжсТн^,- J < | р> к i ури и на шачение систем ан i ома i ики 4v 1ины шщшы ОННСЫН.1Ю1СЯ с помощью аббревиатуры, миорая шиит ит двух поименных Суки IP и дпух индексов для пенсии iaiiiiiiu. например. iP 54. Первый индекс 5 Оашща 1.7) поканлнпе! сгенень мщшы oi прикосновения и проникновении инородных (ел и нрсчусматрипаст полную ышигу ш нрикосновс ния к на\о (ящимся под напряжением и внутренним подвижным дсчалям; защиту oi вредных огложеинй нмлн; проникновение ныли цо'шостью не предогвращаег- ся. но пыль не может проникать п таких количествах, которые napyuiai режим ра- бо i ы. Пюрон индекс 4 (тблица 1.8) нредусмафнвает зан(иту Oi воды, брылающен на ииорудовадис со всех направлений, ко гора» не должна наносить никакою вреда. Таблица I.Я. Степень чащиn,i oi воды ({юрой индекс I laiiMcnona- нис Виды защиты Пояснение о Пспащиты Нет специальной ющиты Защигл от пертикальни палающих капель воды Капли воды, падающие вертикально, не должны наносить никакого преда 1лщита oi наклонно падающих капель поды Капли воды, падающие иол любым углом до И" к вертикали, ие должны наноси lb никакою преда Защита от распыленной воды Капли воды, падающие noi любым углом до 60° к вертикали, не должны наносить никакою вреда Защита от бры 1ПИОН1СИ воды Вода, брызгающая на оборудование со всех направлений, не должна наносить никакого вреда Защита от струи воды Струя воды ит сопла, которая направлена на оборудование с любой сто- роны. ие должна иметь никакою вредною вощействия Защита при наполнении При наводнении, например, ит бушующего моря, ноча не должна прони- кать во вредных количествах в оборудование (ащита при окунании в воду Вода ие должна проииТатъ в оборудование в количествах, превышающих донусгимое «ияченне нри погружении в воду на определенное время и ирн определенном давлении Защита нри длительном noi ружеини в воду ^^^^™ в оборудован.* в количествах, превы.накших [донусгимое значение при .югружепии в воду ,ш „си.ределе.п.ое время и нри определенном давлении 1.9. Снсцифичсские требования кэлемспам „скфо„иеВмо«вг„Магики „ „П..1П.ЯИЛЯЮ1 сненнфические требования к апемен- Отдельные виды нроншодеж редъявляю^ I aBTt,M31l„..^вантам )лскфо11неимоав1х>магики. иенолыуюищхся i i пых тсхноло. нчееких ироцеес».^ ме1Сф011110.луЧевыч .рубок (ЭЛТ) (С..(1пк1е Клу Так. например. нрннро.пводстист^ ^ Tubes) тапрещеио применение в сое . aicn.p|| 1у|01Ц|1ХСЯ такими исобенлктими. ванных систем, иещееш и магср,,11Я1 • ; Jfi а „менно, меди, «фжчи, силикона, коюрые пршюдят к повышенному .ipoi(t«-<-y » • иолиинпнлхлорика. можем бы п. детали шрован следукмним ianpei на иснолыованпс -»»\ исчцсси i>Gpa ii)M •J
„•тугому что точка растра на'жране трубки «^«W-™""^?^^ работающие с нагрузкой детми»составездемВ™™^тения шарниры, золотники, ходовые пинт. "^ГХ^Ги «оных лобавок *> № не требуете, какая-либо *»„«та поверх- J^S».^ОШснабжатьсяемтапсгвующим почил*» (химическим, никелевым. цинковым). , Вес без исключения галогеносодержащие вещества, в том числе тефлон, уменьшают эмиссию испускающих электроны катодов и приводят К значительному сокращению срока службы ЭЛТ. Содержащие тефлон вещества запрещается принципиально использовать при производстве ЭЛТ как в чистом виде, так и в качестве добавок или присадок. Содержащие силикон вещества наносят вред флюоресцирующему слою ЭЛТ. Силикон с трудом удаляется и дегазируется. В результате этого наносится ущерб вакуумной среде ЭЛТ. Не должны применяться и смазочные вещества, силиконовая резина, а также силиконовые шланги и силиконосодержащие средства в качестве дезо- юрантов. Отсутствие поливинилхлоридов (ПХВ) уменьшает возможность значительных потерь при возникновении пожаров, снижает вредность производства при изготовлении ЭЛТ. Продукция «Festo», которая содержит указанные материалы (СТ — материалы), маркируется знаком «СТ» и занесена в специальный каталог. U0. П шумоглушители и фильтры пневмоглушителя ^скеП(Г,ТТИТеЛИ ,ПП "Р»™™*» Д" снижения уровня шума при выпуске (выхлопе) сжатого воздуха из пневматических устройств сь.^^ГсГеГб?^^ * СЧЕТ СНИЖеНИЯ Сʰаљ во^ха, выбра- ^^rZi^t:z^z7^zro влияния на скорости «■«■«■■ - На рисунке 1 41 ,ГГ. У<Пр°ИСТВ> напР"мер, штоков пневмоцилиндров. соединением и типов ANAWANBwVl J * ™"a AN '°3/110 С Рябовым при- ях. а также характеристики расхопа\Г ^""^ * быстР°Разъем„ых соединени- они характеризуются компактность*,'" ДИаГраммы УР0в"ей шума (е) [24]. Все шума и низким уровнем ,ФотиГодГвленТпНеНИЯ' ВЫС°К0Й СТепеНЬЮ понижения помещениях при выхлопе сжатого воз™ Д п ИХ ИС,ЮЛЬЗОван™ УРО-еиь шума в Максимальное давление «Г У пРевышает 85 дБ(А). температур - т.^Х ^ " ВХ°Де ПГ ~ ^ ™*- Диапазон рабочих Эксплуатационные и весогяК»™ ^венно: уменьшение уровня Sr^s^^™ ПГ ™Па AN ,03'110> с^" 35 мм: вес _ 1 и 20 грамм У "а 25 И 21%^ эквивалентное сечение - 10 и Структура и назначение систем автоматики 51 -cz> а) шиП материал Кпрпуь m пелтцетпля Присоединит резьбе 011 б) 013 фосфористая Мвталяп» ашигаосяом - """Йрикклюго пороши ОООыюроя) материал Корпус / Крыши I 1 05 02 01 « 002 | 001 С 0005 0002, О1 / / 5П *А/ ш% / // // 7, 200 ?.«>/ у&ш/ и / / п 1000 5000 1 J 1 I I 20000 1 100000 ■j с пиевмогтушителем - |-| | без пневмоглушителя- д) 100 500 2000 IO000 50000 Объемны!) расход (л/шш) е) AN500 AN400 Условия; Давление на входе О 5 МПа Расстояние от пневмоглушителя AN200-WOMV ANoO0>2v Рисунок 1.41 Эксплуатационные и весогабаритные показатели ПГ типа ANA 1-C08: снижение уровня шума на 40 дБ(А); для установки в быстроразъемном соединении 0 8 мм- эквивалентное сечение — 11 мм; вес — 5 грамм. Их не рекомендуется использовать на открытом воздухе и подвергать контакту с растворителями и коррозионными газами. Фильтры-пневмоглушители (ФПГ) предназначены для удаления паров масла, присутствующих в нневмосистсме. при выпуске сжатого воздуха из пневматических устройств и „невмосистем, а также для снижения уровня шума при выходе сжатого воздуха из выхлопных отверстий. ФПГ рекомендуется устанавливать в мневмосистсмах, где используются маслораспылители. На рисунке 1.42 покаяиы мнемоническая схема (а) общий вид (ft гЛри- „ые размеры (в) и конструкция (г)ФПГ компании SMC (Япония). ™»а А^ 510 [241. Максимальное давление на входе - I МПа; максимальны», объемныйрасход - 3000 л/мин; степень маслоотделения - 99.9%; уменьшение уровня шума - более 30 дБ; диапазон рабочих температур — от -10 до +60 С: вес и. i кг. Воздух (рисунок I 42 г) через отверстие 2 присоединительного штуцера I по- ^:Z,T^^L элемента 5 и. пройдя через него. освобо„ся от масла, которое Мекает па дно чашки 6 из поликарбоната. Снижение шума при выходе воздуха в атмосферу обеспечивается звукопоглощающим материалом 3. За 4*
Глава I -GTZ} ») 6) мена фильтрующего элемента обеспечивается свинчиванием штуцера 1 со стяжной шпильки 4, удерживающей детали фильтра в собранном виде. Вывинчиванием запорной иглы 8 из втулки 9 открывается игольчатый клапан и осуществляется слив масла из чашки 6, которое выходит наружу через радиальные отверстия 7 и центральное отверстие 10 в запорной игле 8. ФПГ типа АМС имеют 5 модификаций, отличающихся максимальным объемным расходом—от 300 до 10000 л/мин. С помощью диаграммы (рисунок 1.43) можно осуществить выбор ФПГ для пнев- моцилиндров с различным диаметром поршня и скоростью его перемещения. Так, например, при диаметре поршня 150 мм и скорости перемещения 300 мм/с объемный eOSMn» 400 Рисунок I 43 МО Рисунок 1.42 расход составляет около 1900 л/мин, что соответствует ФПГ типа АМС 610. Противодавление, создаваемое фильтрующими элементами, может быть определено с помощью диаграмм на рисунке 1.44,а. Диаграммы на рисунке 1.44,6 показывают зависимость уровня шума, создаваемого сжатым воздухом при выходе в атмосферу, от объемного расхода пневмоуст- роиств без фильтра-пневмоглушителя, (кривые 1) и с иневмоглушителем (кривые 2), а диаграммы на рисунке I.44.B и г показывают их шумовые характеристики с использованием и без фильтров-пневмо- глущителей. Структура и нажачение систем автоматики 200 500 1000 2000 Объемный расход (я Ъоон -VXX) 10000 2000 4000 6000 ОбмалшЯ расход (яЛмии) - без фильтра пневыогяушителя; 2 - с фильтром f 8000 10000 1 1 1 1 Шумовые характеристики АМС 8W9I0 1800 ЗоОО ТгОО 14400 Диапазон частот (Гц) I -без фильтра пневмоптушителя; 2- кривая предельно допустимого уровни глума, 3-е фильтром пневмопгушнтея» 1 i i Шумовые характеристики АМС 810/910 ■ • 1 450 «о 1800 3*00 ТОО 14400 дкапюон частот (Гц) , -^фи^тр.пне.мс.глушигела; 2- .^.феае^ допустимого >фс™.пу». 3-е фильтром пневмоглушитела Рисунок I 44
Глава I . АычкТПОВ I1HCBVUM UIUHTCICII ДвеТ POlMOMvHOClb ИС- .. «Von!£ «г»»*»"- Ч****> доп^мого уровня .п>м». 1.11. >си.1М1Сли .явления Гтлвятвл Мономвтры <*> ^Pei\TJnop давления Усилите.m давления предназначены для 1ЮВЫШСННЯ давления в пневма- шческнх магистралях без дополнительных затрат электроэнергии. На рисунке 1.45 представлены мнемоническая схема (а), общий вид (б), принципиальная схема (в) и габаритные размеры (г) усилителя компании SMC (Япония), тина EVBA 1111 с присоединительными отверстиями 1/4", для рабочей среды с содержанием примесей 5 мкм. очищенной от масла, имеющего следующие характеристики: диапазон давлений на входе — 0.1... 1.0 МПа; диапазон давлении на выходе — 0,2...2,0 МПа; рабочая температура — 5...50°С; номинальный расход воздуха при давлении на входе, равном давлению на выходе 0.5 МПа — 60 л/мин; отношение давлений (вход/выход) — max 4:1; вес — 0,98 кг [24]. Работает усилитель следующим образом (рисунок 1.45,в). Из выходной магистрали сжатый .\JL 8 Bxoi я [Выхо ЕЙ—1 Деаэрация Г Пиевмргпушитсль 70 -гЪ Рисунок I 45 < 'зруктура и назначение сие км авгома! нки 35 ОбмммыЯрмвдГ* §106 104 - 1Ю С ю ом 0«в ,004 0»2 о»! о 400; 2 у» юо S юо ш ш мртоям точкл во viyx поступает через оорагные к шпаны К1 и К2 В усилительные камеры А и Ь. а штем через регушор давления и пневморасирече дитсль с прямым механическим управлением в приводную камеру Б В результате увеличения давления в лих камерах единенный поршень, преодолевая давление п усилительной камере Б. перемещается влево, в peiyjibiaic чего происходит дополнительное ежа i не находящегося в этой камере воздуха, который через обратный клапан КЗ поступает на выход к потребителю, а воздух и i приводной камеры А сбрасывается по каналу F в атмосферу. Когда сдвоенный поршень достигает своей мергвой точки, он переключает пневморас- пределнтель таким образом, что начинается заполнение через pei-улягор приводной камеры А и деаэрация приводной камеры Б. Под действием давления воздуха в приводной камере А и усилительной камере Б, сдвоенный поршень перемещается влево, вызывая дополнительное сжатие воздуха, находящегося в усилительной камере А и его поступление через обратный клапан К4 на выход. При достижении сдвоенным поршнем второй мер 1 вой точки вновь происходит переключение пневмораенределителя и цикл повторяется. Характеристика расхода усилителя типа EVBA 1111 приведена на рисунке 1.46.а. Так, например, при р,=0.75 МПа и р2= 1,0 МПа. объемный расход составляет 75 л/мин. б) 02 04 06 0» Дшлате павам* PI (MIW Pl-ОоМИ». Г2-01 МП», оОммныЯрюсод» lOjrtam 10 - ■*■ ^^и ■"«•VBAIIII в) 10 20 Ю Отношение мыший P2/PI 1 i ^^"*—4—»— I е) 12 3 4 Объем резервуара (л) 1*ИС\1Юи 1.46
Глава I \4Kiq»™» »« рисунок L46.6V полненная для ооьемы^ расхо- Ю ™^ю*«ывает. что при р,=0,6 МПа швление на вымпе /ь = КО МПа, *е увеличивается в 1.66 раза дм того, чтобы ограничить пульсацию давления на выходе, рекомендуется устанавливать дополнительный резерв>-ар (ресивер) со стороны вторичного контура цжсмкж 1.4&rt. объем которого может быть выбран с помощью диаграммы на ржлнке 14б.е Так. например, чтобы ограничить пульсацию давления до 0.02 МП*, требуется дополнительный резервуар объемом 1.5 л. Бремя, необходимое для достижения давления в резервуаре, например, от р i= 1.0 МПа до р 2=13 МПа при давлении на входе 0.5 МПа. определяется с помощью диаграммы на рисунке 1.46»в (для усилителя EVBA 1111) следующим об- разомг р, 03 р, 0.5 при возрастают давления с соотношения 2 до 3. время достижения указанного г= 170-60= 110 с на каждые 10 л объема. Время подачи повышенного давления в резервуар может быть сокращено путем параллельного включения обратного клапана фие\нок 1.46л). При этом усилитель начнет футшюнировать лишь тогда, когда давление в резервуаре будет ^от^омть давлет,к> р, в пневмосеги. что иллюстрируется диаграммами на Г л я в в II ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ В автоматике очень часто контроль, регулирование и передачу физических величин осуществляют при помощи электрических сигналов, так как они наиболее удобны для построения различных автоматических устройств, обеспечивая высокую скорость передачи, дистанционность, совместимость и дачьненшую обработку (усиление). В этом случае неэлектрическне величины (скорость, ускорение, пшенное н угловое перемещение, давление и разряжение, температура, световой поток, уровень и др.) преобразуются в электрические величины (напряжение, ток. сопротивление, мощность, частота, индуктивность, емкость. ЭДС и др.). Для этой цели широко используются первичные преобразователи информации — электрические датчики. 2Л. Классификация электрических датчиков Датчик — устройство, функционально преобразующее контролируемую (входную) величину в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки и дистанционной передачи. В общем виде датчик Д (рисунок 2.1) представляет собой чувсдоггельный элемент (ЧЭ) и преобразователь (П). I Чувствительный элемент выполняет функ- л i _ I » ч э - п М ции «органов чувств» и предназначен Д1Я преоо- г-]_1=и п Г , разования контролируемой величины д в такой ! . вид сигнала л,, который удобен для дальнейшего РнонокЛ! использования в преобразователе П. в котором неэдектрнческнн сигнал Л] преобразуется в электрический сигнал у. Электрические датчики делятся на параметрические и генераторные. Параметрические датчики пол>чают элекгрнческую энергию от вспомогательного источника энергии. К ним относятся контактные, погенцномет- рнческне, тензо- и терморезисторные. фотоэлектрические, индуктивные, емкостные датчики, датчики Холда. Генераторные летчики не требук»т постоянного источника энергии, так как являются источниками ЭДС. К ним относятся термоэлектрические, пьезоэлектрические, тахометрнческие. индукционные датчики. К датчикам предъявляются следу юшие общие требования f53]: 1) непрерывная и линейная зависимость выходной величины у от аходной с 2) высокая динамическая (дифференциальная) чувствительность; 3) малая инерционность: 4) наименьшее влияние датчика на измеряемый или регулируемый парамегр: 5) надежность в работе; 6) совместимость с используемой измерительной аппаратурой и источниками питания: 7) минимальные масса и габариты: 8) низкая себестоимость. При выборе датчиков необходимо также учитывать особенное™ технического процесса: периодичность м максимальную частоту воздействий, наличие вибрации, параметры окружающей среды (температуру, влажность, наличие токсичных и воспламеняющихся компонентов н др.).
Глава II и. э*,——*-^—— vl4KKm . ™*™юватели датчиков служат для преобразования ме- '■^^^^ТпоУнте^ькоп, органа технического устройства (тех™, •^KZ^^™-""^™K"Tдвух п" ,лектри nTOTV „_ меЖлу ними [54]. Контакты бывают открытые и ков. позволяющее проводить ток между ними i i ЭТг^1Х^еТонтак-тов в запаянном стеклянном баллоне, заполненном миертным том (чистым азотом или азотом с небольшой добавкой водорода, давлением *0 4 06) 105 Па) предохраняет их от окисления и загрязнения. Для улучшения контактирования поверхности касания (контакты) покрываются тонким слоем (2...50 мкм) золота, родия, палладия, рения, серебра и др. Такие герметизированные контакты получили название герконы.В связи с тем, что контакты в геркоие упраатяются магнитным полем, герконы называют магнитоуправ- ясмыми контактами. 12.1. Разновидности герконов Характерные разновидности обычных герконов изображены на рисунке 2.2 [46]. на котором «а» и «г» — замыкающие герконы, «б» — переключающий гер- кон. «в» — переключающий с помощью металлического шарика М (срабатывает при изменении наклона геркона или перемещении шарика с помощью магнитного поля). ЖМ U*/"j-'-'t со 6 п Рислнок 2.2 и герконе плунжерного типа (nurvnn^ о о ч кулярные силы удепжм«я™ « ^Унок 2.2,д) на поверхности контактов моле- ~ниРя силы^ГвГГа^vT"^ ЖМ (Р1УТЬ - "^ ЧТ° НС ^£буеТ СШ- ромагнитного материала выполнен УЧШает качес™о контакта. Плунжер 1 из фер- Держателем через слой жидкогов ВИ^ трубки' контактирующей с контакто- перемещается влево и контакты зам Действием магнитного поля плунжер перемещает плунжер в исходное "ЫКаются- ПРИ снятии тока возвратный элемент Поляризованный герко < ояние- *"«ет контакты 1—2 ми "|сонтактЮ%2'2;е> "P" сРабатыва"ии замыкает или раз- обмотке управления со Магнитим" " В завнсим°сти от направления тока в *и пластине 2. в зазорах |-_2 и Г?°ТОк °т нее- проходящий по магнитопровоДУ Г* ЧаСТей геРко"а. В одной част„аВДелЯется на Два потока— верхней и ни*- ^ывается с потоком от ш ВТГ магнитный поток от постоянного магнита ™™*и склалываются в верхней ^Ц°" ~ °"И вычитаются друг из друга. Есл»> «*i^i аКИМ <*****. измененм? Замыкаются контакты 1^2. если в нижней •^)при^К11ереадю «ение направ,тения тока в обмотке со (н потока «т "■ Рисунке 2 2,ж иллюст МКШ° ИМПУЛЬС Т0^. П0^й'нГ0СбЯмо,1,ИНЦИП ДСЙСТВИЯ ГСркОНа с ма™ИТНОЙ П8' ^Преобразователи мектрических датчиков 59 тате чего замыкаются контакты геркона После снятия импульса тока ftcmarm остаются в замкнутом состоянии за счет потока от намагниченного сердечник* N-S. Для размыкания контактов в обмотку подается импульс противоположной полярности, создающий поток противоположного направления Вместо постоянного магнита N-S можно применять реманентиые материалы (сплавы кобальта н хрома 35KXI2. 35KXI5. 40КНБ). характеризующиеся пря- моугольностью петли гистерезиса, достаточно высокой остаточной индукцией и большой магнитной энергией В оттнчие от магнитотвердых ставов, используемых для изготовления постоянных магнитов, реманентиые материалы обладают очень малым временем перемагничивания. находящимся в пределах 10...50 чкс. Общее время срабатывания герконов с магнитной памятью— 1. .5 мс. 2.2.2. Управление геркоиами с помощью постоянных магнитов На рисунке 2.3 представлены схемы управления герконами. аходящими в состав путевых датчиков (выключателей). отп~- + \s — Ф* -»s.\ в) Рис>нок2.3 В схеме (рисунок 2.3.а) на перемещающейся со скоростью v детали 5 устройства устанавливается постоянный магнит N-S. При подходе к геркону 3 поток Ф от постоянного магнита замыкается через ферромагнитные пластины 1 и 4. в результате чего замыкаются контакты 2 геркона за счет магнитного притяжения Когда постоянный магнит отходит от геркона. магнитный поток исчезает, и контакты 2 расходятся под действием упругих сил плоских контактных пр\жни 1 и 4. На рисунке 2.4 представлены тяговые Рлф) и противодействующая Р^Ъ) характеристики геркона [54]. Состояние геркона изменяется при приближении или удалении от него постоянного магнита. При приближении постоянного магнита на расстояние л, (рис\иок 2.4) его магнитный поток начинает замыкаться через контактные пластины. Под действием усилия, создаваемого этим потоком, контакты сблизятся, и зазор межд> ними уменьшится от б„ до б, (точка А). При дальнейшем уменьшении х усилие, создаваемое постоянным магнитом, увеличивается, и характеристика Р, поднимается. При хз=-*«/., контакты замыкаются (точка Б). Зазор б» называется зазором срыва б^,. Кон- гакты переходят в конечное положение, определяемое зазором б4 = 8,. который on- ° /?, *Jt« 1 PBi 1 & i ^tm ^ /^> У2 SfSt, S, PlK)№b i 4 \,<\2<\|<V, Л Д, -L—s \T**Xtf «x, 4 6'
Глава П ™и,„|Я и нсровносшми кон гаю ной поверх- f«-««if«H*B^i"«»«^ Л берется Ме.,ь...е х2. Ми- пост* %« обеспечения запаса no уси «по ки^ оеюнжшое нажатие при ^^" ^ ИНЭТЬ1 v до шачения ^К£ЙГ« ^ет по= ^у так ^ « «^^ ««.и б\летгаралле1ьна оси геркона (линия Л—/U фису™* ' SI p£J£» тангенциальную составляющую индукции Я, поля постоян- Хм^рисунок 25* Изменение Вх при „еремешеннп магнига показано иа том же рисунке. Срабатывание геркона наступает в точках Bt=Bc/, Таким образом при твижении магнита в направлении, указанном стрелкой, возможно трехкратное срабатывание (точки СРХ ... СРд и отпускание (точки 0777, ... OTIh). Первое срабатывание происходит в точке ОЧ ВА~'Ъ ——КО'"""" -ч. I «---W|U-^ » А Рис\нок2.5 25бГтоИ1и\НГГИЧИВаНИЯ МаГНИТЭ пеР"еВДикулярна оси геркона (рисунок ™а™ХабГГИ ,вПт В УКа,аНН°М СТРелк0Й направлении происходит ^ГГ^жГоГпГ°На> КОТОРЫЙ РСаГИРУет Н3 "^-ьнук, с'оставляк,- «^сЯя-еРКОНОВ' УПравляемых постоянным магнитом, основными параметрами И координата срабатывания v n..™>n и герконом в момент срабатывания- редеЛяющая Расстояние между магнитом 2) координата отпускания v ' ™„ герконом при отпускании; «"Ределяющая расстояние между магнитом и 3) дифференциал хода ,] та *=Уо-,~Уч, а- представляющий собой разность координат 4) зона включенного состояние л «состояния Ду, составляющая Перечисленные выше xaJ~y°""'+3'"'=2^+£/- геркои 1 срабатывав а . ЛГбГГ' Паю-От« Рынком 2.6. В точке А „ отпускает при реверсивном перемещении по- " ^У "оянного магнита /V (рисунок 2.6,а) и при отсутствии реверса (рисунок 2.6.6). Величины с! и Ду в большинстве случаев должны быгь минимальны, т.к. большая величина d увеличивает зону измепГИТСЛЬНОСГИ контрольно- измерительной аппаратуры Рисунок 2 б Управление юрколами может оеущссттятьсЯ за счет перемещения ферро мапшшою экрана (машитою туша). На рисунке 2.3.6 геркон срабатывает при удалении "жрана Э. ранее туширующею мапштный поток, от постоянною Mai- ннга, т.к. ма! пишын ногок Ф] становится меньше магнигною потока Ф2. На рисунке 2 З.в it-ркон срабатывает при приближении к постоянным магнитам жрана вследствие возрастания Mai ни гною потока Ф, который замыкается не через воздух, магнитная проводимость которою меньше магнитной проводимости металла, а через феррома! нитиый экран. На рисунке 2.3,г геркон срабатывает при удалении жрана из зазора между герконом и постоянным магнитом вследствие того, что весь магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом, будет замыкаться через контактные пластины геркона, создавая соответствующее усилие срабатывания. При большом количестве герконов они могут быть установлены по окружно- \а2. град сти (рисунок 2.7,а) Постоянный магнит 3 1 укреплен на вращающемся рычаге и поочередно замыкает герконы 3, 2, 4. Для уменьшения зоны включенного состояния Да2 герконы помещены в магнитные экраны 5. Влияние толщины экрана Д на работу геркона показано на рисунке 2.7,6. 2.2.3. Схемы включения герконов В таблице 2.1 приведены технические данные герконов отечественного производства. При уменьшении коммутируемого тока значение допустимого напряжения увеличивается (U=Pmm/f), но не должно превышать значения и^, определяемого электрической прочностью рабочего зазора. При уменьшении напряжения коммутируемый ток увеличивается, но не должен быть больше значения /„ид. Таблица 2.1. Основные технические данные герконов Общая длина, мм Длина баллона, мм Диаметр баллона, мм Максимальная коммутируемая мощность. Вт Максимальный коммутируемый ток. А Максимальное коммутируемое напряжение. В Максимальное нремя срабатывания, мс Максимальное время отпускания, мс 79 I 64 I 45 1 45 I 41 I 30 I 40 I 48 50 37 28 20 20 16 10 23 5.41 4,2 I 3,6 | 3.1 I 3 I 2.6 I 2,3 J 4.4 30 1,0 12 0,35 12 0.15 250 220(127 3 2 2.3 0,8 0.5 0.5 7.5 0.25 80 1,5 0,3 9 0,25 0.3 0,01 0.6 6.0 54 18 4 65 44 8 0,03 1801 30 | 36 1,0 0.3 0.2 36 7.5 200 0.25 180 J_ 1.0 0.8 1.0 1.5 0.5 0.3 - 2.0 2 100 10 8 67.5 43 8 80 3 20 4 3
Глава II *■» «.««щи лая чисто активной нагрузки. «*, к-^^ГиГ^^ни геркон, ухудшается „ счеишшо* нагрузке RL коммутационн г0 значения постоянной *°" ' ' 1и шунтирована резистором Rw. При размыкании контакта геркона ток протекает через резистор Rw и вся электромагнитная энергия переходит в тепловую, выделяемую в сопротивлении нагрузки RH и резисторе /?ш. Наличие резистора Иш увеличивает токовую нагрузку контактов, что является недостатком схемы. От этого недостатка свободна схема на рисунке 2.8,6. В этой схеме контакты нагружаются только током UIRH и обратным током диода VD. При включении цепи через диод VD протекает только небольшой обратный ток. При отключении поток в магнитной цепи нагруз- Рисунок2.8 ки начинает спадать и на ней появляется ЭДС самоиндукции с полярностью, обозначенной в скобках. Для этой полярности диод VD открыт и закорачивает нагрузку. Вся электромагнитная энергия нагрузки выделяется в сопротивлении RH и прямом сопротивлении диода. В схеме рисунок 2.8,в контактный промежуток шунтируется резистором Rm, что облегчает гашение дуги и уменьшает износ контактов. В этой схеме для полного отключения цепи необходим дополнительный контакт К2, который разрывает цепь после отключения контакта К1. Чем меньше сопротивление резистора R,,,, тем быстрее гаснет дуга. Однако при этом контакт К2 нагружается больше током. В схеме (рисунок 2.8,г) контакт шунтирован цепочкой RjC. Положим вначале, что Кш-0. Наличие конденсатора С уменьшает ток, текущий через контакт- кп^ЗгГ°К" НТЧИе С ТЗКЖе СННмает СК0Р°СТЬ нарастания напряжения на контактах. Все это облегчает процесс отключения "~" конден^тГаТГпГ™ В°ЗМ°ЖНа СИЛЬНаЯ ™ектР"ческая эрозия за счет разряда конденсатора. Для ограничения тока разряда служит резистор R ^ннХ^ГЛ^ ГГоти3^3 (ДВУХ СТаб™Р— -и одного двусто- лельно ка™Гпозво1^г °ПОЛОЖНЫМИ ™люс™»* включенными парал- питания ?aZ%^ZZ™Cmnb30BUTb П°СТОЯННое " переменное напряжения п* 150Вслед^Гт1ГпГГеНИИ У^а»"™' <«> "Ри напряжении свь,- Весьма 4фе^ГмГ«*шпетьи0 неск™ько диодов. «рисунок 2.8,е). ток утечки кото^хТГ™ ПеренапРяжен"я являются варисторы иого напряжения. Они поиго™,., п. Шрастает лишь при превышении номиналь- „^ ..— ^.ы для схем с постоянным и переменным напряже- В таблице 2.2 поивепри... ^к ~- для ^^^L^^Z^SToT Н~Я°Р1Й Меме™ «*' ^«осуикствляетсяс помощью 3SZT (Германия), запитыванне ко- **"«** 'см. § 3.3). ЩЬЮ электР°контактных Датчиков с магнитным воз- Таблица 2.2. Элементы искрогашения для электромагнитных катушек FESTO и, В <48 48- 240 ^«.^Тип катушки Элемент^^^^ искрогашения ^"""-«■««^ Сопротивление R (Ом) Емкость С(ЦФ) Диод Зенера Варистор Сопротивление R (Ом) Емкость С(цФ) Диод Зенера Варистор Постоянное напряжение MSFG 1 0,1 2xBZY 97 С 75 125SDL 480/6 1 0,1 2xBZY 97 С 75 125SDL 1КУ6 MSG 1 0,1 2xBZY 97 С 75 175SDL 480/6 1 0,1 2xBZY 97 С 75 175 SDL IK/6 MSXG 1 0,1 2xBZY 97 С 75 175 SDL 480/6 1 0,1 2xBZY 97 С 75 175SDL IK/6 Переменное напряжение MSFW 220 0.1 4xBZY 97С 2000 125 SDL 480/6 470 0,047 4XBZY 97С2000 125 SDL IK/6 MSW 220 0,1 4xBZY 97С2000 175 SDL 480/6 470 0.1 4xBZY 97 С 2000 I75SDL IK/6 MSXW 220 0.1 4xBZY 97 С2000 I75SDL 480/6 470 0.1 4xBZY 97С 2000 175SDL 1К/6 Выбор параметров шунтирующей ЛС-цепочки производится с помощью номограммы на рисунке 2.9 [47]. По току / и напряжению на нагрузке UH опреде- Я.Ом С, мкФ 10 8 6 4 3 /.А 10 9 8 7 6 5 4 10 8 6 1.0 800 600 400 0.01 d. 0.008 0,006 0,004 0.003 J 0.002 0,001 0,3 0.2 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0,05 0.04 0.03 200 100 80 60 40 20 10 8 6 Phcviiok2.9
I лава II Ы .«emrmncHcrropa с, для че.о ..рово .шея прямая через Лв ешаость шунтирующего па оси ^ ука1ыЛаСТ unipifiивлсиис ^адс ,нн.пми / и Г', ™ J pewcropa н иотршжеиил иа нат^зке Ц,* 200 В П^мнсре11очкиск,п,р.чина1ами /„ и f/. на homo, рамме рисунок 2.У п,»муюдо пересечения с вертикально mm сопротивлении Л. Потучасм К= J Ом. С=4мкФ. 12.4. Преимуществ и иеннлатки ирконов Герконы обтадают стелующими преимуществами: 1) герметичность, по то минная их использовать в условиях повышенной влажности. запыленности, ножаро- и взрывоопасное!и и i.n. при низком перехотиом сопротивлении в замк1гутом положении (0.01 .0.001 Ом) и малом падении напряжения на кошактах; 2) простота конструкции, малые масса и iafiapnii.i, чю позволяет автоматизировать их проитодство и спиши, сюимость ин отопления; 3) высокое быстродействие (время срабатывания и отпускания I...3 мс), что позволяет использовав герконы при частоте коммутации до 1000 в секунду. 4) отсутствие трущихся деталей и сложных кинематических нар обеспечивает надежную работу lepKOHOB в течение 106... 108 циклов; 5) высокая злектрическая прочность междуконтакшою промежутка; 6) гальваническая развятка пеней управления и коммужруемых цепей; 1 управления как олсктримш нтным полем, так и нолем посто- янного магнита, что расширяет функциональные возможное! и i ерконон; X ^S^"" Раб0ГГЫ В 1Ш1роком Дишиюие температур Un -W ДО +120" Q; НедостаткиТ С^аС"вания с совР™е.тьши изделиями микро шек фоники. 2!ХгГ!мГв^,КаЯ ЧувС,ьит-ь"ос,ь по ма. „и.ному полю управления, ^^z!LK:::z^z:u-m w ч,° ^с-сциаль- 3) ^s^s^^^«»— - у*» и -op—. 4) значительное впеис ™r а^ртигации места установки герконов; токах. "»Р"и«вольно,о ра^ыкаиия кощактов при больших 7) мючительиый техн. X,"M",H4ecKMMPa«6pocnapaMjripuB |"геские контакты 1 Скрытые компакты в fk tWM^ Г^Г4^^. >и^И,:оТИ' ЧСМ *"»*»« "Ч« J. нолнержены ВтИГ"^ ^Фи-еско.0 и,ноеа и. „опому.меисс ^7аггы,Ри<-Ун<,к2 10, ' ра,,и,'а^| |«.чсч,1ые, линейные и UptoffpawOTciH мморичегкиж датчиков М 1 очечные кон i акты Грисуи. 2 10,ai, обеспечивающие соприкосновение рабочих ноиерхж» сгей KonidKioB в точке, выполняются в виде конуса, по ЛусфсрЫ И tblOLROC I И. ДВУХ НОГусфер И НрИМСНЯЮТСЯ В цепях с нсГюдыними тками (не выше 2 1 А) Линейные контакты, обеснечинлнмпи со- прикоснонсние по линии (рисунок 2.10,6), применяются в цепях с токами порядка единиц и десятков ампер Плоскостные контакты (рисунок 2 И)ni используются в цепях повышенной и большой мощности С токами порядка десятков и сотен ампер Контакты, предкаииченнме для раГимы при не б<ыыпих гоках, выполняются и» блаюродных металлов (серебра, плагины, шло га. палладия) и их ентавов, а при сравнительно больших токах — из вольфрама и ею сплавив с мо шбдепом, нлатино-иридия и дружх ме 13ЛЛОВ. Для обеспечения надежною контактною соединения контактное уси тс не должно быть менее 10' Н для золша, (5... 15; 10' Н для серебра и 0,7 II гтя вольфрама |4| Для надежной работы контактов необходимо, чтобы при номинальном токе /„„„ падение напряжения на переходном сопрошьлении К было меньше падения напряжения в тчке ратмя1чсния маюриалов UKt (таблица 2.5». /„„„*, = (0,5.. 0.8) £/„> (2.1) Величина контактною нажатия Ьт для номинальною тока определяется с ПОМОЩЬЮ выражения [54| ') «) I'm унок 2 10 FKII=p2noJ(4K2). °№ Ом' Г2.2) СИ| Н Ом-м Н/м' 1ЛС р _ удельное сопротивление материала кшпактов (габлица 2.5); 0.v — вре меннпе спнреминлепие на смя!ие материала контактв Оаблина 2.5). Для упрощения расчеюв может 145,541 бьпь испольшпана эмпирическая формула F^kJRj (2 3) где ft, - ко .ффициент для одноточечных шпаки», выбираемый ж нбпицы 2-3 [54J. таблица 2.3. Значения ,-ттГ, """ *■ лляодноточечныхкоп^ктов Ом Maicpnaji кошакюи Медь Серебро С)лово Лагунь '|аль Алюминии "Для слаботочных кон i акт он *цН 0.014. .0.0175 0.006 ДЛЯ СИЛ1ЛП1ТОЧНЫХ контакпш 3.16 Ю^ 15.8 10^ 21.2 Ю4 24.0-Ю 4 5.50 К)* ■ .ihTfi нон коп»iким ммыклнии (КЗ) jaTpyfl- Анемический P^i^^m 110Ль а.ься опийными данными, нено- пси. но.юму при рлче.- ■';;;;;,,,,,,,,„„ „ пН|ыКпюепаяние средстнеппо спяшпаьлпими юк св.» „риварившннияо н»каГударныи н.к). Ом.шричсс фг»рмула для миним^'ь-и'' нр И ^ Зпачс,шяко,ффиппе...В h „рниедс.ы в .-блине 2.4, (2.4)
Глава II 24 Значения кс^™«^^ Тип контакта [Щеточный |Палыквый несамоустанамиваюшиися I Пальцевым самоустанавливающийся Материал Медь —латунь Медь — медь Латлнь —медь Латунь — сталь Латунь—латунь Медь — латунь Приваривающий ток возрастает с увеличением силы нажатия в контактах /•„. Минимальный приваривающий ток является ударным и равен [45] где t, _ ударный коэффициент (для низковольтных контактов А.,« 1,3); /„ — ток короткого замыкания. Пример. Определить необходимую силу нажатия в серебряных одноточечных контактах. Номинальный ток /„=2 А. Ток короткого замыкания 1т=20 А. Решение. 1. Из условия надежной работы точечных контактов (2.1) величина переходного сопротивления R*=05UJ1H. Из таблицы 2.5 находим для серебра падения напряжения в точках размягчения и плавления материала: (/.,=0.09 В; Таблица 2.5. Материалы контактов UKl =0.37 В. Материал Платина Золото Серебро Вольфрам Медь Алюминий Молибден Олово Железо Иридий р. Ом-м 11 10 2,3-10"8 1,65 10"* 5.5- 10~" 1,75-10* 2,91 ИЗ* МН/м .-« 5,8-10 12-10* 10-10'" 5,5-10"' 780 530 340 1800 520 150 1690 45 350 После подстановки получаем: Температура. "С Размягч. г, 540 100 180 1000 190 150 900 100 500 — Плавлен. 7% 1773 1063 960 3390 1083 658 2620 232 1540 2450 Напряжение U. В Размягч. vki 0,25 0.08 0,09 0.4 0.12 0.1 0,25 0,21 — Плавлен. ик2 0,65 0,43 0,37 1,1 0.43 0.3 0,75 .... 0,6 — 2- С помощью выражен^а5,?'0972^'02250- «п«> F„ Для номинального тока. °ПреДеЛЯСТСЯ контактное усилие (усилие на- Из таблицы 2.3 для серебря Таким образом 3 Испазьзуя.гз,»^;^70'0225^007 »■ нь.х слабогочных контакту A, «ojOOfi н"2 Ом. '"»--*v^l„ = l3>/2-20e 36,77 д. Преобразователи метстрнческм датчиков 67 4 С помощью (2 4) находим F„ гая гока короткого как и ГЛ^' ™ ^Т «"Р"*"*"— » серебряных контактов такие как и для медных, так как физические параметры материало. достаточно близки. таотицы 24 дта пальцевогонесамоустанаашвакмцегос!! контакта *-= 1 ЧЮА/н" Окончательно получаем. F„ = 36.77;/|300: = 135Z (1о9 10*) =0,0** H 5. Поскольку контактное нажатие по номинальному tokv F.»0.07 Н бтык контактного нажатия, определяемого no tokv КЗ Fe«6.0008 H. то поииим нажатие F„=0.07 Н. ' 2.3. Потенциометрическне преобразователи датчиков Потенциометричеекне (реостатные) преобразователи служат для преоераю- вания угловых или линейных механических перемещений в соответствующие изменения сопротивления R. напряжения U или тока /. Конструктивно потенциометрический преобразователь (потенциометр) представляет собой переменный резистор (реостат), включенный по схеме делителя напряжения, подвижный контакт которого перемещается под воздействием механического усилия. Широкое применение в устройствах автоматики пату чили проволочные по- тенцнометрнческие преобразователи непрерывной намотки. Они состоят hi каркаса, обмотки и подвижного контакта (.ползуна). Каркас выполняется из изоляционного матерн&та (текстолита, стеклотекстолита, пластмассы) или металла (алюминиевого сплава), покрытого слоем изоляции. По форме каркасы бывают плоскими, цмлин (рическнми и кольцевыми. Для обмоточного провода («пользуюгея сплавы с высоким > тельным сопротивлением: манганин, константен, нихром. Д|я преобразователей с матым утельным давлением и повышенной износоустойчивостью применяют ставы из благородных металлов: платины с иридием, платины с па пашем и «р. Лиаметр обмоточного провода в зависимости ог необхо (имой точности и величины сопрогиакния составляет 0.03...0.I мм для нреобразоваге.1еГ| высокого масса точности и 0.3...0.4мм для преобразователей низкого класса точности |4|. В габшце 2.0 приветны основные свойс.ва материалов, используемых г« тготовлення иогстиюметров (54} Габтица 2.6. Материалы погснщюмстрических преобразователей Наименование и сосыв материала (сплава) Манганин МНк 3-12 (Си. Mn. Ni+Co» Koiiciaina.i MIIMn-Ю- 1.5 (Си. Ni+CoMnJ Неншльбер МНц 15-20(Си. 7н. Ni+Co> Нихром X15ПМ» (1-е. Ni. Ст) Фехраль 0\23Ю5 (Fe. Ст. Л1) Нлипши-иркдий (1т. 1г) Серебро-палладий (Ag. 1M) Вольфрам (W) —— Отельное лекгриче-1 Мль^имазьиач скос сопротивление j рабочая температура. V при 20" С р. Ом-м 4.3-10 5-10 з.з io1 1.12 Ю* 1.3-10* 1010* 3.8 Ю* 5.5 10* .чМ 2(Х» 1100 1214» 540 150 IO0O IМ -„«ок.,*. кои.аы выполняют в вн * ц.ч v ,рс, «Р« * «n-x ^~« ™ и. .!• 1.>_моп паоо1Ы «чч-нсчиваогся поджим menui к фосфорнеюн opoiiiu и чр. Д«и "•и1*"011 pa1*-11- - OOMOIKC с кицымиым \си тем (0Л..1М 10 II 5*
68 Если по всей длине каркас имеет одинаковые высоту и ширину я пк провод - одинаковые диаметр и удельное электрическое сопрГивлеН 0T°4Hbl« 2.3.1. Электрические схемы потенциометрических преобразователей Потенциометрические преобразователи делятся „а однотактные и пи Однотактный (непрерывный) преобразователь ZIT* " Д*ухтак^ь,е. возможность измерять перемещение * nLKS^L^0" ZlU) ^ -кую характеристику управления при Лп^Т^^^^^ б) Рисунок 2 11 ставляющую собой линейную зависимое перемещением ползуна х (рисунок 2 И б» "^ ВЫ™Д"Ым напряжением Uma и РУЮЩие „а знак пс,«^и?^^. Г^0™" (РИС>НОк 2.12,а), реаги- ставленную на рисунке 2.12,6 У ^ ИМеЮТ ХаР^еРист„ку управления, пред- К зажимам Н и К ненаг-nv лет™ к приклад^,, "Г,!™1"*"1" с «*™«™ым сопрт™- г D Rx=Rf(r) щеткой Щ изменяется по закону где Л, — сопротивление участка х f< л д. (2-6) мещения движка потенциометра. ' ~ ФУнкиия линейного или углового пере- Выходное напряже- ние ^4ыг снимается с резистора /?х и, следовательно, зависит от перемещения движка. Таким образом осуществляется преобразование входной величины (перемещение) в выходную величину (напряжение). При смещении движка вправо от точки Н на величину х выходное напряжение потенциометра в режиме холостого хода (Л„=оо): Преобразователиэлектгтчец.^ или с учетом (2.6) для любой заданной функции «Т'В ^ „ U*<-Uf(x). При линейном законе распределен *„ „ £=^ГХаТеШЯ П° ~ ~метра где оi=xff- относительное перемещениед» / „ (Z7) Характеристика управления такого пот™ НаМОТКИ По каРкасУ- линейна (рисунок 2.11,6) и прямая 1 соотает^ГТ^ В РЕЖИМе xonoc™ro хода личин нагрузки (Д„*со) характернее У Ф°РМуЛС (27)- °днако ПРИ ™, боте потенциометра появлГХ^н "Г"" ^^ (КрИВЫе 2> И в Ра" Максимальное сопротивление обмОТКи линейного потенциометра си|аГ5м^Г~м~^' (28) где р — удельное сопротивление материала провода- / ™>™ витка намотки; ^ _ длина „J^ .Л^^^ПГП в17овГмг:провода'тоо^стве- нии (Нравен: ° С°ПР°™ВЛеНИе * ™™™етра, то диаметр провода „а основа- Допустимая мощность рассеяния Р в обмотке при нагреве ее током должна удовлетворять условию P<aTSOXJlbt, — jb. J°£ L. (7Q, СИ|Вт Вт/м1-град м град где От коэффициент теплоотдачи; Sat7 — площадь поверхности охлаждения обмот- , А/=/-/огшх — допустимое превышение температуры обмотки при нагреве ее током, / верхний предел температуры нагрева обмотки при максимальной температуре Окружающей среды; га1ШК — максимальная температура окружающей среды. Это условие может быть выражено в другом виде: 4plcpI2/(Jid2)<a£n!cpdAt. Отсюда /</to=Var^W4P. тде / — ток в обмотку £ — коэффициент, учитывающий, что часть поверхности "Ровода соприкасается не с окружающей средой, а с каркасом. Для обмотки в воздухе ar=(0,l...l,4)10" Вт/(см2-град) = = (I.0...14) Вт/(см2-град), значение £ лежит в пределах 0.5<£< 1. Допустимая плотность тока в обмотке зависит от материала провода и усло- вий его охлаждения. Обмоточный провод из манганина и константана допускает плотность тока: при пластмассовом каркасе до 10 А/мм"; при металлическом кар- Каседо25...30А/мм2. При этом температура не должна превышать 40...50°С. Обмоточный провод из благородных металлов при металлическом каркасе Пускает плотность тока порядка 40...50 А/мм2 и температуру 70...80°С. 2-3.2. Погрешности потенциометрических преобразователей 4v Основными источниками погрешностей потенциометров являются: зона медлительности, технологические погрешности (непостоянство диаметра прово-
Глава II да, шага намотки и др.). люфты, трение, эксплуатационные факторы (влияние температуры, механических усилий и др.). Зона нечувствительности обусловлена дискретным изменением сопротивления при перемещении шетки с витка на виток. В пределах зоны нечувствительности перемещение шетки не вызывает изменения выходного сигнала, поэтом) сигнал изменяется скачкообразно или ступенями [33]. Ступенчатая характеристика линейного потенциометра представлена на рисунке 2.13; ширина сту- Рвсувок213 " ' —-т« ттлшлта я iwjnrrra — сопротивлению /^ьшы. Если дтя линейного потенциометра за идеальную характеристику принять прямую, проходящую через середины ступенек, то зона нечувствительности или абсолютная погрешность в единицах сопротивления составит: M=xR/2o>. где К — максимальное сопротивление потенциометра: ш величины! (2.10) полное число витков. Относительная погрешность 61=гДЛс//?=г1/2ш. (210 Выходное напряжение нагруженного потенциометра зависит от характера и —" - нагрузки Ra (рисунок 2.11л). В случае чисто активной нагрузки 1/«х=/„Я., IH=UJ(R,+RH)3 где 1а—величина тока в нагрузке: R, — внутреннее сопротивление схемы: R^tR-RjRJR^l -од) GXR. Следовательно, с учетом (2.7) 1/«ыг=ох1/аЛоД1-ох)+оя], (2.12) где a.=RJR — коэффициент нагрузки; gx=RJR . Характеристики потенциометра, существующие выражению (2.12), нанесены на рисунке 2.11,6 пунктиром. Таким образом, при чисто активной нагрузке возникает дополнительная нелинейность характеристики управления. Для уменьшения погрешности потенциометра от нагрузки целесообразно иметь коэффициент нагрузки достаточно большим (о*> 10) или выполнять потенциометр с нелинейным распределением сопротивления вдоль каркаса, обеспечивающим при заданной нагрузке линейную характеристику управления №vhkuho- нальныи потенциометр). j ■> v to ■Оля измерения переменных величин потенциометрические преобразователи могут оыть использованы, если частота не превышает 5 Гц. Пример. вктко^пг^Г абС°ЛКЛ!1уЮ "«грешность линейного потенциометра с числом витков провода с эмалевой иэоляиией rn-i*nn \л~* диаметр 005 мм Гт.™.. *>ляциеи &~,600- Материал провода — константан- Ре^егииГ' Й ОДНОГ° ВИТКа намотки — 25 мм. с^ан^^т^1оки:°ПРеАе'1ЯеМ УДеЛЬНОС э-™^еское сопротивление кон- 2 Исполь Р=5Ю7Омм. мотки яинейш%Япо^оИм^т2'8)' ВЫЧИСЛЯем «Хмельное сопротивление об- ■«грешность на основании (2.10) равна- ЛЛ=±(Л/2оу=±(1,02Я-,600)=±о,03 Ом. 71 Преобразоввтели^лекттшч^д^^ 2А. Тензопреобразователв Воснове работы тсяэонрео^зоватслсй Стснэорсзнсто.».» ~жмт тензоэффекта, заключающееся в изменен— »™Г~Т ^^ ^ar »™,ч* о n«^.m —«>«««.* в изменении активного согоотжадепи П449] ПОЛуПр01Юднтсовых ««гсрилов при ю мяцяпжлхтя По способу закрепления на чэтктвитедьни элементах «пню. о*, аелятс на наклеиваемые н ненаклениаемые. по гояст^кт^к^^к^ нению — на проволочные, фольговые, шлупроводниковые. 2.4.1. Наклеиваемые тензопреобразователи П рово.ючные тензопреобразователи (рисунок 2 14,а) конструктивно представляют собой отрезок тонкой проволоки 1 (лометром OJJ2J0J05 мм), которая зигзагообразно наклеена на тонкую бумажную или пленочную основу (подложку) 2. Сверху проволока также закрыта тонкой бумагой или лаковой Рвгун<иг2.14 пленкой 3, или фетром. Для включения в измерительную схему к кошим проволоки припаиваются медные выводы 4. Такая плоская конструкция решетки обычно лучше, чем наматываемая на бумажный каркас 5 (рисунок 2.14.6), т.к. ближе располагается к поверхности деформируемой детали, на которую наклеивается тенэо- преобразователь. Это приводит к более высокой стабильности (меньше гистерезис и ползучесть вследствие релаксации клеевого стоя) и дает более точные результаты на тонких деталях (например, мембраны датчиков давления). Измерительной базой преобразователя является длина петель решетки А, величина которой лежит в пределах 1J-100 мм. Ширина решетки В Р-*5...10 мм. НоминальноГсопротивление - ™~1™ ^'*^^™-^тхлсш>. Фозьговые теизопреобразователн (рис>нок 2.15) представ- л-кЛк£Гдазьнсишее развитие'провалочных. В них вместорешегокиз провело- ки применяется решетка из фольги толщиной 0,004 ...0.012 мм. Рисунок решетки выбирают таким, чтобы можно было снизить погрешность из-за поперечной деформации, которая в фольговых тензопреобразователях практически сводится к нулю. На рисунке 2.15,а представлена типовая форма фольгового тензопре- I образователя. на рисунке 2.15.6 - когюткобазовый пр^Г^в^ ембран> тель. на рисунке 2.15.B -для«*« моо4пропуекать больший ток, чем прово- Фотьговые те™оп^^^' „опе^чного'сечения проводника при тех же .точные, благодаря большей плошади nui.cj^ а) IIIIIIUI1 к ol 4 Ржмкж 2-lS
Глава II <Л*~~~~~" -чшаюшей теплообмен, вследствие „.^ч решета и воиыий «"^^Д детал„ (чувствительному элемен- 1^^* прилегания к дефор^^^^^ номинального тока до 0.2 А Сопротивление ^^^волочных и фольговых тензопреобразова- В качестве материала решеток пров° таблице 2.7. телей применяются материалы и сплавы, приведении Таблица 2.7. Мдсрнаш^генэяфео^рмом^ Материал Химический состав Серебро Платина Медь Константаи Нихром Манганин Никель Хромель Птатино-иридий Платино-родий 100%Ag lOOttPt lOOKCu 60%Cu+40%Ni 80%№+20%Сг 844Cu+l2%Mn+46%Ni 99.5%Ni 65%Ni+259HFe+10%Cr 80%Pt+20<*Ir 90%Pt+10%Rh Удельное сонротнвле- нне р. Омм 1.65-10"* 11 Ю"' 1,75-10"' 5210 ПОЮ 45-10" 8-10 110-10 3610 23-10 Коэффициент тензочувстви- тельности Наибольшее удлинение тензопреобразователя не должно превышать пределов упругой деформации. Обычно относительное удлинение составляет около 1%. Температурный диапазон работоспособности от -40 до +70° С. Основными достоинствами проволочных и фольговых тензопреобразователей являются: практически полное отсутствие их влияния на деформацию детали; линейность характеристики (рисунок 2.14,в); низкая стоимость. Полупроводниковые тензопреобразователи отличаются от проволочных и фольговых большим (до 50%) изменением сопротивления при деформации и более высоким пределом чувствительности к температуре (в 10...20 раз). Их преимущества заключаются в более высоком (в 60 раз) коэффициенте тен- зочувствительности. малых размерах (длина базы А = 3-..Ю мм), больших значениях выходного сигнала. Наиболее сильно тензоэффект выражен в таких полупроводниковых материалах, как германий (Ge). кремний (Si), антимонид индия (InSb), фосфид индия (1пР), арсенид галлия (GaAs), антимонид галлия (GaSb) [181. Для тензопреобразователей чаще применяют германий и кремний в виде пластан толщиной 0.03...0.2 мм, шириной 0.5...1 мм и длиной (базой) 3...15 мм. обпячо^Г8^ неСколько <™«>бов изготовления полупроводниковых тензонре- ^Гта^ Те3аН"е И3 ПОл>пРовоДНикового монокристалла; выращивание ^^™ихТДСТВ0М К0ВДеНСац- "аРО-. «анесение на некоторые виды ЗсГХм К С° СВ0Йствами монокристадлов; получение диффузион- »J^™^7^T электронной проводимостью, называются полупро- т^и^17аН„ые ^"Г ДЫРОЧНОЙ ПР°В0Д—- - „-типа. Основные «едены в таблице"! Р полупроводниковых тензопреобразователей ирй- +™C^£bZ^J?™CnOC<*™™ "Реобразователей от -160 до ±0,1* несения сохраняется при относительных деформациях ДО Преобразова:гели^лект^^ 73 Германий (Ge) и-типа Германий (Ge) /»-типа Кремний (Si) и-типа Кремний (Si) р-тнпа Номинальное сопротивление, Ом 200... 1500 5О...500 100 ЗО...ЗО0 Коэффициент тен- зочувствительно- стиприг=25"С -IO0...-I50 55 -102 100. .120 Размеры пластин: длина х ширина х х толщина, мм 5...14х0.5..Д7х х 0.1...0.2 5,..10х1.0...0.5х х 0.1...0,2 7x0.4x0.05 7...9хО.4...0,5х0,04 Максимальное удлинение при разрыве 0.12...0.I5 0.1 0.31 0.3 Основными недостатками полупроводниковых тензопреобразователей являются: малая гибкость, небольшая механическая прочность, нелинейность характеристики, большой разброс характеристик однотипных преобразователей, нестабильность параметров. Закрепление тензопреобразователей на деформируемых деталях осуществляется с помощью целлюлозноацетоновых. нитроцеллюлозных. кремнннгрифтале- вых. карбинольных. бакелитофенольных (БФ) и других клеев. Применяются также керамические цементы и различные лаки. Электрическое сопротивление одиночного длинного провода R=pl/S. (2.13) где р — удельное электрическое сопротивление; / — длина провода; S — площадь поперечного сечения провода [30]. Если по всей длине провода к нему приложено равномерное напряжение с. изменение сопротивления составляет: dR_=dipl/S^ = ^_PldS^+Jd£_ (214) da tic 5Эо s2dc Sdo или отнесенное к исходному сопротивлению: _JR__ dL dS | Эр (2(5) tf'Jo ~ /Эо sdc рЭо ' Выражения (2.14) и (2.15) показывают, что при конечном изменении напряжения сопротивление вызывается: а) изменением длины Ш=е = с/Е. где ^-^^У'ГО"*™- б) изменением площади сечения S или диаметра проволоки d (поперечная деформация): - &S/S=2Ad/d: в\ изменением удельного сопротивления Др/р. в) изменением УД" F ш=0Ч .0.4), характеризующем отношение При коэффициенте Пуассона ц пд-и.-.-+..л .-и. v r j поперечной деформации к продольнон. ц=-(Д</Л/У(Л//л. уравнение (2.15) принимает вид: ., 16) Д^/Л=[Л/(1+2м)1//+Лр/р. u ,ч -™. .>• пмюс гь к деформациям, т.е. т е и 1 о ч у в - Уравнение (2.16) дает чувечвигслыючь к дс-ф J и фольги, полупроводников круглот Так как ко ,ффнцнент Пуассона для бешьиш*,- уравненне (2.17) пРеобразуеКядвнду^д^^д//о металлов составляет и=0.3,
Глава II 2А2. Невяклеяваечые тевзопреобразователи В преобртамггслях такого типа проволока 1 из константана иди другого материка, намотанная на изоляторы 2. закрепляется на взаичоперечещающнхся летали 3 и 4. находящихся под действием сил F иди крутящего момента A/ (pi — •» I» ш тадяхЗи нок2Л6* Ш де- >ису- Усилие. требуемое хтя ну Л/, равно: Г = (ж*2лЕД1)/4/, Рислнок 2.16 растяжения пучка из п проволок длиной / на ве. личи- F d СИ| Н м Н/м2 м' (2.18) где Е—модуль упругости материала. Обычно используются дифференциальные системы, состоящие из двух пучков проволок, намотанных с предварительным натягом. Преимуществом нена- клеиваемых преобразователей является отсутствие поперечной тензочувствитель- ности и ничтожно малый гистерезис. 2.43. Измерительные сжемы тензопреобразователей Для проволочных и фольговых теп™™» к ^вно^енньКмс>стов1Гизмепкте^! ^образователен широко используются званиый изменением сопрот^™ 1? ""^ * К°Т°РЫХ Р^баланс моста, вы- «стным изменением cor^^Z Z^^06^^^ компенсируется из- Преимушеством такого м^1"^яТ "**■ ЧШ дости™™ равновесие, налых изменениях сопратив.ле„„я ° ВЫС°КаЯ Т°Чность « применимость при 1фи измерениях с по™ ~гфоти№ння оказЫваетс„Т„Ги^ьТГиМистеН30^°бр^ВаТе-- т^в ряде случаев становится неог^ГанноИсГ°ЛЬЗ°ВаНИе Уравновешенного мое PWe получается при использовани™ И ^омоз^м. Более простое =и -личины Шн по т™ "ниеур -ве ^ „^ Блок-схема апР*жения в измерительной диа- —« ^^SSS^SSb^ST" Ha рисунке 2- '7- °« ительного) элемента датчика 1. тензопреобра- Преобразователн электрнчргт» датчиков 75 зователя 2, мостовой схемы Ч г ю в-™™. теля 4 и n^J^^,^^'^»» тензопреобразовагель), уендн- "*« и, .яшисывающего или передающего устройства S П\ F i iA/ I М Л 5 Рисунок 2 17 Звенья измерительного устройства соединены последовательно. Ко входу упругого элемента 1 прикладывается сила F (давление, момент). С выхода этого"звена деформация е=Ml передается тензопреобразователю 2. вследствие чего изменяется его относительное сопротиаление AR/R. вызывающее разбалансировку моста 3, на выходе которого появляется ток i, усиливаемый в усилителе 4 до величины ь и регистрируемый устройством 5. Передаточный коэффициент упругого элемента I k,=eJF: тензопреобразователя (тензочувствительность) (таблица 2.7) k2=(AR/RV{Al/[); мостовой схемы k3=i/(MJR); усилителя Au=A/VA/"i =ьЛ'|- Передаточный коэффициент (чувствительность) всей системы к* равен отношению координаты выхода г> к координате измеряемой величины F, т.е. *Г=1>/Я t2J>2) откуда следует, что т.е. передаточный коэффициент всей измерительной системы равен произведению передаточных коэффициентов отдельных звеньев. Чем больше передаточный коэффициент, тем чувствительнее измерительная система. Передаточный коэффициент к, зависит от конструкции и размерных параметров упругого элемента датчика (плоской пружины, мембраны и т.п.) н может быть в каждом отдельном случае получен путем расчета. Наибольшее алияние оказывает толщина упругого элемента. Чем тоньше упругий элемент, тем больше значение коэффициента kt. Случай 1 Упругий элемент — консольная балка (пластина) шириной Ь и толщиной А (рисунок 2.18.а). Относительное удлинение волокон, расположенных 12-19) (2.20) (2.21) Piicwk>k2.I8 б) , vu я также относительное сжатие волокон, распалена нижней поверхности оалки а ™к F опредеЛяется с помощью женных на верхней поверхности, от дсиствц* законаГукв: „ „ .„>гл С ^4) „UHU пп плошали поперечного сечення балки (пласти- где а — нормальные напряжения по _ 1ОП1бш0ЩпГ1 момент в «^ ны); А — плошадь поперечного сечения vw
Глава II , • i-hhl\2 — момент инерции прямоуголь- Итгибмошни момент М. равен: г , -««естояше от мЙгГ^ки балки до середины тензопреобразователя (Т). Itacnra значения / и М. в уравнение (2.24), получаем: E=U2F<z-.t4/(EWi )• Х~: Таким образом, передаточный коэффициент упругого элемента с учетом (2.19) *, = 112</-х)1/(ШЬ <2-26> Если входной величиной (рисунок 2.17) является не сила F, а перемещение стрета прогиба балки), т.е. конструируется датчик перемещения, то передаточный коэффициент потучается подстановкой в уравнение (2.25) выражения, связывающего величину стрелы прогиба с действующей силой F, т.е. 6=lFiV(3E/). (2.27) Отсюда F=(36EJ)//3 = (36£fc/i3)/( 12Г\ Подставляя значение F в уравнение (2.25), после преобразований получаем: e=[3o/i(/-.v)]/r\ а передаточный коэффициент к[=[Щ1-х)]/1\ (2.28) Случай 2. Упругий элемент — круглая мембрана радиусом Км и толщиной h, защемтенная по краям, нагружена давлением р (рисунок 2.18,6). Тенэопреобразователь наклеен в центре мембраны. Растягивающее напряжение и прогиб в центре мембраны определяются с по- мошью выражений [6] о = (0,488р^)/А2; (2.29) 6 = (0Л706р<,/(ЕА2); (230) Относительное удлинение (сжатие) волокон на поверхностях мембраны е = о/Е = (0,488/<)/(ЕЙ2). (2.31) Передаточный коэффициент равен: *, =е/р = (0,488/г2,)/(ЕИ2). (2 32) е = (2,866й)//?^ а передаточный коэффициент с учетом (2Л9) Механические наппяжемы» ^ „ <234) РУ. меняются вдоль рад^^З"0^ МСМбраНЫ' Сланной по конту- ««Федетены с помощью выражений!?] МССТа* НаКЛеЙКИ те«опРеобразовате- - А-»* радиальных напряжений ~^—Г—'- -пряжений HV ' (2'3 Я {^ — . .„ 1рллч.ПИИ »ч"«35,и(гзб1«Пи ВД 2 ^Формулазз.иа^З" "/AmJ"U+u^8/iZ- (2-36) Л. - .... в ,^«:4™ « определенны! " ~Х)* = **л/«ТТГкзТЦ7 "и ~ ",,^СЛС,ЖЬ1Х Расс'оя.1иях от центра °» и «г меняк* знак " ^ ~ *h = *м ^^l", + 3W Л1реЫ)ра1ова1Сли мектпич^.,, Датчиков 77 Для получения максимальной чувств. ной погрешности Тензонреобразовате™»TUbHOC™ и минимальной температур должны быть наклеены на мембранТв ее центГеН^е " ^^^ П*Ч1Х М°™- обласгях, где напряжения имеют т™Л fНТра1ьнои час™ и «а периферии, т.е. в зопреобразователи, имеющие форм'у, по^^^Й^ ^^ № Таблица 2.9. Материалы м^^1ТШШ1[^ Материал, марка Бериллиевая бронза Бр Б2 Марганцевый мельхиор МНМ 19-20-20 Сплав Н41ХТ (инвар) Сплав ЭИ-702 Предел прочности. Н/мм' 1250 1200 1260 1220 Модуль упругости, Н/мм3 1.3-103 1.8-105 1,4 10s | 21 ;o5 Коэффициент Пуассона, ц 0,35 0,33 0.33 0.28 Величина передаточного коэффициента мостовой схемы зависит от способа включения тензопреобразователя в схему. В мост можно включить один, два или четыре преобразователя (рисунок 2.19) [7,33]. Если наклеен один преобразователь, то он может быть включен в любое пле- а) R,+AR в) /?,+ДД чо моста (рисунок 2.19,а). Остальными плечами моста являются балластные сопротивления R2, /?ч и /?4- Если на упругий элемент наклеены два преобразователя, и оба они работают на растяжение, то они включаются в мост так, как показано на рисунке 2.19,6. Если наклеены два преобразователя, один из которых работает на сжатие, а другой на растяжение, то они включаются по схеме на рисунке 2.19,в. Наконец, при наличии четырех преобразователей их включение осуществляется по схеме, приведенной на рисунке 2.19,г. Сила тока, протекающего че- , диагональ при разбалансе моста (рисунок 2.19,а), Рисунок 2.19 рез измерительную; £Л,(/?;*ч-*2*4> (2.37) входное сопро- где /?,' = /?, ±AR У— сопротивление тензопреобразователя; /?, ■ тивление усилителя; U0 - напряжение источника п™«- ^„ение С» 37) Если /?,=/?, = /?, = /?4. то после некоторых преобразовании уравнение (-.3/) приводится к виду / = ^-^^2Тдл;/г1Я+2(|+АЛ,/г|)+(2+АЛ7г1)) (2.38) „..иЯтя I связана с входной А/?//?, нелинейной за- Видно, что выходная ™P™»™JJ™^ в действительности, ДЛИ.*!, и, висимостью. Однако нелинейность невелик ^ ^^^ ^^ д/?//?=0 то следовательно. &B/R,»2. Поэтому, если в
те Главац уравнение (2J8) принимает вид: i = {U0AR/Rl)/[Rl4Ry/Rl+m. (239) При принятом допущении зависимость i =/(Д#/Я,) линейна. Передаточный коэффициент моста с одним тензопреобразователем получает- ся равным: *3 = |/(ДВД) = и0/№№у/Ъ +1)]. (240) Из данного выражения видно, что к3 зависит от напряжения питания моста [/о, сопротивления тензопреобразователя Rx и сопротивления входа усилителя R Чем больше эти величины, тем больше передаточный коэффициент. При включении в мост двух тензопреобразователей (рисунок 2.19,6 и в) имеем i = Wolb ){(ДВД)/[2(/у Я, +1)]} (2.41) и k3=U0/[2Rl(Ry/Rl+l)]. (2.42) При включении в мост четырех тензопреобразователей (рисунок 2.19,г) i = (UjRl)[(AR/Rl)/(Ry/Rl +1)] (2.43) и k^Uo/WRy/Ri+l)]. (2.44) 2.4.4. Примеры расчета Пример 1. На плоский консольный упругий элемент (рисунок 2.18) с размерами /=30 мм, Ь= 10 мм, й= 1,0 мм наклеен на расстоянии х= 15 мм от места заделки консоли фольговый тензопреобразователь с тензочувствительностью к2=2. Материал упругого элемента — бериллиевая бронза Бр.Б2. Напряжение источника питания моста Со=6 В, сопротивление тензопреобразователя /?| = 50 Ом. Минимальное усилие нагрузки упругого элемента F=50 Н. Требуемое изменение тока в диагонали моста от нуля до максимума /2=50 мкА. Сопротивление усилителя /?у=5000 Ом. Определить коэффициент усиления усилителя. Решение. 1. Находим передаточный коэффициент измерительной системы, используя (2.22): kT=i2/F=5 - 10"5/50= 10^ А/Н. 2. Из таблицы 2.9 находим модуль упругости для бериллиевой бронзы £=1,3-105 Н/мм2. 3. Передаточный коэффициент упругого элемента определяем по формУл (2.26) к, = 12(/-.v)/(£M2) = 12 (30-15)/(1,310510-1,02)= 180/13105= 1,410"4 1/Н- 4. Определяем передаточный коэффициент моста с одним тензопреобразователем, используя (2.40): Лз=СУ[4«,(/?>//?,+1)]=6/[4-50(5000/50+1)]=6/2-104 В/Ом = 3-10* А. 5. Коэффициент усиления усилителя получается равным: ft4=*i/(*i *2*з) = 10j6/(1,410"4-2-3-10"4)= 10^/8,4-10"8-12. Пример 2. На мембрану из бериллиевой бронзы (рисунок 2.18,6) с размерами Rm~ *° м *с толщиной й=0,5 мм наклеен фольговый тензопреобразователь (рисунок 2-15»в^ *едаочувствительностью к2=2. Напряжение источника питания моста Vo~ ^ сопротивление тензопреобразователя /?,= 100 Ом. Давление, действующе6 •мембрану, р=0,2 МПа=210 Па. Требуемое изменение тока в диагонали м Преобразователи электрических шгг.,,,,^ 79 ;,=50 мкА. Сопротивление усилителя R =s Kfv. п.,™, ~ л.л. 2 „..-™„„ у Шм- и"ределить коэффициент усиления усилителя. r VY ч- j Решение. 1. Передаточный коэффициент измерительной системы на основании (2.22): *х=/2/р = 5.10 /2-10 =2,5.10,°А.М2/Н=2,5.10-4 W/H. 2. Передаточный коэффициент мембраны определяется с помощью (2.32): *, =(0,488 R2M )IEh =0,488-18 /1,3-105-0,52= 158,1/0,325-105=5-103 мм2/Н. 3. Передаточный коэффициент моста определяется с помощью (2.42), так как тензопреобразователь состоит из двух частей — внутренней и внешней, подверженных одна растяжению, другая сжатию, и включенных в мост по схеме на рисунке 2.19,6, т.е. h = W[2R{ (Ry/R, +1)] = 6/[2-100(5000/100+1)]«610"4 А. 4. Коэффициент усиления усилителя равен: /с4 = М*.^А:з)=2>510"4/(5103гб10"4)-40. 2.5. Емкостные преобразователи Принцип действия емкостных преобразователей основан на изменении емкости конденсатора под воздействием преобразуемой неэлектрической величины. Емкость конденсатора зависит от таких параметров как расстояние между пластинами (обкладками), площади пластин, диэлектрической постоянной между пластинами. Емкостные преобразователи служат для измерения перемещений, размеров деталей, уровней жидкости, сил давления, ускорения, температуры, состава физических смесей и т.п. Основным достоинством емкостных преобразователей является: высокая чувствительность (до 500 В/мм); отсутствие подвижных трущихся деталей; простота конструкции; малые размеры и масса; малая инерционность; малый собственный момент. К недостаткам следует отнести: большое внутреннее сопротивление; влияние на работу преобразователя паразитных емкостей (требуется экранировка); необходимость усиления снимаемого сигнала; потребность источника напряжения высокой частоты; сильное влияние изменения температуры, влажности и загрязненности окружающей среды; для достижения максимальной чувствительности монтаж следует производить короткими проводами, что не всегда удобно. Для исключения погрешностей, вызванных изменением температуры, а также Для устранения влияния влажности преобразователи выполняют из сплавов с малым температурным коэффициентом линейного расширения (например, инвара) и геРметизируют. 2.5.1. Принцип действия и расчет емкостных преобразователей Наибольшее применение в системах автоматики получили плоскопараллельные и цилиндрические преобразователи, построенные по одинарной или дифференциальной схеме [4,49,56]. Дифференциальный преобразователь позволяет улучшить линейность преобразования и увеличить чувствительность. На рисунке 220 схематически изображено устройство емкостных преобразо- ^елей и приведены графики изменения их емкости: при изменении длины зазора I между пластинами (обкладками) конденсатора, причем одной из пластин может быть поверхность объекта (детали), не входящего в состав преобразователя; при вменении Площад^ 5 перекрытия пластин в результате их относительного смеще- тя- при изменении диэлектрической проницаемости материала е„.
Глава И Рисунок 2.20 В первом случае емкость изменяется по гиперболическому закону, во втором и третьем — линейно. В емкостных преобразователях измеряемая неэлектрическая величина функционально связана с параметрами конденсатора. Изменением величины 8 и площади S обычно измеряют линейные и угловые перемещения, а изменением величины е — уровни непроводящих жидкостей, размеры диэлектрика. Характеристика управления емкостного плоскопараллельного преобразователя с изменяющимся воздушным зазором 6 определяется выражением [27] C6 = eS/6. — 6 5 Г245) ' СИ| Ф ф/м м м2 ' ( где 8 — расстояние между обкладками; е — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S — площадь обкладок; е=е<уЕ„; е<>=8,85-10 Ф/М ^т!ТЧССКаЯ ,ЮСТ0ЯННая; е"=1 ~ относительная диэлектрическая проницаемость для воздуха и вакуума. ы„1шГ*и?Чае беСК0НСЧН0 малое изменение емкости вследствие изменения величии о, S и Е можно выразить в виде 156] dC=(ЭСУЭе) de+(dQdS) dS+(ЭС/дб) d& откуда, переходя к коиеЧиь,м приращениям, имеем уравнение преобразован. ДС = (50/80)АЕ + (е780)Д5+[(е'5())/(6() + д5)2]д6 ПИЯ или где «Г s н&. ЛС/Со = А£/£' + М/^-Д8АИ + (А8/80)]280} , (2.46) ■ дс е,л„ноо — соответственно ич ° v ион, площади! и длины воздушно, п ~,ЧШ,ьные значения диэлектрической мосгояИ' входиой величины; С0- началы*.T4* 11реобРазователя, когда нет ноздейспи* Так как емкости^ соТ2„Т " "РеобРа™ателя. —«стога напряжения ^^££^?^»-Ж(^ «™УДа. переходя к конеч^ым(и™Й£ЫЕ + <ЙХ'УЙ5Ы5 + (йл'^5)^6. »~х чувствительное^: "P"«-M Д5. М- и Де> П|щнучаем ^ ^^ ^ Преобразователи мектричрп^ 1ЯГЧИКОВ «I (247) — к изменению зазора (при e=const. 5=const) *8=(Ai,/r,<))/(Ao7A6!l)=l- — к и успению площа 1И (пр., е=сопч, б=согм) kt = (Av./x.<1)/(AS/.V0)=-i/[ 1 + (ДЗД2; (2 48) — к вменению п. ккмрнческой проницаемое п. (при Б-cunA 5=а*ы1 *г = (Дг(/г.<))/(ДгУс')=-!/[! + (Af/f')|2. (2 49. В этих формулах через i,fl обошачено начальное значение емкостного сопротивления. Следовательно, относительное и.ченение реактивною сопротивления преобразователя является линейной функцией тиснения за юра Дб и не шлейной функцией изменения площади и дтлекгрнческой носгоянной. В свят с ггнм ша- чения относительных изменений AS/S№ и te/e' обычно (опускают не бо iee 0.2 — для одинарных ирсобразова1елен. и 0.4—для чнфференщкиьных При заданном абсолютном значении перемещения Дб шаченне абсо.ношого изменения электрического сопротивления Дд, преобразователя растете уменьшением 5п. Это, в свою очередь, приводит, при прочих равных условиях, к росту выходного напряжения измерительной цени, в которую включен нреобр лова. ель. Поэтому стремятся значение 6ц сделать по возможности малым. Чувствительность емкостного преобразователя зависит от конструкции и размеров его пластин (обкладок). При исмолыованни емкостных преобразователен в составе датчиков давления одна из пластин выполняется в виде защемленной между держателями 3 мембраны 2 (рисунок 2.21) весьма малой толщины А по сравнению с ее диаметром 2R. прогибающейся поч действием давления р в направлении неподвижной об- ^ Величина прогиба Дб ту любо, о радиуса г мембраны оире .еляегся с по- мощью уравнения , , , A6 = [3/(l-u2J(*2-'V/<Jp"',) 2 R °<п; (2.ад где Е— модуль упругости материала мембраны: U — ксиффшиняп Пуассона. уль ущ,у. ~ - , 11И1п«иЫ| dr и длиной 2ял нерно- Для узкой кольцеобразной зоны на фч- " . ^К,1Л,,К1| (|1.1ас11|. начально располагавшейся на расстоянии о, о. V - ны), приращение емкости -„D и.«мю шнрокс..мнров.т. ^(би-Дб) как Для малых -"-'»» »P-75:r"SU "' А1Ш,<<1 ' ( Т. „ „спхное... склоняемой д..афра.мы при начал., а полная емкость сферической »о . .-лсливателыю. раина, ной емкости С0 шиос .фнр-вден-с емкой.. ДГ. ^ "п ад) 1ДЯ малых о.^лоне...... но.учаем прнра Модс.авлня ЛЬ ш уравнения (2.50). М щенне емкости ДГ«л/1 а опюсшелыюе и «мсиеинс емкиегн (2.53) «1-й )« /(lo/o„« ). ДСЛ о " /"' и голь„ос.ь емкос.ю.о ..peoopj .o.....e .и Из уранно.ия (2.53) ннчно. "»' ^ 'ы, MCMf,pailb. „Р„ малых .еформа.и.ях с подвижной ..лаемшон в "^."^с,™*...! рчл-У» мембраны. «•*>■« "» «!*' пропорциональна давлению ii '.cim-P
главац порциональна кубу толщины мембраны А, отношению Е1{\ -ц ) „ первой ному зазору 5о между мембраной и неподвижной пластиной. a4ajib В случае, когда подвижной обкладкой конденсатора является поршень щадью, эквивалентной мембране, а его перемещение предположим равным "*' симальному прогибу мембраны в центре а,(- Aomax = 3/J(I-U2)R4/(16^) и 2 С0=яеЛ/оо, полная емкость преобразователя для перемещения Л8гоах будет Со+ДС=[го-Я2(1 +ДбЛ1ах/60)]/б0, (25 следовательно АС = Зте(1 -u2) PR6/(16Eh3b20). (2 55) Относительное изменение емкости ДС/С0 = 3(l-|l2) pR4 /(l6Eh\), (2.56) т.е. чувствительность такого преобразователя в 3 раза выше чувствительности преобразователя с мембраной. На самом деле для преобразователя с поршнем изменение емкости на основании (2.54) ДС = яеЛ2Дбтах/о2!, (251) а чувствительность ДС/Со^Дб^/оо. (2.58) 2.5.2. Измерительные схемы емкостных преобразователей Существует большое разнообразие схем включения емкостных преобразователей, однако в подавляющем большинстве случаев используют неуравновешенные мосты переменного тока [4,56] и, в частности, четырехплечные мосты (рису- Т ~ Т нок 2.22). В целях уменьшения влияния емкостей соединительных проводов практикуется разме- м г—, Щение всех элементов моста в непосредствен- -Zj У fc, Q ^ ной близости от преобразователя или констр)* тивно вместе с преобразс^.^,-.... Так как выходная мощность преобразователей обычно весьма мала (микровольтамперы). то их применяют в сочетании с электронными Рисунок 2.22 усилителями У, включаемыми в измерительную сопротивления ппепК™™ Диагональ моста. Для уменьшения выходного пол^^Х'и п 6ЛЯ "' соотв™™енно, увеличения его мощности, я* нТрису^™пIT™ ВЫС0К°Й ЧаСТ0™ <до десятков ^преобразователем С 'г«1рн,В<"дена ^мерительная цепь с одинарным емкостным пре моста „о активной ™ОПРОТИВЛеНИЯ '" * обходимы для уравновешивания ^-пореа^ной. ЮЩСЙ' * "^нный (подстроечный) «он***1* э^на^тару^"^0 еМК0СТЬ С' соединительного провода АБ относи^ связи с этим подобны,- ,,„!30Ва'гель и тем самым Уменьшает чувствительность невелика „, следователе ПрименяЮтс» ™шь в том случае, когда длина «*<& ™ьной цеп., являетГво1ГКОСТЬ Q мала' ^имуществом подобной ^ ля, что упрощает его ко»ст7ТЬ 3а3еМления поДви*ной части преобразов» ___ Преобразователи электричеигт^т^ g3 Напряжение холостого хода ппм т^ . „ия нагрузки *-,« * Р" ^ НаГруЗКИ '«=° " «шоп, сопротивле- U™i=uJxc/(xCN+xc)-(r'+R)/(2R + r)], (2.59) где .vc-Co + C, -емкостное сопротивление преобразователя С0 и шунтирующей емкости С,; / -сопротивление левой части переменного резистора г. 2.5.3. Примеры расчета емкостных преобразователей Пример 1. Определить величину приращения емкости преобразователя датчика давления с мембраной из бериллиевой бронзы. Диаметр мембраны 2Я=20 мм, толщина й=0,5 мм, начальный зазор между мембраной и электродом (неподвижной обкладкой) 8о=0,3 мм. Диапазон изменения контролируемого давления /?=0...0,5 МПа. Решение. 1. По таблице 2.9 определяем для бериллиевой бронзы £=1,3ю" Н/м2, и=0,35. 2. Диэлектрическая проницаемость среды между мембраной и электродом „12 е=е0е„. Для воздуха е„= 1. Электрическая постоянная Eo=8,85-10~ Ф/м. Так как средой является воздух Ео=8,85-10 • I = 8,85-10' Ф/м. 3. Используя выражение (2.52), определяем приращение емкости: АС = га(1 -и2)р/?6/(16£о#23) = = 3,14-8,85-IO"12(I-0,352)-5I050,OI6/(I6I,3IOII0,000320,00053) = = 0,52 10~12 Ф = 0,52 пФ. Пример 2. Для того же преобразователя определить чувствительность и начальную емкость преобразователя Со- Решение. 1. Используя выражение (2.53), получаем относительное изменение емкости (чувствительности): ДС/С0 = р(\ -n2)R*/(l6E50h3) = = 5105(I-0,352)0,014/(I61,3IO"-a0003-0,00053) = = 4,4-1(г77'8-1(Г2 =0,06. 2. Начальная емкость преобразователя С0=ДС/0,06=0,52/0,06=8,7 пФ. Пример3. id in.~. Емкостной преобразователь с диаметром неподвижного электрода 2/?=20 мм используется в составе датчика наличия объекта производства в рабочей зоне технологического оборудования. Начальная емкость преобразователя, на которую Рассчитана измерительная цепь, Сй=0.3пФ. Рабочая среда - воздух. Определить максимальное расстояние от электрода до объекта производства, при котором бу- лет происходить срабатывание датчика. Решение. Используя выражение (2.45). получаем: 5ти=^/С„=3,14.8.85.10^012/30-10 =9,3-10 м=9,3 мм. Пример 4. оппяжение измерительной цепи U^ емкостного пре- Определить выходное напряжение ^ 222) {/„=24 В, С0=30 пФ, образователя в режиме холостого хода (рисунок *. / у б*
и Глава Ц С, = 1 пФ. «=1000 Ом, #-=200 Ом, /=10 Ом, Cw=30 пФ. Частота пита 0)=1000Гц. НИя Решение. Используя выражение (2.59), с учетом дгс = 1/(оС, получаем: Umx=UjXc/(xCN+xc)-(r' + R)/(2R + r)] = = 24{[1/1000(30+1)]/[1/1000-30 + 1/1000(30 + 1)]-[(10 + 1000)/(21000 + 200)]}= = 0.76 В. 2.6. Индуктивные преобразователи Индуктивный преобразователь представляет собой катушку индуктивности (взаимной индуктивности), параметры которой изменяются под воздействием входной величины (перемещение, магнитное поле). В таблице 2.10 приведены схемы шести типов таких преобразователей (графы 1...6). Простейшим и наиболее распространенным типом является преобразователь с изменяющимся воздушным зазором [56]. Ферромагнитный сердечник 1 (графа 1), снабженный катушкой 2, вместе с подвижным якорем 3 и воздушными зазорами б составляют магнитную цепь преобразователя. При перемещении якоря 3 под воздействием входной величины Хвх изменяется 8 и, следовательно, изменяется магнитное сопротивление этого зазора и всей магнитной цепи в целом. Таким образом происходит изменение индуктивности и полного электрического сопротивления преобразователя. Таблица 2.10. Схемы индуктивных преобразователей Р С изменяю щейся длиной воздушного зазора С изменяющейся площадью воздушного зазора С магнитным С потерями насыщением магнитопро- вода на вихревые токи С подвижным сердечником С распределенными параметрами 85 Любой преобразователь с изменяющеГ ся в преобразователь с изменяющейся та,™ "ВДуктивнос™о легко лревращает- ный сердечник поместить вторую (измеитГ" ИНЛуктивностью. если на магнит- возникает э.д.с, увеличение или уменьшен!"ШуЮ) 05МОТку 4- В этой обм°тке какого-либо параметра магнитной цепи Та"6 КОТОрОЙ °°Условлено изменением ние трансформаторных (взанмоиндуктнвны^""""f^*30"1™™ получили назва- Как и любой параметрическийпТоб^ теЛь может выполняться одинарным -S^SSS^^SST МИС—^^^^ воздушного зазора (г^а 2), изменением Г^Г^Г го магнитопровода (графа 3). Преобразователи последнего типа „ме™ замкнутую ферромагнитную цепь и основаны на том, что при воздействии магнитным полем перемещающегося постоянною магнита 1 на участок 2 магнитопроводящей иепи происходит его насыщение и падение вследствие этого магнитной проницаемости. В результате индуктивное сопротивление обмотки также падает, а ток в рабочей цепи возрастает. Преобразователи с изменяющимися потерями на вихревые токи (графа 4) основаны на том, что при помещении проводящего тела 1 в переменное магнитное поле преобразователя (катушка 2) в этом теле возникают вихревые токи, создающие магнитное поле, направленное навстречу основному. В результате этого параметры катушки (индуктивность и активное сопротивление) изменяются и, следовательно, между перемещением проводящего тела и параметрами катушки возникает функциональная зависимость. Как правило, такого рода преобразователи работают удовлетворительно только при высокой частоте источника питания (до нескольких мегагерц включительно) и называются токовихревыми преобразователями. Для измерения больших перемещений (более 1 мм) получили применение преобразователи с подвижным ферромагнитным сердечником (графа 5), называемые соленоидными. И, наконец, для измерения еще больших перемещении (более 10 мм) применяются преобразователи с распределенными параметрами (графа 6). В этих преобразователях конфигурацию магнитной системы делают та- \.v ' F F „. ^„„й votviukh в воздушном зазоре изменялся кои, чтобы при перемещении подвижной катушки в в.^душ^ >~ магнитный п'отоЛцепляющийся с неподви= ^ £*££Г замкнутого подвижного витка, как это «J*^p,?e Перемещении (графа 12). ный поток, сцепляющийся с подвижной «ДО» "и Ч* ьа] - Вследствие этого э.д.с, возникающая в катушке, иуд мещения. „ «„.„тпняются как наборными, (шихто- Магнитопроводы «^образователен выполня^^ ^ v^ ^ ванными) из листовой стали, так и целиi - снижающий чувст- магнитных сердечниках наблюдается поверхностный т> вительность. - лиаметром 3 мм и меньше широко Для малогабаритных пРе^РЮОваТеЛ_есобные работать при повышенных час- применяются магнитомягкие ферриты, спо явления в Них поверхностного тотах источников питания (сотни килогерш и *~ эффекта и заметных потерь. «к-швных преобразователей является воз- Одним из основных достоинств инДУ" ^ 5 Bi) [4Q] ^ 110зволяет во мно- можность получения большой MDWH^1LnH^n) сигнала. гих случаях обходиться без усилителей ««*"«дах Преобра3ователей исполь- Для повышения чувствительности мало^ десятков „егагерц. Харак- зуется напряжение питания с часттМж7е6ВокХвякеяЛ являются: теРными областями применения таких пре f»
Глава II ~ него сигнала от измерите шин о устройства с подвижной ~ *» чсго^Р^-оший ч«н » ви* алюминиевого флажка укрешяета, "Т^^^1м*рев оез механическою контакта с поверхностью изделия: ^й^госигишпри прнбтжении к „рсобразователю любо,, мспиь щ ^ко« массы (дагчнкиблйэостмУ Недостатками простейших счем индуктивных очинарных преобразователей (графы 1 и 2) являются — нелинейность характеристик, снижающая диапазон измерения; — отсутствие ну тевого значения выхо иного сигнала; — действие на якорь одностороннего усилия притяжения. Приведенные недостатки устраняются использованием дифференциальных жателей •**■ 2.5.1.Характеристики и расчет индуктивных преобразователей Пренебрегая активным сопротивлением катушки и магнитным сопротивлением стальных участков магнитной цепи, индуктивность преобразователя [1,49,56] 1 = »«*=*П1«5/8. п. j" /д W р ^ ^-*. (2.60) СИ||н = Вс/А - ВсДАм) м2 м где Wk — число витков катушки; K8=o/UoS — магнитное сопротивление воздушного зазора; 6 - длина воздушного зазора; Цо= 1,257-10* Гн/м — магнитная постоянная; S — эффективная площадь воздушного зазора ню. мя Э^,Гсо,ТЖеИИЯ М0ЖН° П°ЛУЧНТЬ пР,|ближенное Уравнение преобразова- Полный дифференциал L dL={dUdS)dS+(dUdb)db переходя к конечным приращениям ы „ д5, получим уравнение преобразования: где &.И & M = (W^AS)/6o-(Wi2PoS0A8)/(80 + A8)2, ч>^ительность преобразовать 1 реооразователя к6 к изменению длины зазора при 5=const и чувствительность ft, к щ^Г=~Мвв11 + (Л5/б<>)П - (2-60 ТЛ^"лощади,1ри 6=const « ^=**W$o - на;адьное ^' (2-62) 6=6о и S=So. индуктивности преобразователя при При сделанных допущениях по «ователа будет равно его "ндуктивномусопрЗвленКОе С°ПрОТИВЛение Z пРеобра" где «о-угловая частота питаю *^6' (2.63) ^ител^^ГеХГСГ" *' =|А7>Т ПРН нзменен"и зазора *• -в^сТТ"" ,2-63> ^что^Гкт^ ^=0. ^Фут^иёй °Й Ф>ИКЦИей ™ou^^^^^^ преобразовате- ^^^иеи хтины зазора 6. ИнаТгоГРа * " Линейной (гиперболиче- aSw1- 1а3°Ра № "^ояннГГГ; ЧУВСТв™ь„ость преобразователя Ш " ВеЛИчн»ь. изменения Д5 ПЛ°Щади «Уравнение 2.62) постоянная В свя1и с изложенным. 87 душного зазора максимальное значение Гк/х ° и,меня«"«™я длиной воз- преобразователей и 0.4 для дифференте * ПрШкх«*т W для одинарных ность преобразования, не превышающую 1%'Х" " Пшволяет п°чуить нелиней- Ток в цепи обмотки млжрт к. _ может бытьр^^^^.^^ вьфажения. где К„ — активное сопротивление нагрузки; Я — активное сопротивление обмотки. Зависимость индуктивности обмотки L одинарного преобразователя и протекающего по ней тока /отдлины зазора 8 и площади зазора S представлены, соответственно, на рисунке 2.23, а и б. Зависимость тока в нагрузке /„ от зазора для дифференциального (индуктивного) преобразователя (графа 1) представлена на рисунке 2.24. По сравнению с рисунком 2.23.а возрастает крутизна этой зависимости и она становится более линейной. Токи в обмотках Wt и W2 (см. графу 1) соответственно равны: /, = uJ,l(RH + R)2 + ш2(^ + Ц )2; h = Vex /VJ(K + Rf + co2(LH+L2)2. где LH — индуктивное сопротивление нагрузки; Ц и L2 — индуктивность обмоток Wkl и Wk2 преобразователя. Для взаимоиндуктивных (трансформаторных) преобразователей чувствительность к изменению зазора при 5=const кът = Д£/Аб = - E0/{S0[1+(Д5 50)J2], (2.65) а чувствительность к изменению площади при 6=const kfT=AE/AS=Eo/S0. (2.66) где E0 = {WtlWt2lM)S0(uL)/8i) — начальное значение индуктированной в измерительной обмотке э.д.с. при Хлх=0: Wkl и Wk2 — соответственно число витков «ервичной (возбуждения) и вторичной (измерительной) обмоток (графа 7). Сравнивая выражения (2.65) и (2.66) с выражениями (2.61) и (2.62) видим, что чувствительности трансформаторного преобразователя при неизменных / и W отличаются от таковых одинарного лишь постоянным множителем (Z<, и £Ь). Вместе с этим, с учетом выражения для £1, видно, что чувствительности к&г и *sr Растут с ростом частоты источника питания и тока в обмотке возбуждения. 2.6.2. Измерительные схемы индуктивных преобразователей Широкое распространение получили измерительные схемы (ИС) релейного типа, основанные на использовании резонансных ЬСчгс-рпорж Эги схемы позволяют осуществлять ^«^"^^^^^^ таллических изделий, выполненных как из ма.нитных (стать), так и немагнитных ^Z^TSh^Z^ основе пара.лельио.о колебательного контура. гезонаисные hl строи.^ 0 элемента. охваченного положитепь- включенного в выходную иеиь Ус™е^™' ° Э 6алаиса фаз „ амплитул в системе ной обратной связью. При «ь»«™^^П«оп1 которых соответствует резо- с обратной связью возникают аитоколеоани*. ™
Глава П м^оЛ^характсриэчюшееся напряженностью, индукцией, магнит- ". ZZ^г^ныЛопротивлснием среды и т.п. Наличие в юне чувстви- «^П^пример. вблизи индуктивное™ LC-. енератора) метрической дета- Г^ет » собой изменение конфиг>Рации замкнутых линии напряженности чшпйггного пол*, а также его интукцин и величины магнитного потока, пронизы- шющего ооъект контре, w. Подобные вменения характеристических параметров генерируемого магнитного пол» могут происходить за счет увеличения магнитной проницаемости среды чпри контроле стальных деталей), а также вследствие возникновения в контролируемом объекте ви\ревы\ токов и наведенных магнитных потоков. Указанные явления обусловливают нарушение баланса фаз и амплитуд в схеме LC-генератора и срыв автоколебании. Характеристические параметры магнитного поля при необходимости можно преобразовать в информационные (электрические, звуковые, световые и т.п.) сигналы, свидетельствующие о наличии (либо отсутствии) металлического объекта в контролируемой зоне. Этим сигналам обычно присваивается определенное логическое состояние- наличию объекта — логическая единица, а его отсутствию — логический н\ль. Данные логические состояния могут быть и инверсными. Технические характеристики ИС (точность, чувствительность, дальность действия и т.д.) определяются параметрами колебательного контура LC-генератора, а также особенностями схемотехники последних. Рассмотрим_базовые измерительные схемы на основе резонансных LC- Рисунок 2.25 генераторов. На рисунке 2.25 показана ИС на основе генератора Амстронга [32]. В качестве усилительного элемента используется биполярный транзистор V71, включенный по схеме с общим эмиттером. Незистивный делитель Rl, R2 обеспечивает положительное напряжение между базой и эмиттером. Параллельный колебательный контур L1, СЗ включен в коллекторную цепь транзистора V71. Блокировочный конденсатор С\ «заземляет» по ременному току ШННу коллекторного напряжения базу транзистора VT1 наппяже.шЛТДеЛНТеЛЬНЫЙ конденсатоР С2 передает на «"Ушки ^2. индуктивно связанной г ^"ТеЛЬН0Й обРа™ой связи, снимаемое с Схема работает следуем обпТ""S*"™ «««туром Ы, СЗ. прямим +£t положительный потеГ™' ОСЛе вкл™ения коллекторного на- ныи режим транзистора VT1 по^коТ^ ™ резист0Ре *2 обеспечивает актив- молкнт включения питания) к «Ze^ol"*" Ра3ряжен«°м конденсаторе СЗ (в яожительное напряжение. ОЛле™ру относительно эмиттера приложено по- Конденсатор СЗ наряжается ™^Г uT" ИСтеч"«- на„Х^и°я,1Р;ЕНВЛеНИе К°ЛЛеК™Р-иттер открь- •*»^н,истораТт1 2 На"Ряжение самоиипГ Р НЗИСТОра VTl обусловп^ *^ко^сИ1^ЧереЗКОНДенс^ор SТДУКЦИИ- вступающее в базовую НСИРУСТСЯ Уменьшение амцлш'л, "" ^«тельных свойств трая- >Ды автоколебаний в коллекторном СЗ. в котором через 2 3 «9 периода устанавливают, ся непрерывные контуре L\, синусоидальные колебания. Выходное напряжение V транзистора 171, практическиравнГшпЗ "^ К0НДенсатоР « скогчектора ратора, поскольку на переменном токе потен^Г "* КОЛебате,1ьном *°нтуре гене- го напряжения соответствуют потенциале ,J 1 MmTqpa и Шины к«-™«торно- колебаний определяется "U^Z^^ * «~ тывается по формуле Томпсона [32J: 1&,ьною контура /Л. СЗ и /o = l/(2WZi~C3), / рассчи- СИ|Гц Гн = Вс/А Ф = Ас/В На рисунке 2.26 показана ИС на основе генератора Хартли, отличающаяся высокой стабильностью частоты автоколебаний [45]. В данной схеме резисторы R\, R2, /?3 создают активный режим транзистора VTI на постоянном токе. С помощью резистора Ю в транзисторе образуется отрицательная обратная связь по току эмиттера, за счет которой повышается стабильность частоты автоколебаний и обеспечивается температурная стабилизация параметров схемы в целом. На переменном токе транзистор VTI включен по схеме с общей базой, которая реализуется с по- Рис\нак2.2б мощью блокировочного конденсатора О. Коллекторной нагрузкой транзистора является колебательный контур LI, C2. С части индуктивности L\ (индуктивность L') снимается сигнал положительной обратной связи, поступающий в цепь эмиттера транзистора через разделительный конденсатор СЗ. Выходное напряжение ивых снимается с коллектора транзистора, а конденсатор С4 разделяет постоянную и переменную составляющие выходного сигнала. Частота f0 автоколебаний определяется параметрами колебательного контура: /0 = l/(2WZIC2). (2-68) Для получения высокой стабильности частоты автоколебаний используются кварцевые резонаторы, которые включаются в цепь положительной ооратнои связи (рисунок 2 27.а). Кристалл кварца является пьзоэлектриком. поэтому упругие колебания в нем возникают, если к граням кристалла приложено электрическое напряжение В свою очередь, механические ^^^^Z^ZZZ- сгалла электрическое напряжение. Амплитуда этих колебании достигает макси «шла электрическое ™"^ кристалла, величина которой определя- мального значения на резонансной части i с w ется его геометрией. , Таким образом, кристалл кварца ведет себя как электромеханический резонатор, эле^иче^*^ замещения которого эквивалентна ™**™™£ контуру (рисунок 2.27,6). Данный контур -»1**™* резонансные частоты: последовательного и параллель ного резонанса. Последовательный колебательны,^™ тур образован индуктивностью U ем"^1ческая ем_ тивиым сопротивлением п кваР^-._„,1Рлепжателя. кость С0, состоящая (2.67) <+. „з емкостей кварцедер^теля. совместно с эле- выводов и пьеюэлемента в целом, совм ментами L, С, п обра.ует ^^^^L ный конгур. Наличие двух резоианснь ^ св_ дающихся друг от друга не более чем и. ^^ ливает высокую добро шость и узкую Рис* цок 2 27
Глава II X _«„«*. а таоке резкое изменение его импеданса в данной по- ч* резонатора, а также ре и*. печонатопа позволяют реализовать > казаяиые особенности кварцевого резонатора ^•ыс.жостабм.-п.т.еЬС-генераторы генератором лпгтаюяюшад выходного сигнала и«„ снимаен-и hlF« Л ^ г ^^ Ш. что осабляет сияние нагрузки генератора на частоту ■ >м лу автоколебаний _ В рассмотренных схемах кварцевых LC-генераторов колебательный контур ,«лтоен« ч*ж» последовательного резонанса кварца. В этих условиях импе- пвралтельиого колебательного контура и кварцевого резонатора имеют ак- пиный характер, за счет чего в схеме с обшей базой усилительного элемента оа- - фаз и амплитуд реализуется только в полосе пропускания резонатора. Измерительные схемы! построенные на основе кварцевых LC-генераторов, в ому излаженных особенностей последних, обладают высокой чувствительностью и малым гистерезисом. Узкий частотный диапазон генерации обеспечивает формирование выходного сигнала соответствующего логического уровня с крутым фронтом, что в конечном счете повышает точность позиционирования объекта контроля. 2.63. Электрический расчет резонансных измерительных схем Расчет начинается с выбора частоты автоколебаний. В системах автоматиза- юш индуктивные преобразователи обычно работают на звуковых частотах, т.е. = 1.0.16.0 кГц. В данном частотном диапазоне уменьшаются габариты индуктивности колебательного контура LC-генератора, что повышает разрешающую епосибжктк датчика в целом. После выбора рабочей частоты рассчитываются параметры колебательного «онтура LC-генератора. Данный расчет начинают с выбора транзистора соответствующей проводимости (в зависимости от используемого источника питания). Если для питания ИС используется источник напряжения, в котором заземлен «Чжмер. к 1 315, КТ 815,817.819), а в противном случае —р-п-р транзистор. яшп^Яа^Г^ИЯ-В:,НЯНИЯ еМКОС™ коллектоР»ого перехода транзистора на яастоту ^олебан^ еыкость колебательНого а ^ Р £ SS^^L™^ " ДИаПа30Не °Л",0° НФ" Величина "нДУКтивности «*^«оп> аонтура (в схемах на рисунках 2.25-2.27) определяется следую- "орт следующим условиям [21]: И Гь ^H паРаметры должны удовле- Добротост.гп^"10"5001 ^=0.1...1,0 Ом. -**Р<тюсть контура определяется по формуле . Q=f>JrL. пт awrypa щ-£?- ~ В°ЛН°В°е (хаеактеРн™ское) сопротивле- ^С\^Г^^Н^™^^^ колебательного контура: И™ из «манных значений парам^Гп HTTer°' P.=Q'b а затем, задавшись ве™1и - отделяют волновое сопро- ** = l/C4n2/o2Q ). КТИВНОСТЬ ** по формуле (2.68) Преобразователи jggKTpjiu.*.^ 91 После расчета колебатеиной системы ocv,,,^ ределяющих режим транзистора 1С гр^™ ^уикспмскя выбор резисторов, оп- Для конкретного транзистош ™? ^ ™ ПОСТОянном ™* коэффиш.ент умения т^^ характеристические параметры: /,2„); номинале „аПряжен„<?J£?TZ£Z*^ *<*°™Ч*Г* г ишопнх ct. Допустимый ток котлектопа /. ■ предельно допустимое значение напоя™»™., .. коллектора i^. f/bm« [43] напряжения между кохтектором и эмиттером Затем определяется сопротивление коллекторной нагрузки транзистора. Данным сопротивлением является резонансное сопротиатение колебательного контура Z^, величина которого рассчитывается по форму те [21] \ = Plh = Q\ = £p,. (2.70) Если в схеме LC-генератора отсутствует отрицательная обратная связь по току эмиттера, т.е. когда эмиттер транзистора заземлен (рисунок 2.25). то коллекторный ток транзистора 1к определяется параметрами Ек и 2^ и рассчитывается по закону Ома: h=ElfZt0. При наличии сопротивления /?, в цепи эмиттера транзистора (сопротиатение КЗ в схемах на рисунках 2.26, 2.27) падение напряжения £/„ созданное током эмиттера /э на данном сопротивлении, создает в схеме отрицательную обратную связь по току, которая обеспечивает температурную стабитизацию режима транзистора. Практика показала, что хтя обеспечения высокой температурной стабильности режима, необходимо выполнить условие [52] f/,=/,/?,=0,9...U В. Зная параметры /* Р(Ь.э) транзистора, можно определить ток эмиттера /, ., сопротивление Л, по формулам /17п F /,=(P + l)A/P=(*:.?+l>/*/p. g-ZJJ R,=(0.9...U)/, - U'^ Если токи коллекторе эмиттера в схеме с эмиттерным резистором неизвестны, то расчет ведется -^^^.рхгоф, хтя схем Харли (рисунки 2.26. В соответствии со ВТОРЬ™ ^™°* ^стагаегся из следующих составляющих: 2.27), напряжение кохтекторного питания tt ел E^hZb+Ub+U,. где Ub - напряжение между -^^^""зСтношения Следовательно, ток кохтектора vffig*1" (2.73) Ik~{Ек Ь * ттанзистора в активный режим напряже- Для обеспечения "^«"Гое^оГогТнапряжения Uocr в режиме насыщение Uh должно быть больше ^™°*'™ ИСТОров лежит в пределах 0.5.. I 7 В ния. Напряжение Uocr У Ра1',ИЧГпГнишют 1/ь=2.0...3,0 В: 1/,-IWL.l.l В. [43]. Поэтому, с учетом ^'ожеН"Г„оГпТгаи,и Ь лолжно быть меньше лопус- Номинальное напряжение ^^К"^» напряжения выбирается изусдови.^ тимого напряжения I4-- ^ ф5(,8) „ ^ ^ приведенным выше Дальнейший расчет параметров^ ^^ „ режиме генерации и значе- формулам. Затем определяется то ния резисторов RX.R2- формуле (275) Ток,™ U '-"™Т^,,ц№й^ „, „«««,---; С6Х04ИМО. чтебы ток ле.™ял» ипр» |52| с mTm crop»". ■«"«" 2.27) был больше юка баэв в J—
Глава II 0 гмлтао шипсрною перехода ф,- Для иерма- воямжпотенциалаоифыто!о эмипч 08BIV4 ««п-сгоров Ф «О Я . 0.4 В. i я кремниевых - <р.=0.6.. 0,8 В р~|. 1*'*^^^"' „ ««-мюнным эмипепом (рисунок 2.25) С учел** изложенного, в схеме с занлиенным эм, , , , _ - а • схемах с ^иттерным резистором (рисунки 2.26, 2.27) 1Ув- 1У. + Ф, ' ^^нс^ыС^окжтеля W.JO рассчитываю,ся в следук Та- следующей ■автельностм. Выбирается ток базового телитетя /,,: /л=<3..5)/. <276> Определяется общее сопротивление базового делителя Rd: К„=ЕЛ,=К1+К2. (2-77) Рассчитываются сопротивления R\ и R2: Я2 = 1У/„, R\=(Ek-U„yi,. (2.78) Значения резисторов Rl,R2.R$ уточняются по ГОСТ 140]. Мощности, развиваемые резисторами R\, R2, /?3, соответственно равны: В данные формулы подставтяются уточненные значения резисторов. Посте расчета режима по постоянному току определяется выходное сопротивление каскада. Для схем с заземленным эмиттером (рисунок 2.25) входное сопротивление R определяется сопротивлением базы r6~LJ(JI,. В общем случае, при наличии резистора в цепи эмиттера (рисунки 2.26, 2.27) сопротивление /?«, представляет собон параллельное соединение резисторов базового делителя R\, R2 и сопротивления гв. Таким образом, для схемы с заземленным эмиттером Rm~Ufj/I3=:r6, (2.80) а для схем с эмиттерным резистором R} сопротивление й„ определяется через проводимости 152]: 1/К«,= 1//?1 + 1/Я2 + 1/г„, /9 81) где 1/гв=1фЛ,= 1/ряз = 1//2217яз. Величина разделительного конденсатора С, определяется по формуле "* вТас^иТазГ НаГРУЗКН'Н3 К°ТОРОе Н3^Жен «нденогп» Г . (™;^^^ иа рисунке 2.27, выбираются п*^*^"^"^ С3 ~ В СхеШХ сопротивления «™ следующего ка/кадшко'г^ " 4aCTO™ ^ " ВХОДНОГ° нестае такого каскада может используя Г нагРУжен генератор. В ка- ратоватеть уровня, усилитель тока и т..' , фнмеР- амплитудный детектор. ао* линией). Следовательно R - я ^ рнсУнке 2.25 показано штрихо- Далее производится расчет блп™,™.„ с, в1вмме ""^^^^ С1 рассчитывается по формуле У 25) блокир°вочный конденсагор £*™1.ВЫХОЛНОе ""Ротивление Сочника кп, (283) ^Ветипина сопр<и„Вления г№ 0™Т."Ka кш,лектоР»о. о питания Ек. "ряжения источника F .^а. определяется пои пик™, чичника л. по формуле р выборе номинального на- аХ^сгиТ^Ма-1ЬИЫЙ Т0К на'№ жгтчник. £ <2"84) «^Ч^гикаыбранио,об,ока,,и,ания oZ " И,вест»ый hi технических CIiZZ геНерето^ Хартли (ри^ЛТ ,ГТ"$ U,-2'° О"- "•феделяютсяс.,едук)111имо(5ра1ом °' 2-27>блокировочные конденса- С1г1/(2п/оЛв). (2.85) На «ш,к,читель„им „а„с э*Ск1рическо,п ш иоложигельнон обраг,юй связи ° Р*"*" ИС »»реде;,яюая элемеи Конденса i орЫ в ИС с i енеттг» а „о формуле '™*Щ*н Амегрон1а (риСуН0К 225, рассчишва|агся Загем осуществляегся расчет числа витк™ и/ (2М> , о контура LK. «исла витков W иитукшмадикокГЬненьн,. При выбранной конструкции индуктивно™ / вается по формуле [27] "Чукпшжхти /„ число витков WK рассш.ш L*=mwKX/iK. откуда ^=ЛЛМрА>- (2 87) Здесь /к, 5Л — длина и площадь поперечного сечения катушки (соленоиад) колебательного контура; ц(,=4;М07 Гн/м — магнитная постоянная; р, —относительная магнитная проницаемость среды, заполняющей окно каркаса соленоида (для пермаллоя р( = 50000; для меди — ц, =0,999; для никеля — р =300; для твердой стали — рг = 200; для эбонита — р, = 1,0). Для схем с генераторами Амстронга и Хартли Lx=Ll. Из теории автоколебаний известно, что для обеспечения в системе с положительной обратной связью баланса амплитуд необходимо выполнить условие уР=1, где у—коэффициент положительной обратной связи; P=//2i- Для генератора Амстронга коэффициент у соответствует коэффициенту трансформации трансформатора, образованного индуктивностями L\ и L2. Следовательно, параметр у определяется из выражения у=/7г=И'2/И'| = 1/р=1/Л21э. (288> где wh W2 — соответственно число витков в нндуктивностях /Л и L2. ' ,„ w и пяпяметс Y= 1/Р, можно определить неооходи- Зная число витков Wk=Wi и парамеф г »р. мое число витков W2 обмотки обратной связи, т.е. В схеме с генератором. Хартли (рисунок 2.26, ко,ффициент у рассчитывается по формуле [21J f _ (2.90) y=L,U* снимется напряжение положительной обрат- где U — индуктивность, с которой снимается на у ной связи. - г* и /'■ Отсюда находи"» значение индуктивностеи • Число витков И7/ и Щ ляется с нимощыо выражении W, /о Iя /I Lf L'=LU\y, L-ь - , OTBeTCTBeiiiio. онреде- , W? индуктивностеи L и .^ ,ИИ ^__—— ..7» ^jim^=w^Wk'; (Z9,) *** v ./ /* соотеетсшснно. •Де /', /'-длины намогок ннЦУ»™"^^агной связи (рисунок 2.26) определя Емкосгь С? в пени положительной ^ «« по формуле Г521 02(«+^2rt^^wCT^1Mmi " * A..«L'AP+«)—«ЙSSK*™- « В СХСМС С КВаР"еВЫМ Расчет мемсиюв цепи "OJU oCOiieiHiocTii. оператором (рисунок 2.27) имее! сво
Глава II \, «iw6«hw возникают при активном характере импеданса ZI п и коллекторного контура Zk. Данное условие реализуется втсуктт импироваим кварцевого реюнаюра выходной цепью транзистора ««чет частичного включения резонатора в коллекторную цепь. Так. в схеме на 2 27. резонатор Z1 включен между эмиттером транзистора VT1 и отводом акП L' и L*. вхотящих в состав общей индуктивности LY. Соспткчиемк между инджтивностями L' и //определяется из выражения [39] 2i^Ll-h=2KfcL' = (Z^3VlZ»a + ll3) + ri. (2.93) ГЖ t »tl/p. L*»L1-L'; ZM,=2nfnL'Ap+l); rk — активное сопротивление кварца. Пользуясь этими формулами, можно рассчитать соотношение между числом шипов Wj и Wk* нндуктивностей L' и V соответственно. Посталы} Wj's^LY/CUflU^). W^-Jl"/'/(UflU^) , соотношение числа мгеке* определяется следующим образом: где L7L"= 1/Ц}( l _ L'/Ll Ц=-yft 1 - L7L1); у — коэффициент включения резонатора. 2,6.4. Определение дальности действия магиитиого поля индуктивных преобразователей Расчет дальности действия заключается в определении максимального рас- ^rWnt^Z^0" °беС,1ечи!аетСЯ ИЗменение логического уровня выходно- «гнала преобразователя под действием металлических контролируемых объек- го то* учтя Оив. на котором ооеспечивается изменение логического уровня в сигнала преобразователя под действием металлических контролируемы в Применительно к преобразователю резонансного типа необходимо опреде- Оии,. на котором в LC-генераторе измерительной схемы срываются либо воздастся автоколебания ait Полагаем, что надежный срыв автоколебаний происходит, если металлический объект площадью S„ расположен перпендикулярно оси симметрии сердечника катушки (соле- июшливмпром D0=2tf0 „длиной /0 с зазором 6 между пГм\ТеЧИИКа Н аКТИВНЫМ- пронизываемым магнитным полем, участком поверхности объекта (рисунок 2 28) «юля Г™ч.ГКНУТОСТН ЛИННЙ на»Ря^иности магнитного пг^одГк*Итипвм«' объекта вблизи соленоида ^шегоХТеНИЮ ЛИНИЙ магнитиого потока, прони- нае^[с™тГ "1СЧеГ За °о6ой "Р^енвание" W «««^.^^П^ магнитного поля и затрудняет оп- 1 В*-*о*е*ств битного поля введем некоторые до- Т*1**1*^^^^ объекта пронСхОДНТ , 2. гж^, «лонную обмотку с числом витков ***«*» "Рипмаыюй геометпич г* ' ^=ГГ5Г-7~*MMen™""^ "«» ~ в uempe caieHo^"0' B ЦСИТре окРУ*<ности радиу 1ё*Ш2 В рамках принятых допущений лап. СТВИЯ магнитною „оля .феобра%Ва1ГЛ Ь ** ляет собой расстояние от цент» I "Редстав- верхности обьекта, пРоНИзь ХоТнГ *° "* лем (рисунок 2.28): магнитным по- _ Л=0,5/„+8. Вывод уравнения дальности ocvuiec™^ основании закона ^^^^^^ менения которого соленоид с числом виткГ Т, током / заменяется одним витком диаметром Uo-2R„, по которому течет ток I0=NI/2. Очевидно что данный виток является средним витком соленоида преобразователя (рисунок 2.29). Согласно закону Био-Савара-Лапласа. напряженность dH магнитного поля, созданная элементом тока /0 длиной dl' в точке А, расположенной в «центре» эквивалентной окружности радиусом R, на расстоянии р от элемента тока, определяется выражением [22] dH= IQ dl sin0/(4np ). (2.94/ где 0 — угол между радиус-вектором р и элементом dl (рисунок 2.29). Поскольку выражение (2.94) является векторным произведением векторов р и dl, 0 = 90°, sin© = 1,0, после преобразований получаем [22J: dH= /0<//sinp/(47tp2), (2.95) где р — угил между векторами р и И. Интегрируя выражение (2.95) по длине витка le=2nRo (рисунок 2.29), получаем суммарную напряженность магнитного поля Нл в центре окружности радиусом /?э: /. НА = /0sinP р//(4яр2) = /0/^«пр/(2р2). (2.96) о Поскольку р2 = й2 + F%, sinP=/?</p, после преобразования выражения (2.06) получаем: HA=RZNl/(4p3) = R6Nl/k(b2+ti)4 сиГа/м м - А ы ^ Магнитнь.й поток Фу. пронизывающий объект (контролируемую деталь) магнитный поток v,,, щ> пот,шеН11й определяется следующим образом площадью 5Л с учетом принятых допущении ипуад [22,27]: Ф Мо "о " - (2.98) 3 *«>=HoMbV s м • Де цо СИ|Вб^В^с В^А-м) - А/м м ,, _ относительная магнитная проницаемость г-,. магнитная постоянная. м<> материала объекта (детали)- создает между торцами объекта (детали) ^ Переменный магнитный поток , циИ £)(/) „сличит которой опре- 1 и 2' разность потенциалов — -w*- c делается выражен ием .,.. где/ — текущее время. потоку <Prt(/) деталь эквивалентна замкну- В данном случае по отношению к^ которому протскает вихревой ток /.(/)• тому витку проводника радиусом «.- " справедливо выраже По-vroMv г ^и^«л« ««пяжения (2.98). для w_ ■-"■г витку проводника Р"^;; " ллй ЭДС Поэтому, с учетом выражения (2.98). для м. (2.99)
Глава II l К Пр* СИИхсоидадьном токе со юно» w щк «i H.tn« МО=к Л "шШ/ ~ ИтА ,д , „2д21 „_*/•/ — амшппуднос значение „_ w. f — иикяичсская часюта гока соленоида. -*SSS^?.'3b{ „,Г **»<-<—- »—- "и*"асм: /.и)=-Ь«со«ог, - rall с jr fо» _ амп титула'"ЩС самоиндукции ^1 «иГкиГип и со.ципивленне материи объекта (детали) перемТиЛ <вихревому) tokv Щ. можно определить величину последнего по ^ С Пр„ расчет, вихревого тока, наведенного в объекте необходимо учитывать .имение поверхностного эффекта, поскольку переменный ток высокой частоты протекает по поверхности проводника, а глубина его проникновения в тело в&ьскта зависит от частоты /. Следовательно, электрическое сопротивление объект» вихревому току (ею импеданс) значительно больше сопротивления детали постоянному току. При учете поверхностною эффекта импеданс объекта для вихревого тока Z,, определяется выражением 129J Zd = ^Jj2. (2.I01) гае рв—удельное электрическое сопротивление материала объекта. Тогда, с учетом закона Ома. для вихревого тока Ш) справедливо выражение /«Ub-L^coscw, (2.102) где/^=£„/7,=A/m; A = NaSX/Wh2 +^)3/2]'- а = ^2[Иаафд . Для нахождения напряженности И,м магнитного поля, наведенного в центре соленоида О вихревым током /.(0, вновь воспользуемся законом Био-Савара- Лалласа. По аналогии с предыдущими рассуждениями, согласно (2.94), дифференциал йНт определяется выражением dH«. = I<»dl'sm e'/l47t(p')2 ], (2.i 03) с1нт^мсГИТВИТВОГ0Т°Ка: Р'-Р^У^^р, соединяющий элемент dl' сцен^мсотеиоидаСточка-О^-.в'-уголмежду векторами р' и dl' JJ--^^,-™*.,,, Фт 011ределяется(2выРа- г* ц. S _ соответствеи^сГт^Гьшя млг, (2И)5) «"««ида и пададд,, поперечногосечён™ ШП1Шная "Роницасмость сердечник При отсутствии о&ъекта (д ения l,ocn«u«i о. V £*»£"» напряженность ^Z^Z^hT™"™™ W™'»"° "Pe' «• *> формуле ° »°™ Н„ в ,1е„ грс соиеноида 01|редс11Яег "~—« ^^^^В.1РИ< «2..<* ««..«.и. г «*-М-ЛИ,. """"""'"О"™»Лета™ ране: 1ИКОВ 97 И} изложении! о следует что в объекта действуют два ^^ы^*^0"™ "Ри "чинии металлическою Фт (рисунок 2.29). Следовательно c^JZ^™™* Шпш"ы* *"«* - <А, и леноида определяется ра«носгыо: ' Уар"Ь,,1Ма,,,игнь«й поток <Ъ в центре со- Ф1 = Фи-Фп„=АФ В соо1встс1вии с законом элскгоомя„.ит..„ (2,08) £. на концах солс,ш„да «.p^ZZl™ З*™* ДС —ч*— £. =-шфм=-ц dwt, где L - индуктивность соленоида при отсутствии объекта Интегрируя обе части данною соотношения, получаем"" откуда Из выражений (2.IU8), (2.109) следует, что взаимодействие излучаемого и наведенного в объекте магнитных полей приводит к изменению индуктивности соленоида AZ,, равному: Д/.г=Л,АФ//„=Л'Ф1//о. В соответствии с формулой Томпсона [27|. изменение индуктивности ALc колебательного контура LC-генератора индуктивного преобразователя приводит к изменению частоты автоколебаний Af = l/(2KylAL(Ck), где С* — емкость колебательного контура LC-генератора с резонансной частотой /0 = 1/(2яЛ/4С7). Следовательно, относительное изменение частоты автоколебаний a=Aflfo определяется следующим образом: a =ALJL =АФ/Ф0=Ф],/Фа={Ф°-Ф«Уфо= 1 -<*>«•<&► (2-110) Таким образом, наличие металлического объекта (детали) вблизи соленоида индукгивного преобразователя приводит к нестабильное™ частоты а автоколебании. Если изменение частоты A/=af() превышает полосу пропускания резонансной системы LC-генератора, то происходит срыв автоколебании, а при а=0 (отсутствие объекта) Л/=0. т.е. автоколебание восстанавливаются. Следовательно, параметр а определяетЧувствительность индуктивного преооразователя в целом, араметр otol,Pu»e™LT^ действия магнитного поля преобраювателя осу- Для определения дальности ««£ значение у^ф^, Щсствим преобразование уравнения (2.110). для "а о вве ТОГДС y4=e™MY'(2..02). (2.I04J. Р.™ Д» парамегра у справедливо следующее выражение: , /Г .2 п2ч»/21 « ит от величины вихревого тока /„. максимальное Поскольку параметр У завис .„.стабильности частоты LC-генератора значение у111М соответствует максимальной «■п.«= 1 -w где _ flNUf + tirt ?П,аХ ~ м,* с У»е«ом соопююення (2.102). для „арамет- П|>еобразовав данное выратнне l у Ра ут получаем: ^ ^паК^Н1 + ^)^1,1 + ^}^я1~%Явиа- (2-"° i шах Ивсдсм следующие обоиичси»»: r-^+i^j'V + ^fl^J.
с учетом которых выражение (2.111) приобретает вид: Таким образом, для параметра D, определяющего дальность действия Маг нитного поля индуктивного преобразователя, справедливо выражение Л = (Л2+^)3/2(Л2 + /?э2)3/2 = С-'=В/(1-атах). (2П2) При фиксированных параметрах R0, R* р& Ц<ь w, Sd, l0 для конкретной схемы LC-генератора с известным значением нестабильности частоты а^ можно определить параметры В и D, зная которые не трудно рассчитать параметры h и 5=Л-0,5/0. Проведенный анализ показывает, что в общем случае дальность действия магнитного поля индуктивного преобразователя h зависит от соотношения параметров R0 и R3, «о и A, R3 и А. Поскольку параметр D связан с варьируемыми параметрами Ro, R3 и А законом трех вторых, получить общее выражение для дальности достаточно сложно. Поэтому целесообразно упростить выражение (2.112Х рассмотрев некоторые частные случаи соотношения характеристических параметров преобразователя и объекта. Практический интерес представляют следующие частные случаи. Случай 1. Л»/?п. Данное неравенство соответствует условию, при котором эффективное расстояние от контролируемого объекта до преобразователя (дальность действия) значительно больше размеров соленоида. При этом интерес представляют два частных случая: а) дальность действия превышает эффективный размер детали R3 (A »#,) — дальняя зона; б) дальность действия значительно меньше размеров контролируемого объекта (Л «:/?,)— ближняя зона. Случай 2. А«Л0; А»/?э. В этом случае дальность действия значительно меньше размеров соленоида, но превышает эффективные размеры объекта (для контролируем!»1* объектов малых размеров). Случай 3. h-RQ. Дальность действия соизмерима с эффективным размером (радиусом) соленоида. При этом имеют место два частных случая: дальность действия превышает эффективный размер детали (А»/гэ), либо значительно меньше последнего (А «/?,). Случай 4. h~R3. Дальность действия соизмерима с эффективным размером детали- Прй этом интерес представляют два частных случая: а) дальность действия превышает размеры соленоида (А » R0)—дальняя зона: б) дальность действия значительно меньше эффективного размера (радиУс соленоида (А«Л0) — ближняя зона. Случай 5. fl~Ro~R3- Дальность действия соизмерима с эффективными размерами леноида (Ro) и (К,) детали. Аналитические выражения дальности действия магнитного поля индук™^. го преобразователя для приведенных случаев могут быть получены путем ^ раических преобразований уравнения (2.212) с учетом выбранной системы нер венств: 1Треобразоветели_электрическ11х !1^^пнхдатЧиков 99 1-А»/^; h»R3 2.h»RQ;h«Rj 3-A«/fo/j»/?3 4-Л = йЬ; аК»*,; б)^«/гэ; ')^о»яэ; б)^«яэ; или А = ^; а)А»/?э; б)А«/?э; 5-А-/?э; а)/^»/?э; 6)R0«R}- (2.113) или h = R3; а)А»/?э; 6)h«Rj; [6.А-^-/?э. Результаты преобразований сведены в таблицу 2.11. Таблица 2.11. Формулы для расчета параметров индуктивных датчиков Соотношение характеристических параметров датчика и детали Формулы для расчета дальности h и зазора 6 А»й0 А«Л0 А» Я, А«/?, А»/?, А-[Б/(1-атах)]№[м],[мм] h=R;l[B/(l - а_тал )]%М А - /?о \В/(\ - а^ )]V3[m], [mm] А = Я„ h~R, h^Rn А»йэ А«/г, А»Я0 А«/?0 Ro~R3 А - 2~Ч\В1(\ - атах )],/6[м],[мм] А = 2-42R-3\Bj{\ -amax)]V3[M],[MM] 6=ft-0,5/0 [м],[мм]; B-KjRqR3 =K2R()Sd [м ]; K2=0,5a/n Ы'1]; /2-2^4[fi/(l-amax)]V6[ML[MM] h^l-^RjWl-a^ )]V3[m],[mm] й-г-^Я/О-а.^ГмМмм] Примечание. I. Характеристические параметры преобразователя и детали, а также искомые параметры А и 6 выражаются в системе СИ. 2. Расчет параметров Л и 6 можно проводить в [мм} с учетом соо-петстиующих коэффициен- j тов. Анализ полученных формул показывает, что дальность действия определяет- иииш^етпилу р ; „0„a..pmoR соленоида и объекта контроля, а с« соотношением характеристических параметров соленоид ^JlI n тя1^~ .^чиргк-пго сопротивления материала объекта р* также зависит от удельного электрического сопри ГРНРПЯТОПа £ нее г™ .. ~ .. п«пнянсной частоты Ы_-генератора /0 н ее его магнитной проницаемости U* Pf0Ha"C"™ ьнос1Ь действия А „е зависит от максимальной нестабильностиcw При,гомл^ьнотде „р.^е.е.™ ^ тока в катушке соленоида, числа витков N в ней, магни у очника цс „площади Sc поперечного сечения соленоида. Пример 1. магнитного поля индуктивного преобразова- Определить дальность действия магн ^ наличия в рабочей зоне тех- теля, используемого в составе датчика для ки *^ (Ьбективнон площадью "олог„Ческого оборудования метал«,еских^бь«^J*^ сопротимением -перечного сечения ft-5-.O -^Г^тельнс.ть» К.-10». Па- £-U-107 Омм и относительной магнитно про^ ^ в^-Ю4 м, Р^етры соленоида преобразователя: '"^^^ратора/о^Гц. ^инаобмотки /0=2-102м,резонанснаячастота^генератор
1 лава II ftwcHi" rn.,.-v„Kii 225-2.27), исходя hi которой wm максимальною нсстаб» .ьноиь, ч^ь « ^ ^ ю% & ^ схем LT-K-cieinp- с искнарцонапнои рс •-- ^^^ „ри каарисаои ci *»-.».« sacion—cw-iu ■ ,цт„ч>рсим,ан.ГаН .сиера.ора CW- I ' ■ ке иЗМсритСльной Таким ооразом. ири исцон^аинм в иидук1п« Д ав0, а в слу.,ае вменения обычных схем fflTO.cHCiu.opoB парамс.р находите {12ММ\. «*о определимся ^'^Т^ГьС-^нсрагора с кварцевой стабили- Дальнсйтни расчет провс icii Для схемы IX. анерл р« i манией частоты, итагпя (^„х=0. г~,„ « «пприрпярм 2 Исхо.я и» активной .пощади конгролируемого объекта \„ определяем "кффектинный радиус К,: Rt = J^ = fcUf*hM =0.0126 м . 3 ШрсдС1ЯСМ параметры «. К, (либо К,\ В, используя формулы таблицы 2.11: e-j4iqW-/0/p--j4-J.I4-4-3.l4-КГ7.!!)» И^/КЗ-ЮГ7 =34853 К, ■ О^тш - 0.5 ■ 3,14 ■ 34853=54747 м"1; А2 = 0 <ч,/п=3484/3.14 2=5547 м '; В = Л,*?Х = 54747(2 Ю-2)4 ■ (12,6■ Ю-3)4 = U■ Ю-8 м"; Я = K2Rls$ = 5547(2 Ю-2)3 ■ (5 ■ 1СГ4)2 = 1.1 ■ 10~8 м*. 4.Сравниваемхарамеристические параметры /?0 и Ry. Кп=0.5Д,=0,5-4- 10"2=0,02 м; К.=0,0126м. Таким образом. Ra>R,. 5 lh табшцы 2.11 выбираем формулу для расчета дальности А из следующие июбражении. В процессе проектирования конструкции датчика для конкретного применения июеешы ожидаемые величины зазоров между соленоидом преобразователя и объектом. Зная длину соленоида /„. порядок величины зазора 8, можно оценить шо порвдку ветчины) ожидаемую дальность действия /. = 0,5/0+6. сравнив ее с харагтсристичсскими параметрами Rn и R,. В результате такого сравнения выбираете раоочая формула для расчета дальности дейсгвия h . '^Т Течноюгичсских соображений можно задать требуемую дальность ^Г^„пТГтЛС 1ПВеС™Ь,МИ -Р^етрами R0 „ R„ вы^ по таблиис формул для расчета И, уточнив реалы,ое значение дальности Жйс^яГоГмЗТеТ,СЛУЧаЯ ,фИНИМаеМ h~R* Te- <™-а« «льнос!» Опаяем Д^^.*.™.^ Пример!. а5/о-а04-^0,02=0,ОЗм = ЗОмм. ;^~;~ " *~» «"I"» определяв LC-генегжтора /0= ioq рц. ^ Ми объектом для частоты автокод Решение. 1 - Определяем параметры а, К, В: Kj = 0,5ля =, 0,5 3,14 ■ 3485,3 =5475 м 3485,3 м ^ = ^«=5475(2.I(r2)V(l2i6.10-Y = |M^Mfi 2. Определяем дальность действия и зазор- h =ЧВ№ = $ТЮ*112*Ш1 м = 27 мм; 8=A-0,5/0=0.()27-(),0]=().()I7m=17mm Пример 3. Определить дальность действия датчика и зазор для объектов из алюминия 0Д„= 1,0) при частоте /0= 100 Гц „ при неизменных остальных параметрах преобразователя и объекта, принятых в примере 1. Решение. fl = V4np„il,J/0/p(,=A/4 3,14-4 3,141(Г7-Ю21Д310-7=110.2 м'; К, = 0,5ля = 0.5 - 3,14 -110,2 = 173,1 м '; В = KtI$R* = 173.1(2-10~2)3 ■ (12,6-10"3)4 = 3,49-ю" м6; h -лГв/О! = tfl49lQ-ll/if2 = 0,0152 м= 15 мм; 8=А - 0,5/0=0,0152 - 0,5 - 0.02=0,0052 м=5,2 мм. Пример 4. Определить действительную дальность действия, полагая, что ожидаемая дальность действия соизмерима с эффективным радиусом объекта и с радиусом соленоида R0 (R0=h) при тех же параметрах преобразователя и объекта, что и в примере 3. Решение. 1. В соответствии с пунктом 4 примера I параметры /?0 и Л, имеют один порядок (J% - 20 мм; Л* 12,6 мм). Следовательно, в первом приближении с некоторой погрешностью ек можно принять Rq- R3 - 2. Оценим погрешность eR. , лшлп-17% р -Г(/?„-/?.ИО0%)/Ко=(20- 12.6ИО0]/2О-3/%. е« - Ll«o «>' допустимой, определяем дальность и за- 3. Если такая «*1*™^£££ параметров К,. В. а в соответствующем зор с учетом ранее полученных значении v у по условию примере 3- яльнктъ рассчитывается с помощью формулы из Для случая h-Ro-Кэ ■aaj таблицы 2.11. имеющей вид2___ п< пп'') = 000'>8м= 3.0 мм. 6 = /,-0,5/o=(O.OI28-0.5-lu^ ения ла1ЬНОСТИ лействия для принятого 4. Оценим погрешность е* опред даьнОСТ„ Л= 15.2 мм. из недопущения Ъ* R, - Принимая за точное мера 3 получаем . ч т _ i -»8) -100/15.2= 16*. Е„ = Oh ~«■ 100*/Л> =1,э- " ^ свВДетельствует о допустимости Таким образом. ..«грешность ft * принятого приближения Fo~ К>
102 Глава II 2.7. Фотоэлектрические преобразователи Фотоэлектрическими преобразователями называются устройства, преобразующие световой поток в электрический сигнал [4.16,23]. Они разделяются на прямые и обратные. В прямых преобразователях (приемники света) происходит преобразование видимых инфракрасных или ультрафиолетовых излучении в изме- пение электрической энергии на выходе. В обратных преобразователях происходит преобразование электрической энергии в электромагнитные излучения, т.е. они являются источниками излучения. Использование прямых и обратных преобразователи в совокупности (оптро- ны) позволяет в значительной мере расширить диапазон применения фотоэлектрических преобразователей. Особая ценность такой совокупности заключается в том, что связь между источником и приемником осуществляется с помощью фотонов (оптическая связь). Это позволяет получить полную электрическую развязку между ними (сопротивление до Ю16 Ом. емкость менее 10 пФ) и, следовательно, сравнительно просто осущесгалять согласование различных цепей, отличающихся напряжением, частотой, сопротивлением и другими электрическими параметрами Кроме того, онн малогабаритны, имеют высокое быстродействие и чувствительность, однонаправленность передачи и широкую полосу пропускания сигнала Погрешности фотоэлектрических преобразователей связаны в основном с нестабильностью характеристик источников света и фотоэлементов. Величина светового потока может меняться в зависимости от нестабильности напряжения питания, изменения характеристик источника света со временем и возможного загрязнения. На стабильность выходного сигнала фотоэлемента оказывает влияние нестабильность его характеристик, обусловленная изменением температуры, старением, нестабильностью темнового тока и напряжения питания, утомляемостью и т.д В наибольшей степени влиянию температуры подвержены полупроводниковые фотоэлементы. Утомляемость связана с уменьшением чувствительности при непрерывном освещении, которая уменьшается в несколько раз в первые 100... 150 часов работы и восстанавливается после прекращения освещения. 2.7.1. Прямые фотоэлектрические преобразователи Различают три вида прямых преобразователей: с внешним фотоэффектом, с внутренним фотоэффектом и вентильные (или с р-п переходом). Первый вид устройств обычно называют фотоэлементами, второй вид — фото резисторами. ^ В устройствах третьего вида под действием излучения либо возникает ЭДС, .тиоо меняется сопротивление р-п перехода. Первые из них называются веи- Т"ЛЬ"!ЦИ Ф°ТОЭЛеМентамн'адРУгиев^внсимости от числа р-п переходов фотодиодами, фототраизнсторами, фототиристорами. 2.7.1.1. Фотоэлементы Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представляют собой вакуумные или газонаполненные двухэлектродные лампы. ФоточувствительньГслойЗес^нныи на внутреннюю стеику стеклянного баллона, являюшргпг» „ «внесенный вием попадающего на него излучения испуска^тТ,™ Л°М* П°Д ^^^ аноду под воздействием электрического почТи™^""' пеРемеща,ощиеся к сурьмяно-иезиевые, кислородно-цезиевые и в„смуто^?пЯШИР°КО ПримеНЯЮТСЯ «.му '"-сереоряно-цезиевые катоды. Преобразователи ™*™W4ecM^y}I:}}li^aB 103 Напряжение питания составляет обычно l«i ™ вышают 0,1 мкА [59J. Баллон газонапотненногг, «L ' темиовые ™<и не пре- ным газом при низком давлении, что приводи фОТОЭ1емента заполняется инерт- 5—7 раз, благодаря ионизации газа фотоэлек^ ПОВЫШению чувствительности в гораздо более инерционны, чем вакуумные чт^Х)Намн Однако эти фотоэлементы Основной недостаток вакуумных фотозте^^*^ И* применение в схемах ность (единицы ити десятки мкА/лм) при небЬ™* ~ "* "ИЗКая чУвствитель- Допустимые выходные токи ие превышают 10^20°" В"Уфеннем сопротивлении чувствительных электронных усилителей [231 "ГГ° тре6уе1 применения Увеличение чувствитетьности более чем в иес^-,^ гокаскадные фотоумножители ™СЯЧраздают мв°- На рисунке 2.30 представлены устройство п™™,,,.. фотоэлементов, а также световые, спе^^^Г^"™""* """ вкяючен»« некоторых фотоэлементов [4,12^5J вотьт-амперные характеристики у. гттт-]—1 мкА 80 60 40 20 —• ~* 3 / 2 и^. ^ ^ 1 -^ — 0.1 02 0.3 0.4 г) Ристаок 2.30 Л 30 100 150 1В Ристаок 2.30 Фотоэлемент типа Ф-1 (рисунок 2.30л). имеющий интегральную чувствительность >70 мкА/лм, напряжение питания 100 В. темповой ток < I 10 А (при . долговечность 400 часов, габариты — длина ЮЗ мм. диаметр 40 мм. ■ (..ibtiuvib s: /I» Miktt/.IM, naii|wi*tnnv .т.—..— — U= 100 В), долговечность 400 часов, габариты •вечность 400 часов, габариты — длина iu> мм. j**m*iF w «^ выполнен в виде цилиндрического баллона Б. в торцы которого впаяны выводы анода А и непрозрачного фотокатода К, используется для точных о)отт«етр1гче- ских измерений слабых или медленно изменяющихся световых потоков. Чтобы баллон не поглощал ихтученне в ульпюфиолгтоюй области спектра (к-0Л .0.4 мкм). он снабжается окном О из кварцевого или увиолсвого стекла. Для исключения из выходного сигнала токов утечки между выводами «года и анода в баллон вварено охранное кольцо ОК. „-.гт-тш в ш Если такой элемент включить постедоватеяьно C^^^T^J иепь источника напояжения Um как это »*> н» рисунке -3Q.O. то при пра- ичичника напряжения ит »« _,,._„. ттн линейную зависимость вильнем выборе параметров схемы можноJ^"™"^ Pm „"^ B № а «ежду мощностью поступающего на фотовтол ихтучен^ ^^ j^^ следовательно, и выходным напряжением lw »>к
им то» р»хшчные тины фоюкато юв имевл неодинаковую чувсшшслыюеть к нчлу чсниим ра шоп длины волны, i е ра ишмну ю с п е к i р а л ьи у w ч у в с i в и * Зависимость\увс1В11Гельн«ли фи.юлемсшл от цшнм полны падающею на него иыучения напивается спектральной характеристикой. Спектральная чувинтелыннпь определяется выражением 14| *-*,/<«*. ail А/1 А ^' (2"4) где 1ф — фоппок. Ф\ — световой ноток с длиной волны X. Спектральные характериешки для некоторых фото «лемеп run приведены па рисунке 2 М),в. 1де но оси седина! оиюжепа спектральная чувствительность и шниси тельных единицах (в процентах от максимального шачеппя): I — сурьмяпо-цешевого; 2 — кремниевого. 3 — кислородно-серсоряно-целгсвош; 4—германиевого. И м т е i р а л ьн а я чувствительность 5„„ характернее г реакцию фотоэлемента на свет полного спектрального cociana. iioKaibinaei приращение фо- тогока при тмененнн светового поюка Ф на I лм (люмен) и определяется с помощью выражения SHK = </y</tf>. (2.115) Световым потоком на!ывае1ся ироишеденне силы света / на величину Te'iecHoi о yi ла со, т.е. Ф I со Ф = /со, . (2.116) СИ | лм кд ср Обычно для вакуумных фотоэлементов 5„„ не превышает 100 мкА/лм (лм = кд - ср: кд — кан челла; ср — сперадиан; /г/,=65,6° кру ioboi о конуса). Так как фоюток зависит не только от величины падающего свегового потока, но и от приложенного напряжения сУ</„ фотоэлементы часто характеризуются удельной iiinei рал ыюй чувствительностью, отнесенной к I В при юженного напряжения: 5rt=V(*iy#). (2.117) Световая характеристика представляет собой зависимость выходного тока 1ф oi светового потока Ф, падающего на чувствительный орган фото-» icmch га. Световые харак1еристики вакуумных фотоэлементов отличаются линейностью в достаточно широких пределах освещенности фотокатода (рисунок 2.10,г): I — вакуумного с кислородио-цезиевым катодом; 2 — вакуумного с сурьмяно- цезиевым катодом; 1 — газонаполненного с сурьмяно-цезиевым катодом. Освещенностью Е называется отношение светового потока Ф к площадке S„ освещаемой поверхности. При перпендикулярном падении: £ = Ф/5И, При наклонном падении Е ф S СИ| лк лм м2" (2118) £=/со*а/г2, . Е 1 Г, (2.П9) СИ | лк кд м ^юТГи^мХоТе^Т1-^™Гт™* СВС1Э " "°Р кпдаемой поверхность,». Расстояние между источником света и ос Вольт-ампериая характеоистн^-» «шостъ фототока 1ф от напряжения U, приложенного ?ГПИЛЯП С°б°Й ™BH" ичиых величинах светового .ютока Ф ,рИЛОЖи,Ного к фотоэлементу, при ра.- Преобраюватели теш ричеид., 1ДП11| )05 На рисунке 2.30.Д предемвлено игмейепт ных и 1а»011.!110лнеш1ых фо то мгемсн тов I « * хаРакгеРистик для вакуум- •о. ' вакУУм"Мх;4 —,ашнаполиеино 1 — снеговой ноюк 0.01 лм; 2 — 0.05 лм. 3 - 0,1 лм. 2.7.1.2. Фогорезисгорм чсс,со.о0ииг£с^ потока. Р * и,мснлется под действием лучистою Принцип устройства и схема включения сЬ.,.,™.., -, На подложку 3 и, слюды или сгеГ *Z^^^ пиковый слой 2 с кошаотами I по ктям IZZ7 ' "аиостся »™У"Р»ноД- чаюгея в ме.аллический m un^ZZl Z^7Г^"^ котоРые™- зрачпого „я излучений ^~Х^^"к\Ц^^ тропроводпость ко.орых «шезп,, мепяе.ея под действиемLnа. о ГсяГ'еелен теллур, германии, кремний, сульфидь. „„сму.а. свинца, теллура. к«„дР Широко иснолыуются на практике серниоо-снинцовые. сернисто-висмутовые, сер нисго-кадмиевые и селениезо-кадмиевые фоторезисторы. Сернистый свинец чув- 2 3 % 50 1) (\ U=corm У \ ^ л \ 2,5 Я.мкм —у ^L _а Ч к. t 4 3 2 I 0 20 40 60 80 I00t/, В г) ствителен к инфракрасным, а сернистый кадмий — к видимым лучам. Схема включения фоторезистора показана на рисунке 2.31,6. Если облучения нет, то фоторезисгор имеет некоторое большое сопротивление /?/, называемое темное ым. Оно является одним из парамет- !!В..?"-ТОре,ИеТОра И СОСТаМЯеТм()4т'окомМ'пр" действии излучения с достаточном. Соответствующий ток А через фото-
* Глава II эжргнеЙ фотонов в полупроводниковом слое происходит генерация пар подносных носителей заряда (электронов и дырок), и его сопротивление уменьшается. Переменный выходной сшнал определяется изменением напряжения на сопротивлении нагрузки /?„ при изменении сопротивления фотослоя Иф. Ьсли V, — напряжение питания, то при изменении Rф на Щ, сигнал изменится на U При Щ<кИф [59] Д£/= U^bRjKR» + R4)' ■ (2-! 20> При оптиматьном согласовании, т.е. при /?„=/?</, AL/=(t/,/4)(AVfy.) ■ „ (2121) Далее сигнал усиливается и передается на измерительное устройство. Фоторезисторы характеризуются удельной чувствительностью, т.е. интегральной чувствительностью, отнесенной к 1 В приложенного напряжения: ** = '#/<*">■ СИ1А/В-ЛМ лы-В-А- (2,22) Фоторезисторы из сернистого свинца (тип ФС-А) имеют чувствительность порядка 500 мкА/В-лм; из сернистого кадмия (тип ФС-К) — порядка (1000...6000) мкА/В-лм. Спектральные характеристики двух разных типов фоторезисторов приведены на рисунке 2.31,в: 1 — сернисто-свинцового; 2 — сернисто-висмутового. Вольт- амперные характеристики при различных величинах светового потока показаны на рисунке 2.31,г. Частотная характеристика определяет зависимость выходного сопротивления фоторезистора от частоты /„ модуляции светового потока. У фоторезисторов частота fM превышает обычно 2 кГц, а у некоторых типов она много меньше (например, у фоторезистора типа ФС-КМ2 — 1 Гц, типа ФС-А1 — 10 Гц, типа ФС-К1 — 100 Гц). Достоинства фоторезисторов заключаются в следующем: более низкое, чем у фотоэлементов напряжение питания; широкий спектральный диапазон (от 0,4 до 40 мкм): высокая интегральная чувствительность; малые размеры и масса. Однако им присущи и недостатки: инерционность, зависимость параметров от окружающей температуры, малый диапазон линейности световой характеристики, зависимость R,p от Ф (фоновая зависимость). Фоторезисторы эффективно применяются для аналогового управления элек- тропневмораспределителями и позволяют с помощью маломощного аналогового сигнала (например, постоянного тока) управлять величиной давления воздуха, поступающего в пневмосистему. Электрическая схема управляемого делителя напряжения на основе фоторезистора для регулирования давления показана на рисунке 2.31,д. Светоизлучающий диод фоторезисторного преобразователя (ФРП) включен в иепь коллектора транзистора VT1, подключенного к источнику постоянного тока напряжением £, = + 5 В. Резисторы Rl, R2, R\ R4 задают режим работы транзистора VT1 на постоянном токе (этими резисторами обеспечивается необходимый ток покоя транзистора при отсутствии управляющего сигнала U .„ ). При и^,=0 ток покоя Аю транзистора VTI может быть в"ыбран таким, что екггодиод ФРП светиться не будет. В результате сопротивление фоторезистора будет иметь величину темнового сопротивления RT. Обмотка управления пропорционального электропневмоклапана (ЭПК) включена последовательно с сопротивлением фоторезистора и балластным (ограничивающим) сопротивлением Rb в цель постоянного тока напряжением V^ (этим напряжением запитывается вто- цепь управления — обмотка управления ЭПК) ^ZJ^Zl^Tr ТСГОВОГ0 СОПР°ТИВЛе™* «г настолько велика, что в шаш обмотки ие будет. В результате давление воздуха на выходе ЭПК от- сутствует. При увеличении [/,„„ транзистоп VT, сопротивление коллектор-эмиттер уменын "«степенно обрывается, ею нейном режиме), а прямой ток 1„р светодно610" (lpaimcioP VTX работает в ли- тивление фоторезистора уменьшается, ток xml^T™^™ В ре,уль'ате СШ,Р°- чет за собой увеличение выходного давления воздуха ^Р30™^ что вле- Изменяя величину балластного резистооа R* 1!™ лирования (изменения) давления на выходеТпк Г ВД"ПЬ ЛИа"а3°Н РеГУ" образом, аналоговый сигнал «. дейсСюший«частном случае Rb=0). Таким ра УП-S—етаналогов^^^^ ФРП также можно использовать д. дискретного управления ЭПК (рисунок 2.31,е). При действии на входе инвертора ДДХ сигнала управления U iu'cZ тодиод ФРП излучает световой поток, и сопротивление^^нсторТдос ига" величины ^(минимальное значение). В цепи базы транзистора Ут'формируе^ ся ток h-E2IRce, где Е2 — напряжение питания вторичной цепи ФРП Этот ток усиливается транзистором VT1 в Р раз. Коллекторный ток |4=р7ь обеспечивая насыщение транзистора VTX, обусловливает включение ЭПК При U =lf> (логический нуль) светодиод закрывается, а сопротивление фоторезисгорГувеличива- ется, достигая величины RT. Ток в цепи базы прекращается (/6=0), транзистор VT1 закрывается (/*«0). Электромагнит ЭПК переходит в противоположное, например, в первоначальное состояние, а исполнительный орган, управляемый ЭПК, возвращается в исходное положение. 2.7.1.3. Фотодиоды Фотодиодами называются полупроводниковые приборы, основанные на внутреннем фотоэффекте, использующие одностороннюю проводимость р-п перехода, при освещении которых появляется ЭДС (фотогальванический режим) или (при наличии питания) изменяется величина обратного тока (фотодиодный режим). При фотодиодном режиме под воздействием света на электронно- дырочный переход и прилегающую к нему область происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает, и обратный ток увеличивается. При фотогальваническом или вентильном режиме электроны из освещенного вещества перемещаются в другое вещество, отделенное от него тонким запирающим слоем, в результате чего возникает ЭДС определенной напряженности между слоями полупроводника и чистого металла, разаеленными промежуточным запирающим слоем, обладающим односторонней проводимостью Принцип устройства и схемы включения фотодиода в фотодиодном (б) и фо- бо метод вплавления примесей, либс^J^2^2££^ рехода относительно освещаемой поверхности Д^аетс^ ^ Материалом для Ф^^^^^Л^^ «Ч- 4> «** образующие /г-область (рисунок 2.5Ш, в к у ^ мон0криСталла по. зующий /7-область. Обращенная к св*0™му"™^юшеъсынтакгнигл кольцом 1. крыта полупрозрачной пленкой 2 золота, кон ^вентильном режиме, служат се- Материалом для фотодиодов, Раб°таЮШИ* мые на металлический электрод, лен, сернистый таллий, сернистое серебро, нан ^ ^ ^ ^ Темновой ток не Рабочее напряжение у фотодиодов °°ы™° -^ превышает 20 мкА для германиевых и / мк Постоянная времени обычно не пРеВЫШ*^жм J Кп„Тическая частота Гампли- Для фотогальванического (вентильного) ре* ^^ { Л мГц, а в фотоди- туда падает на 30%) фотодиода с р-п структура
Глава II \S — (J L£=^ 1 1 1 1 > д) * U e) 0,25 0,5 0,75 1,0 Ф,лм Рисунок 2.32 одном режиме — до 200 мГц при приложенном обратном напряжении порядка 150 В [12]. Интегральная чувствительность фотодиодов составляет 3...20 мА/лм, а пороговый поток 10 ... 10 м А/лм. Ток при освещении составляет сотни микроампер. Интегральная чувствительность селеновых вентильных фотодиодов составляет 300...750 мкА/лм, сернисто-серебряных — 3500...8000мкА/лм, сернисто- таллиевых 5000... 10000 мкА/лм (RH=0). Недостатки: в процессе эксплуатации «стареют», т.е. теряют постепенно чувствительность; высокая инерционность, объясняющаяся большой емкостью. На рисунке 2.32,г представлены спектральные характеристики различных фотодиодов: 1 — селенового; 2 — медно-закисного; 3 — кремниевого; 4 — сернисто- галлиевого; 5 — сернисто-серебряного; 6 — германиевого. Вольт-амперные характеристики I=f(U) при ф=const для фотодиодов, работающих в фотодиодном режиме (рисунок 2.32,д), показывают, что если светового потока нет (Ф=0), то через фотодиод протекает обычный начальный обратный ток /0 (темновой). Под действием светового потока ток возрастает, и характеристика располагается тем выше, чем больше Ф. Повышение обратного напряжения незначительно увеличивает ток. Но при некотором напряжении U возникает электрический пробой (штриховые участки характеристики). Световая характеристика вентильного, например, селенового фотодиода зависит от величины нагрузки (рисунок 2.32,е). При малых нагрузках характеристики носят чиненный характер. Сила тока, получаемого пт Ж™. ~ ~ фсрМулсй1М): 0етФО'ад"*-*™оЮ.ВЫ№яиисдвдей rp=*\Pn/ihv), ' г) р h v где ,-элементарный электриЧеСски11р;д. рТ ^ '/с *" ' ^ Av -энергия фотона; г, - квантовый выхоп , ~ МОЩиость падающего света, нов и фотонов). ,И ВЫХ°Д (соотношение количества электро- 2.7.1.4. Фототранзисторы Фототраизистор отличается о А переходов (обычно двух). Он соединяет ВТ ^°ДИ<?ОВ налич"ем нескольких р-п ные свойства транзистора. свойства фотодиода и усилительно конструктивному исполнению различают б„™ вые, МДП — фототранзисторы с интт^Г би™лярные, составные, поле- переходные фототранзисгорьа;|6] инДУЦиРован„Ь1м (инверсным) канатом н однс- Биполяриый фототранзистср преде „о . его корпусе «Тпро^ЗП™ » "** ^^ ^"^ «•«с™™, „а cW™ Ц, ^"T^SSST" ~- приведена на пигоют ? п о 4~'ui рашистора приведена на рисунке 2.33,а световой поток может типа р-п-р Ф Рисунок 2.33 Фотоны вызывают на базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундируют к коллекторному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фотодиоде. Дырки под действием поля коллекторного перехода идут из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора. Электроны остаются на базе и повышают прямое напряжение эмиттерного перехода, ч-о усиливает инжекцию дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе типа п-р-п все происходит аналогично. Включение фототранзисторов в измерительную схему может осуществляться по схемам со свободным коллектором, эмиттером или базой [59]. Триодное включение фототранзисторов ничем не отличается от обычных схем включения плоскостных транзисторов. Наиболее распространено включение по схеме с общим эмиттером (рисунок 2.33,в), ™т™ше™™^"^к фициентом усиления по мощности. Схема включения со свободной базой (рисунок 2.33,6) аналогична схеме включения фотодиода в Ф°т«"^т™ больше чем Интегральная чувствительность фототранзисторов в десятки раз больше, чем У фотодиодов, и может достигать.сотен ^^^^ базой показаны „а Выходные характеристики фототранзиу чным значениям светового рисунке 2.33,г. Различные кривые юотве^!/ ^использовании схемы с общим потока Ф, но не тока базы, что имеет место при
110 Глава И эюггтером. Характеристики показывают, что при повышенном напряжении U возникает электрический пробой (штриховые участи) Основные параметры фототратисюров — шпаральпая чувешшелыюегь, рабочее напряжение (К) 1« В), темновой ток (до сотен микроампер), рабочий тк (до десятков миллиампер), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков милливатт), граничная частота Фото i ран шс юры, изготовленные сплавным методом, имеют граничные частоты до нескольких кижиерц, а щгоговленные диффузионным методом (пленарные) MOiyi рабогать на час ютах до нескольких Meraiepu Недостаток фототранзисторов — сравнительно высокий уровень собственных шумов 2.7.1.5. Фототиристоры Фототиристоры представляют собой триодный тиристор, но управляемый не напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов, а световым потоком. На рисунке 2.34 представлена четырехслойная структура р-п-р-п фототиристора [I6J. Ill + + ♦ + + . ^Т П. П-! П R. + а) Рисунок 2.34 6) При действии света на область базы рх в ней генерируются электроны и дырки, которые диффундируют к п-р переходам. Электроны, попадая в область перехода /72, находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление, за счет чего происходит перераспределение напряжения, приложенного к тиристору: напряжение на /72 уменьшается, а напряжение на переходах /7, и /73 увеличивается, что приводит к усилению инжекции в переходах /7, и П3. К переходу /72 приходят инжектированные потоки, его сопротивление снова уменьшается и происходит дополнительное перераспределение напряжения. Инжекция в переходах /7, и /7, усиливается, ток нарастает лавинообразно, т.е. фототиристор отпирается. Чем больше световой поток Ф, действующий на фототиристор, тем при меньшем напряжении он включается, что наглядно показывают вольтамперные характеристики на рисунке 2.34,6. Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Достоинства: малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения. » 111 •'"'«фаюваияи В качестве обратных нреобразчва Г".!::~-г. —- -ал,^!--"- „,лучення прнменя. накаливания гачппГ И,Лучения "Р> '"..есцентн.; "^РГРад,Ые- ^ми»есцс,т1Ые и иые коиденса- ДР.. а также твердые ^ектролюмипеспеитГ' Га'Юра',рад1Ь1е. "юм, юры. инжекциопные (свегоизлучаюншеГп ^^'««минесцет Наибольшее распространен";Гл'Г"* (СВП™»°^- прямом напряжении, харак1ери,ую.циеся .^оГ" °Д"«Ды. работающие при стью излучения. ся малой инерционностью и нског Р стью излучения. Принцип работы светодиода заключается в с. Зона проводимости Запрещенная зона Налетная -юна -г »■— k-wviim »-всюднода заключается r ri<.n.™ n жеиии в полупроводниковом диоде про^0д^ i Z РИ ^^ "^ элементарной области в область базы. EZ е'ГкоГ, """^ W Ю .-области больше, чем концентрация n^^ZZT^Z ^'Г дит инжекция электронов из „-области в ^область. Инжектирование элек^Гны рекомбинируют с основными носителями базовой области, в данном случае с дырками р -области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энерг£ гических уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (рисунок 2.35). При этом выделяется фотон. Для современных фотодиодов применяются главным образом фосфид галлия GaP и карбид кремния SiC, а также некоторые тройные соединения, состоящие из галлия, алюминия и мышьяка (GaAIAs) и др. Германий и кремний непригодны. Помимо светодиодов, дающих видимое свечение, имеют место све- тод йоды инфракрасного излучения, изготовляемые преимущественно из арсенида галлия GaAs. Они применяются в фотореле, различных датчиках и входят в состав некоторых оптронов. Вольт-амперная характеристика светодиодов такая же, как у обычного выпрямительного диода. Яркость и сила света с повышением температуры уменьшается. Быстродействие высокое и составляет 10"* с после подачи на диод импульса прямого тока. ^ _ Основные фотометрические величины, характеризующие источники светово- го излучения: „„ ... „ „„ с и л а с в е т а _ отношение светового потока Ф к телесному углу О), в ко- тором распространяется световой поток: 1ф = d0/d(O, си | "кд лм ср' т . отношение светового потока в телесном угле к световая яркость—oiношение направлению размеру излучающей поверхности, расположенной под углом Ф наблюдения: . Жжения составляет (2...3) В. Максималь- Величина постоянного прямого нэпряжен ^ температур окружающей но доп^тимый^гок^^Деся™11 миллиампер. А Количество движения Рисунок 2.35 ф А О) Ф м ср град —. (2.125)
m Глава П световая эффективность (светоотдача) — есть отношение светового потока к подводимо к светодиоду мощности, т е ц Ф Р п -ар ■ (2 126) П*-<рП-«- СИ|лм/Вт тм Вт Констрмстивно светодиоды выпатняются в металлических корпусах с линзой, обеспечивающей направленное излучение Масса диода составляет до ти грамма. 2,7.3. Оптроны О в т р о в — это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объединены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь. Если оптрои имеет только один излучатель и один приемник, то его называют о d то п а р о и К важнейшим достоинствам оптронов можно отнести: — отсутствие электрической связи между входом и выходом и обратной связи между фотоприемником и излучателем; — широкая полоса частот пропускаемых колебаний, возможность передачи сятижэов с частотой от н\ ля до 10 Гц; — возможность управления выходными сигналами путем воздействия на оптическую связь: — возможность совмещения с другими полупроводниковыми и микроэлек- трическичн приборами. Недостатки заключаются в относительно большой потребляемой мощности из- за двойного преобразования энергии, сравнительно высоком уровне шумов, ухуд- шенни параметров с течением времени, невысокой температурной стабильности. Конструктивно в оптронах излучатель 1 и приемник 3 излучения помешаются в одном корпусе и заливаются оптически прозрачным клеем 2 (рисунок 2.36.а). 12 I б) е в) <Ш> <Щ> <Ш) <Ш£> <Щ) $Е& <Щ) (ЦЗ) л) Рисунок 2.36 Особую конструкцию имеют оптопары с открытым оптическим каналом между излучателем 1 и фотоприемником 2 в виде воздушного зазора (рисунок 2 36.6). в котором может перемещаться светонепроницаемая преграда, например, оаьект контроля или закрепленный на исполнительном органе технологического ооору чт флажок (экран). В другом исполнении оптопары с открытым каналом световой поток излучали I попадает в фотоприемиик 2. отражаясь от какого-либо объекта 3, находяще- г^например. на непрерывно перемещающейся ленте транспортера (рисунок В качестве излучателя оптопар наиболее широкое распространение получили еветодиолы с видимым или инфракрасным ихтучением « .J^ получили ___„_. Аг~,„~т. ^„ а "«учением, в качестве приемников — ■резисторы, фототранзисторы, фототиристоры. Преобразователи электрическихлят,,.,,^ На рисунке 2.36.Г схематически изобтженя «~, выходная цепь питается от источника постГнноГо^Т°РНаЯ отопа^ У котоР°й имеет нагрузку /?„. Напряжение |* подаГем°адН Переменного напряжения и в нагрузке. Цепь управления (иепГнзлу^^Ги^ СВеТ°ЛИ°Д- УТВЖТ ТОКОМ который может быть включен в цепь oXSho3MHpoMHl OT Ф^^зистора. мер. 220 В. относительно высокого напряжения, напри- Резисторные оптопары применяются для автоматического регулирования усилия, связи между каскадами, управления бесконтактными детитетяГи напряжения, модуляции сигналов, формирования различных сигналов и та Диодные оптопары (рисунок 2.36.д) имеют обычно кремниевый фотодиод и инфракрасный арсенидо-галлиевый светодиод Фотодиод может работать в фотогенераторном режиме, создавая фото-ЭДС Е#=0.6...0.8 В. или в фотодиод- ном режиме. Для повышения быстродействия применяют фотодиоды типа pin Применение диодных оптопар разнообразно. Это, например, импутьсные трансформаторы, не имеющие обмоток; передающие элементы в блоках сложной радиоэлектронной аппаратуры; чувствительные элементы датчиков обнаружения, контроля, положения. В качестве приемника может быть использован варикап (рисунок 2.36,е). Транзисторные оптопары (рисунок 2.36 jk) имеют обычно в качестве приемника излучения биполярный кремниевый фитотранзистор типа п-р-п Оптопары этого типа работают главным образом в ключевом режиме и применяются в коммутаторных схемах, устройствах связи различных датчиков с измерительными блоками, в качестве реле и др. случаях. Приемниками могут быть составные транзисторы (з), фотодиод с транзистором (и), однопереходный (к) и полевой (л) транзисторы. Тиристорные оптопары (рисунок 2.36.м) имеют в качестве фотоприемника кремниевый фототранзистор и применяются в ключевых режимах Область применения — формирование мощных импульсов, управление мощными тиристорами, упраатение и коммутация различных устройств с мощными нагрузками, 2.7.4. Волоконно-оптические преобразователи Волоконно-оптические преобразователи (ВОП) по характеру использования оптического волокна делятся на два типа: 1) в которых волокно служит только для передачи сигнатов; 2) в которых волокно является собственно преобразователем [8.17,34]. Первые являются преобразователями с внешней модуляцией, вторые- с вн5треииен мод>ляииеи свето- вого потока. Оптическое волокно (световод) обычно бывает двух типов: од- н о м о д о в о е. в котором распространяется только одна мода (тип Р-^"™ передаваемого электромагнитного поля), и многомодовое - с передачей МНОЖеСТВа (ОКОЛО СОТНИ) МОД. ^^^ тти Ren- Модой называется распределение^^omKim^^^вд2ь тикальной оси световода в виде стоячей волны, многократно повторяющееся вдоль горизонтальной оси с периодом, ^^^'"вые^ световоды различаются Конструктивно одномодовые (а) и многомодовые (Oj свето д н~ только диаметром сердечника — световедущей части, внутри кото- Покрытие рой коэффициент преломления «i чуть выше, чем в периферийной части — оболочке, т.е. пг<«1 (Ри~ сунок2.37). а)Ъ^=§*Гб) - Конструкция волоконного Серде,ншмЧ) Оболочка^ кабеля диаметром 0,9 мм, пред- Phcvho*2.37
15. Глава II ставленная на рисунке 2 З7.в. созданная на основе данных световодов (поз. 3,4,5), включает в себя второе покрытие 1 из найлона и амортизирующий слой 2. V одномодовых световодов (рисунок 2.38.а) диаметр сердечника не превышает Юмкм По сравнению с чногомодовымн они обладают меньшей дисперсией, но соединение их друг с другом вызывает значительное затруднение. Применяются для высокоскоростных линий передач сигналов. Многомодовые волокна (рисунок 2 38.6) имеют больший (около 50 мкм) диаметр сердечника, что облегчает их соединение друг с другом. Но поскольку групповая скорость света для каждой моды различна, то при передаче узкого светового импульса происходит его расширение (увеличение дисперсии). Основное применение они находят в составе преобразователей датчиков для измерения характеристик эффектов, при которых изменяется интенсивность света (сенсорная оптоэлектроника). В качестве материала для волокон используется кварц; многокомпонентное стекло на основе SiC>2 с включением Na:0, GeO?. LiO, MgO, CaO, пластмасса — полиметилметакрнлат с оболочкой из фторполимера; фтористое (инфракрасное) стекло и др. а) Сердечшл X Оболочка ук^Ф -/- Покрытие б) :^^: , Д=0.3' Юмкм Рисунок 2.38 Достоинства оптических волокон заключаются в следующем: — широкополосность (до десятков терагерц); малые потери (минимальные 0,154 дБ/км); малый диаметр (около 125 мкм согласно стандарту CCITT); — малая масса (30 г/км); — эластичность (минимальный радиус изгиба 2 мм); — механическая прочность (нагрузка на разрыв до 7 кг); — отсутствие взаимной интерференции (перекрестные помехи); — безиндукционность; — взрьгеобезопасность; — электроизоляционная прочность (волокно длиной 200 мм выдерживает напряжение до 10000 В); -высокая коррозионная стойкость. С помощью оптических волокон можно измерять: давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень электрического поля, электрический гок, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиоактивного излучения и др. параметры. 2.7А1. Структура оптического волокна Оптическое волокно, как уже отмечалось выше, состоит из сердечника, по которому распространяется свет, и оболочки, заключенных в оплетку, являющуюся -ивдитной оболочкой. Коэффициент преломления света п, сердечника лишь не- Преобразователи ^кпжческм»^^,,,^ значительно превышает коэфф„циент преломлеН11о введенный в сердечник с торца волокна п оболочки, поэтому свет, печника и оболочки, как бы запивает™ .'«.„ отражается or границы сер- нем (рисунок 2.38). сердечнике и распространяется только в Для полного внутреннего отражения света „vn, 0, необходимо, чтобы выполнялось условие ВХ0Дящег0 в «""«о под углом * 1 "2 Чпах- (2 127) Поскольку разница между коэффициентами „.,» ' лочке не превышает 0,01, величину 0 мГно 2™^ В °WMHe И 0б°" ину_ита, можно представить следующим образом: Р) ~ /и2 2 таА ™-"2- (2.|28) Это максимально возможный угол, под которым свет может проходить в оптическое волокно, т.е. приниматься им. Называется такой угол чи^л'вТй апертурой и обозначается NA (Numerical Aperture) При рассмотрении оптических волокон вместо разности », и я, чаще всего используется величина, называемая относительной разностью коэффициентов преломления А = (и,2 -nl)\ln\ «= (И| -л2)//ь . (2129) Если воспользоваться значением Д, то зависимость между ЛИ и А может быть представлена в виде: /М = я,л/2Д. (2.130) Относительная разность коэффициентов преломления А обычно выражается в процентах. Так, например, при Л| = 1,47 и А=1% значения №4 = 0,21 и етах=12°. Одним из важных параметров волокон является нормированная частота, определяемая по формуле v = (2nrNA)/l = (2лга, V2A ) Д. (2.131) где г — радиус сердечника. Для оптических волокон со ступенчатым изменением коэффициента преломления (рисунок 2.38,а,б) значение v=vc=2,405 является граничным (V, — нормированная частота среза), т.е., если действительное значение v волокна хотя бы немного меньше, распространяется одна мода (рисунок 2.38,а), если больше — распространяется множество мод (рисунок 238,6). Величина vf определяет условие существования в оптическом волокне одной моды, или условие границы среза мод более высоких порядков. Величина К=ыщ&Не (2-,32) называется длиной волны среза; оптические ^"£^£Z ной волны, большей К работают в <*™Z£ZZ JZZSZ подокнах разность во времени Р3^^3™ ^oro НИЗкого порядка с учетом рядка, которая может распространяться, и модой сами критического угла yc=cosW*.> выражается формулой ^^ 6Т=л,£А/с, стпанения света в вакууме, где L —длина волокна, с — скорость распро*пр^ который можно передать по Следовательно, частотная полоса 0 си . многомодовому волокну, определяется из выражен (2 134) BL=f'Tf-147, то получается «.=20 МГцкм. Если предположить, что A-1 /», "i ■ 8*
Глава II 2J-4JL »ок но-оптичеекие преобразователи с внешней модуляцией Преобразователь такого вида может быть выполнен в виде дву\ световодов докничных огггическн\ волокон или жгутов волокон) и промежутка между ними. Поток излучения от источника вводится в передающий световод 1 (рисунок 2.39). На выходе передающего световода в зоне измерений формируется поток излучения, заключенный в конусе апертуры световода. Часть излучения падает на вход световода 2. выводится из зоны измерения к фотоприемнику и преобразуется в пропорциональный электрический сигнал [ 17]. Излучатель Si Зона J измерений • \ Приемник ^ Рисунок 2.39 Физическую основу работы таких преобразователей составляет изменение (под действием измеряемого параметра) интенсивности излучения, проходящего с выхода передающего на вход приемного световода в соответствии с диаграммой направленности, светоиспусканием источника света (светодиода) и способами модуляции. С учетом того, что модуляция потока излучения осуществляется в промежутке между двумя световодами, эти устройства получили название В О П с внешней модуляцией. Наряду с достоинствами оптронов с открытым каналом они имеют такие преимущества, как слабая зависимость результатов измерений от температуры, электромагнитных полей большой интенсивности и вибраций в зоне измерений, стойкость к агрессивным средам и химическая инертность, высокая локальность измерений и др. Для таких ВОП характерны два способа получения измерительной информации — рефлектометр и чес к ни, основанный на отражении потока излучения от контролируемого объекта, и прямоходовой. когда поток излучения не меняет своего направления при распространении между торцами световодов. Для рефяектометрических ВОП используются следующие основные способы получения измерительной информации (рисунок 2.40): модуляция потока при аксиальном движении отражающей поверхности (бесконтактные преобразователи перемещений, толщины, расстояний) (а); модуляция потока при угловых перемещениях плоской отражающей поверхности (преобразователи давлений, усилий, ускорений, расстояний) (б); модуляция потока за счет ортогонального перемещения грани поверхностей с различными отражающими свойствами (преобразователи ударных воздействий, акселерометры, преобразователи перемещений, числа оборотов) (в,г): наличия и пространственного расположения (в,г); модуляция попри изменении поглощающих и рассеивающих свойств неподвижных поверхностей (д). Для ВОП прямоходового типа характерными являются следующие способы ляазт (рисунок 2.40): ортогональное перемещение торцов (гидрофоны, пре- ези силы, ускорений, скорости потоков жидкости и газа) (е); аксиальное торцов (преобразователи перемещений) (ж); перекрытие проходяще- разователи линейных размеров, давления, температуры) и погло- ( Преобразовател^^лР^тр^г,.,,^ Рисунок 2.40 щение или рассеяние проходящего потока (преобразователи уровней жидкости, запыленности, температуры) (з). Рассмотренные схемы преобразователей не позволяют установить zo>3...5mm. Для обеспечения большей дальности действия в структуру преобразователя вводится специальная оптическая насадка, т.е. реали- рцсуНок2 41 зуется гибридный ВОП (рисунок 2.41). Поток излучения от излучателя 1 попадает в световод 2 и далее, сформированный насадкой 5, на объект измерения 6. отразившись от которого вновь попадает на насадку и далее через световод 3 на приемник 4. На практике использование насадок позволяет увеличить рабочее расстояние до 0,1...0,2 м. 2.7.4.3. Волоконно-оптические преобразователи с внутренней модуляцией Принцип работы ВОП данного виаа основан на ™™»™^7^™ локна под влиянием внешнего давления, температуры, магнитного и электрического полей, радиоактивного излучения еп) пр0хожденНИ внутрн Поскольку модуляция потока 0СУшес'^ элемента и преобразователя, световода, выполняющего функции чувствите ^ внутренней модуля- такие устройства могут именоваться как В V Цией.
Глава II *1.V? III..* i Рис\нок2.42 Выполнены они могут быть в виде световода 1 (рисунок 2.42) с излучателем 2 и приемником света 3 на концах, помещаемого в зону измерения, изменение параметров которой вызывает изменение фазы распространяющегося по волокну света. При небольшой относительной разнице коэффициентов преломления в волокне фаза света Ч* = р7«Ал/. (2-135) где р — постоянная распространения волны вдоль оси волокна; / — участок волокна, подверженный влиянию внешнего воздействия; к=2кГк; п — коэффициент преломления сердечника; "к — длина поляризованной волны в вакууме. Относительное изменение фазы под влиянием зоны измерения — чувствительность преобразователя ДУ/У=Д///+Дл/л . (2.136) Кроме изменения фазы, распространяющейся по оптическому волокну волны, можно использовать для измерения изменения поляризации, угла вращения плоскости поляризации, потерь, явление рассеяния света. 2.7.5. Блоки оптронной развязки Обобщенная структура блока оптронной развязки (БОР) представлена на рисунке 2.43. Блок управления фотоизлучателем вырабатывает электрический сиг- \~~~~ — — ~ ~~1зор 1 В\од1 Б ток управления излучателем Оптопара Буферное устройство Нагрузка J Рисунок 2.43 Haul, обеспечивающий излучение светового потока в определенном диапазоне электромагнитных волн. Этот поток воспринимается фотоприемннком, на выходе которого возникает электрический сигнал в виде тока или напряжения, поступающий на буферное устройство, которое обеспечивает согласование выходной цепи БОР с нагрузкой как по уровню, так и по мощности. Буферным устройством БОР может служить компаратор напряжения, преобразователь уровня, логические элементы «И», «ИЛИ», «НЕ», а также их совокупность. По аналогичной структуре строится и блок управления фотоизлучателем оптопары. Для увеличения нагрузочной способности БОР в буферном устройстве ис- потьзуют усилитель мощности. При этом БОР может управлять мощными нагрузками (например, обмоткой электропневмораспределителя). 2.7.5.1. Блок оптронной развязки на основе диодной оптопары в генераторном режиме Схема такого БОР представлена на рисунке 2.44. Усилитель мощности БОР реализован на базе неинвертирующего операционного усилителя (ОУ) [25] Выво- фотодиода оптопары подключены к неинвертируЮщему входу ОУ относительно обшего провода земли. Коэффициент усиления ОУ коу= 1 +R2/RI может из- с помощью переменного резистора KL В результате усиления фото-ЭДС Преобразователи эле^ических^.,,,,^ 119 ЭПК] _£-<- 1Т2 Рисунок 2.44 на выходе ОУ образуется напряжение U -F м j.»-7/t>i\ ,- J v с ивих-г.ф(1+К1/К\), приложенное между базой и эмиттером составного транзистора на элементах VT1 и V72 Этим напряжением транзисторы V71 и VT2 открываются, входя в режим насыщения. Потенциал объединенного коллектора становится близким потенциалу земли (в режиме насыщения напряжение между коллектором и эмиттером не превышает величины 0,3 В, что соответствует логическому нулю). В результате прохождения коллекторного тока 1К составного транзистора по обмотке управления электропневмо- клапана (ЭПК) на ней образуется напряжение £ и электромагнит ЭПК срабатывает, обеспечивая поступление сжатого воздуха к исполнительным элементам технологического оборудования. 2.7.5.2. Блок оптронной развязки на основе транзисторной оптопары Принципиальная электрическая схема такого ЮР изображена на рисунке 2.45. Усилитель мощности выполнен на основе комплементарных транзисторов типа р-п-р и п-р-п. Рисунок 2.45 п ±()\ коллекторный ток последнего базы фототранзистора (/^0) капле р ^ сторе /?2 падение напряжения U2-lKKZ.i с v _ r-TmR2 база отрицательна го пптенииал базы -— ь — 't. тер VTI имеет потенциал +£, a nois и и,истор VT1 насыщается; кол- п .^тятепри /ex*UTPaH- V m DA г-ггепаРТНЯ протекая п< £/4=/м*4- При облучении Г" созпает на оезисторе Ш падение напряжения и2 iK создает на резисшрс c-TmR2 база отрицательна [базы-— z — 'k ' относительно эмиттера. В результате при^^ ;^ре3иСТОрам Ю, М, создает на лекторный ток /Ki этого транзистора. "Р0^ ^ эт0 напряжение больше резисторе R4 падение напряжения
* Глава II I OB, транзистор VT2 заходит в насыщение и коммутирует обмотку управления WK При /„«О световой ноток излучателя отсутствует, фототраншетор закрьп, I '»0,трашистиры VT1 и V72 закрыты, обмотка управления ЭПК обесточена 2.7.5.3. Сжемотехническне методы управления и1луча1слсмон1опары Для создания номинального входною юка излучателя /„, применяются специальные схемы управления излучателем оптопары. которые строятся на основе транзисторного уситителя тока 1ибо на основе .ioi ическою элемеша 119|. +Л> С выхода триггере +£■> С выхода триггера лам1гги Тран 1историые усилители юка Moiyr быть реализованы по схеме с общим коллектором (эмитгериый повюритель) (рисунок 2.46,6) или по схеме с общим эмиттером (рисунок 2.46,а). Сишал ло1Ической единицы с выхода трип ера блока памя ги системы управления технологическим оборудованием (робота, станка с ЧПУ и др.) поступает на базу транзистора VT1, выполняющего функцию усилителя тока логической единицы на выходе блока цифровой обработки (БЦО), реализующего заданный алгоритм функционирования исполнительных opianoe технологическою оборудования. В схемах на рисунке 2.46 Офаничивающий резистор R\ обеспечивает номинальный ток питания излучателя /„ и предотвращает выгорание р-п- переходов излучателя (светодиода). Резистор R2 предотвращает шунтирование напряжения тогической единицы на выходе фипера памяти, обусловленное низким входным сопротивлением транзистора VT1. На рисунке 2.47 представлены схемы управления излучателем, построенные на базе югическнх элементов-инверторов. В схеме (рисунок 2.47,а) используется инвертор на интегральной микросхеме; на рисунке 2.47,6 — инверюр реализован на базе логического этемента 2И-НЕ; на рисунке 2.47,в — на базе лО|Ического элемента ЗИЛИ-НЕ, а в схеме (рисунок 2А1,\) роль инвертора выполняет внутренний инвертор три|гера блока памяти. Во всех приведенных схемах резистор R] ограничивает входной юк излучателя, а напряжением Ft (обычно Е, = 5В) питается аиод фотоизлучателя онтопа- ры. При наличии на входе инвертора сигнала логической «1» на выходе инвертора Е\ К, Рисунок 2 47 Ilpco6pajoBaiCJm ,ле^гг,и.......,т ,ам| обра.устся ни.кий ло.ическии урове„. ,„ излуча.ел„ Под действием напряжения Г Г"'Г "?^ »'™«*« к катоду . смок нескольку через „ п ,1Среход ^«-* начинае, „^ светоДУ нь.и процесс пронации, 1Ю инверсном вZT7kЮЛшкош^ ** '« Аналогхч- тРи«.сравошикаетси.иалло,„.,еской Ы™!, ^'Ч»^ Когда на Л-входе скои «I - но выходу U и в состояние .огическо п.,КРСХШт * COCTOJ,»"« ланче При вошнкновенин сигнала ло!»^^,^'о ,ОИ,,ВСРСНОМУВШОДУО бо си1 нала ло. ической * I . на входе R KS ttL "*, В*°Де нпяеРтрт (аДв,, ли- «есс; на выходе инвертора образуется ы южий Пр<,исхо ,ит обратный нро- мый к каюду излучателя. Последний запишет ТОГИЧеСКИЙ УРвиень. нрнкладывае- анодом и кагодом становигся равной «vL R '* ртиость «"енииалов межлу о-су^уе, . „а „оде .1р„ем„„ю 4^»3^£S£jT" 2.7.6. „рижрь, расчта „ HpTOln410Ba||m ^ ^^ ра|те Пример 1. напряжение пшания U„ = 24 В |20|. «"щнииъ /„_ \z. ы. Решение. 1. Определяем номинальный гок ЛIK: /«=/У<Л=12/24=0,5А. 2. Принимаем Е= U„=24 В. 3. Используя [ 14|, выбираем схему иеиивертирующею операционист о усили геля (ОУ;, обеспечивающего усиление фото-ЭДС фотодиода (например, типа К140УД14 А,Б,В). Данная схема обеспечивав! режим холостого хода фотодлода, поскольку она имеет большое входное сопротивление (R„= 10*...] 0° Um). 4. Для обеспечения насыщения составною траишетора (VTl, VT2) принимаем ивых=(\,5...3)В. 5. По рекомендациям [25] принимаем Н\ = 10 кОм. 6. Используя |19], выбираем тил оптопары и определяем 1собходимый коэффициент усиления ОУ, полагая Еф=0,75 В: k„y= (1 + R2IR\) = {У^/Е^ 3,0/0,75=4,0; R2IR1 = (кОУ-1)=4 -1 = 3,0; R2=3Rl =3 10=30 кОм. Тип оптопары — АОД 101 Б. Технические характеристики: иЙ„в 1,8 /м, мА 10 к„% 1.5 Uo6p.3on. " 100 1ц6рт* м" 8,0 7. Определяем ток обратной связи через резисторы R\ nR2: I^U-ARl +*2>=3-107(10+30)=75-10 А. 8. Определяем мощность резисторов R\hR2: />=/£-Я1=5,6 10-5Вт; Р2 = ,1.Я2 = ШЮ-4Вг. 9. Выбираем резисторы R\ иЛ2. жаот3^^]' ^ /г1_ОМЛТ-0,125-10К±5«. я2_ОМЛТ-0,125-30К±5%.
Глава II ИХ Определяем неооходимый коэффициент усиления тока р\> составного торе на элементах VT1 и VT2 Принимаем выходной ток ОУ К140УД14 „^,«3.0 vA, руково1Ств\ясь [14]. Коэффициент Ро определяем по формуле Эо = /«/С=0.5 3 1СГ' = 166.6. 11 Выбираем тип транзисторов VT1 и V7Z исходя из следующих соображений Реальный коэффициент усиления pr=pi Р2. где Р, и р2— коэффициенты усиления тока базы транзисторов VT1 и VT2. При выборе необходимо выполнять условие Рр^Ро. учитывая, что мощные транзисторы имеют высокий коэффициент 0»! (Р=70...100). но малое допустимое значение коллекторного тока [43]. С другой стороны, мощные транзисторы могут иметь коэффициент Р= 10...20, а коллекторный ток может достигать для некоторых типов, например, КТ 819, нескольких ампер. Поэтому в составном транзисторе целесообразно первый (входной) транзистор брать меньшей мощности, а конечный (выходной) — большей. Кроме того, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе выбранного транзистора Рк_вих- должна быть больше мощности нагрузки БОР (в рассматриваемом примере должно выполняться условие: />к.тах>(1,5...2,0)Р„). Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер должно быть больше напряжения Е, т.е. £/„ > Е. С учетом изложенного, используя [43], выбираем транзисторы: VT1—КТ315Г: р,=20...150; К max = ЮОМ А; t/„=30 В. VT2 — КТ819Г: р2 = 10...20: Леmax — ' Л* *м (/„=40 В. Принимаем для дальнейших расчетов: Pi =20 (минимальное значение); Р2=10 (минимальное значение). 12. Определяем реальное значение коэффициента усиления: Pp=Pi -р2 = 20- 10=200>р0= 166,6. Следовательно, транзисторы VT1 и VT2 выбраны правильно. Пример 2. Рассчитать элементы БОР на основе транзисторной оптопары (рисунок 2.45,а), предназначенного для управления ЭПК с электрическими параметрами: 1/я= 24 В; Р„- 12 Вт; /„=0,5 А [43]. Решение. I. Выбираем транзисторную оптопару, используя [19], например, АОТ123 А.Б,В. электрические параметры которой приведены ниже: и^в 2,0 /«, мА 20 х,мА 10...20 Uma, В 30...50 0,3 Используя табличные значения параметров оптопары, определяем выходной ток фототранзистора 1вых=1°" при L^E: 1щх = С =С75/„ =0,75-20-1<Г3 = 15 мА. Полученное значение коллекторного тока лежит в середине диапазона изменения выходного тока фототранзистора (/выХ111ах = 10...20 мА). 3 Определяем суммарное значение сопротивления резисторов (Rl +R2), по- £= \}к— 24 В: (/?1 +/?2)=£У/вых=24/15 103= 1,6 кОм. 4. Принимая напряжение U = i s r> " ~~~ ^ на для насыщения транзистора Угп „ (Данная величина ня, п pa VT1), определяем вели^Г На,,РЯЖс'»« Достаточ- ^=(/2//_=15/15 ю>^т"»УРезисторов тнт: ч п * 1 = 1600- inn-1 Jw ~ Ш 0м: 5-Определяем мощность резисС; тиЙ=''5 К°М- ^С^=(,5.10^1500=034Вт; Выбираем, используя [40]: ' 100 = 22,5 мВт. Sz2Jjrr-,-^±5%- 7 п„ Р°=/'//«ь1г=0,5/15-Ю --п-i 7. Полагая коэффициенты усиления R J одинаковыми, определяем максимальное зю^Гг2°В В уСИЛИТеле мощности Принимаем В, = Я,= ш Tr,^,.o Р,=Р,р2=Ш2=.00>р;; ' ^ РСаЛЬНОе ««« коэффициента усиления 8. На основании проведенного пасч мощности, руководствуясь [43]: ^ №,биРаем транзисторы для усилителя VT1—КТ81Г: pmin=10, у адв V12 —КТ819Г: рт1Г=ю, (/„=30B /-70 А 9. Определяем коллекторный ток транзистора VTI:" ^i=Pi-C = 1O-15-I0-3 = 150 мА. Ю. Определяем суммарное сопротивление резистооов <R1+ka\ транзистор V71 насыщается: резисторов (ЯЗ+К4), при котором ., _ №+R4)=E/IKl = 24/0,15= 160 Ом. ров /?4 И~ЯСЬ на"Ря^»"ем f/4=/Kl-/?4= 1,5 В, определяем величину резисто- /?4=tV/Al = 1,5/0,15=10 Ом; /?3 = 160-10= 150 Ом= 1,5 кОм. 12. Определяем мощность резисторов /?3 и R4: Р3 = (IKl )2 ■ КЗ = (0,15)2 150=3,4 Вт; Р4=(/к1)2-/?4 = (0,15)210=0,225 Вт. 13. На основании проведенного расчета мощность резистора /?3 должна быть не менее 4 Вт, а мощность резистора R4 ие менее 0,5 Вт. Поэтому, в качестве резистора R3 выбираем два резистора мощностью 2 Вт, величиной 300 Ом. Для того чтобы расчетная величина резистора #3=150 Ом осталась прежней, соединяем их параллельно. В результате получаем резистор R3 мощностью 4 Вт, а величина резистора R3 = 150 Ом, т.е. совпадает с расчетным значением. В качестве резистора R4 выбираем резистор ОМЛТ-0,5-10±5%. а в качестве ЯЗ — ОМЛТ-2 — 300± 5%, соединенных параллельно. 14. Определяем коллекторный ток гранзистора V72: Д2=Р,Л.=0.15Ю=1.5 А. _ Полученное значение тока значительно превышает номинальный ток обмотки Управления ЭПК, что обеспечивает надежную коммутацию нагрузки с помощью электронного ключа VT2. 15- На основании проведенных электрического и ^^Го^рини^т схему БОР необходимо скорректировать. После корректировки она принимает вид, показанный на рисунке 2.45,6, с резисторами.
134 Глава II Rl —OMlT-l-U5±5%; R3.R4 - ОМЛТ-2 - ЧЮ±5»: R2 — ОМЛТ-0.125-100 ± 5%: R5 — ОМЛТ-0,5 — 10 ± 5%. Пример Л Рассчитать элементы схемы управления излучателем с транзисторным усилителем тока (рисунок 2.46.а). Напряжение питания излучателя Е, =5.0 В (для ТТЛ- смгналоь, КМОП — Е, = 5...20 В). Решение 1. Выбираем тип диодной оптопары АОД Ю1Б Принимаем входной ток измерителя /„ = 10 мА. 2. Определяем величину ограничивающего резистора /?1: /?1 =Е,//„=5/Ю 10 '=0.5 кОм. Принимаем по таблицам /?1=510 Ом. 3. Определяем мощность Р, резистора /?1: Р, = 4 /?1 =0,012 -510 = 510-Ю"4 =51 мВт. Выбираем RI — ОМЛТ-0.125 — 510 ± 5*. 4. Для расчета ограничивающего резистора R2 необходимо знать параметры ТТЛ-сигнала управления, в частности, ток l'Q и напряжение U'Q логической единицы сигнала на выходе триггера памяти. При использовании в качестве последнего, например, микросхемы К155ТМ2, принимаем U'q =4,5 В; IQ=1.0 мА [43|. Тогда величина резистора R2 определяется по формуле R2 = U'Q/lQ = 4,5/l 0_3 = 4,5 кОм. Принимаем /?2=4.7 кОм. 5. Определяем мощность Р2 резистора R2: р, =(IQ)2R2 = l-Ю-6■ 4.7-103 = 4,7 мВт. Выбираем R2 — ОМЛТ-0.125 — 4,7К±5%. 6. Выбираем тип транзистора VT1, обеспечивающего необходимый входной ток излучателя /«1=10 мА. Данный транзистор должен иметь коэффициент усиления по току Р=///б. удовлетворяющий условию При выбранных параметрах VT1 — КТ 315(А...Г), Р = 30...60 [431. Поскольку P>p\nim транзистор VT1 выбран правильно. Примечание: по аналогичной методике рассчитывается схема управления излучателем на основе эмиттерного повторителя (рисунок 2.46,6). Пример 4. Рассчитать элементы схемы управления излучателем на основе логического инвертора ТТЛ-структуры (рисунок 2.47, а...г). Напряжение питания Е\ =5 В, /««о=10 мА (для оптопары АОД 101Б). Решение. Расчет сводится к выбору микросхемы инвертора и определению параметров ограничивающего резистора /?1 по формуле Я' =Е|//«о„=5/10-10'=0,5 кОм = 500 Ом. По справочнику выбираем ближайшее значение сопротивления /?1= 510 Ом и тип сопротивления: R1 — ОМЛТ-0,125 —5Ю±5%. Пример 5. -W^C^aTbrJ^Crnf к™р/)вать Фоторезисторный преобразователь на основе фоторезистора ФСК-П1 с рабочим напряжением л -ъ\п т* w™™w.,o напряжением и,,=50 В, используемый в составе устройства для управления ЭПК (r>Mrvnnw 9ii«^ „ с / «пчд *,,., ^ фисунок z.31,e) с током срабатывания I «U.5 А, напряжением питания £2=24 В _Преобразоватсли Электр...,».,,.,,, 125 Решение. Проектирование ФРЦ МОЖно ря а) выбор тииа фотоиэлуча.еля с'^вёст» 3 Лапв: арактернешкамн 119|; *СПВДв ^Фичсским,, „ с, «7 DUUJ^p ШИН IJ'lflllUt ми характерце! иками 1191- « -чет характеристических „араметров . Р Иа Фото^тора. фотешуча^ля „ •мгипкю I7H1 пт„„лп б) расчет ФРП в целом ,В Г™' ,ои ' ■'-"" * '—Ра- фотоизлучателя „ 1. С помощью 28 определяют» ™ Параметры Рабочее напряжение ^M^j^^Tr Темповой ток Световой ток Максимальное значен™» Среднее значение Минимальное значение Среднее значение Среднее значение удельной чувств» тельности Наименьшее темновое сопротивление Наименьшее значение кратности Интегральная чувствительность Допустимая мощность рассеивания Примечание Фоторезист оры: ФСК- 111 а. ФСК- П1б (для видимой части спектра тромагнитных волн) 2. По вольт-амперной характеристике фоторезистора ФСК-Ill P8I / -ПИ л при постоянной освещенности Е определяете»„ |dU^l4,1,«^l #«-/(#,,) г г -чип - , ' определяется величина светового тока / - «п» Ц,-50 В световой ток /„=700 мкА. освещенность Ео=200 лк Р i. Величина светового сопротивления /k=£/,//„=50/700-106=7l.43 кОм 4. По величине кратности у (см. таблицу) определяем величина темновато сопротивления Я,™=Y^ = 10'-71,43=71.43 мОм. 5. Величина темнового тока /„,=*У/?,„=50/71,43-1()*=(),7 мкА. 6. Величина фототока /tf, = /«-/«=700-(),7=o°9.3 мкА. 7. По величине удельной чувствительности S„> с помощью (2.122) определяется необходимый световой ноток Ф=/<№>-ф=699.3/(80(Ю-50)= I.748-I0"3 им. 8. По люкс-амперной (световой) характеристике фоторезистора '<■« =/(Еф)\и [28J определяется необходимая величина освещенности Еф, обеспечивающая световой ток /„=700 мкА. Для данных значений Up и /„ Еф= 138,88 лк. Для дальнейших расчетов принимается Еф= 139 лк. В тех случаях, когда световая харакгерметика не задана, можно воснолыо- ваться величиной стандартной осветенносги £„. при которой снималась вольт- амперная характеристика фоторезистора /„ = Поскольку необходимая величина освешенносги £#=139 лк найдена из люкс-амперной (световой) характеристики, дальнейший расче. веде.™ ..сходя из Данной величины F. 9. Выбирается тин фотоиигучателя со спектра.,ш* характеристикой, совпа- uDiuHpcieicfl гашриюииуи vomirreniiCTiiKOil фоюрешсюра «ающей (по максимуму излучения) с аналогичной характериешко. Р t 1
120 I 1ЙПЙ II ,хчающ,Ш 1НОД v направленным нмх пением mm М^Ш к? /_,«10 чЛ сила ипучпсмо.ч* нюдом cucrt /., U.I мк \ чапаюхтичикс imiuiin:* прямое »«*™»° «i"P«*«i"« на ФСК ГИ — сиегонлп* {1% T\p* прямом tv4№ По т^ампернон чараггерш wok ( «2,0 В U Прямое »ч»прот«адениСихп чете-га ^ г.-О^-г/Ю 10 IU кОм- 4W Ом 11 Вхо woe напряжение IV «ист кчнее на нхо ie ФР11 « пнгмотсе фот иадучатепь, принимаем равным «0 В Данное напряжение ооычно нснольлустс* форм1фомння цифровых Chiiuiobунраа.ення ГТ-П-чровня. 12 Шретеляется величина oipaHH4Hiuwiuei4»pcHicivp.i Л. в цепи фотон».ту- чаге-га ФРП 1\ч немо икону Ома. тук 1* опре к- .яется ехммок ^противлении г.иК а также величиной «Ут откуда «*г«, = Мгт + К Wv'V+'-rtf- К *(«V«,-f,rr4.y/l¥,==(5-0.01 "МЮ1Л1.01« Л"1 Ом. I V Мощность ограничивающего ре «негорд R Рфж1^ ^,»(О.ОГГ-300 = 310-* В.. В соответствии с ГОСТ принимается тип: ОМЛТ - 0.125 - 300± 5». 14 Истхчмчя (2.119), отфедсчястсяоп1пм.иьное расстояние г„ между фото- ихтучате «ем и фотоприемннком (фоюрезне тором), на котором обеспечивается освещенность Е =139 лк. Так kjk в нроекгнр>смом ФРИ иснолмусгеи светочнод направленного ниччения (с фокчеируюшен пни юн). угол между направлением распространения света и нормалью к освещаемой иоьерхностн ос=0 н cosu= 1. Сила света / опредсладмчгя но пкнрлмме направленности конкретного фотон «.учителя! 19] Для АЛ102БМ сила света 1*104кд. Таким оорадом, г„ * v/(/cose)/£ - Jur*-l/lJ9 - 8.482 10 4 м - 0.848 мм. Примечание- в Тех случаях, koi «а вольт-амперная характеристика фогоре шегора задана, а номинальная освещенность Е„ и люкс-амперная (снеговая') харакгернстн- ки не и «веетны. пч да для оценки освещенности Е пепольчустся выражение (2.118) Е=»<М"Я. Читанная площадь S„ освещенное поверхности н «все тна 1ля конкретных фо- ropewe торов Так. в час i нос i и. для ФСК!11 а нлощздь S„ = 6x6 я 36 м' 1281. Тогда F= 1.748 10 '/36 10* 48.555 лк. Данная величина освещенности получена с учетом рассенпання снега, т.е когда сош<1.0. Носко 1ьку для рассматриваемо! о случая cos«=1.0 '., - JijEш vjO.I-10-748.555 - 1.435 10"3 м - 1.435 мм. Очевидно, что на чанном расстоянии г., спет и «луча теля будет более рассеян, чем на расстоянии £„=0,848 мм. Ою он.ачаст. ч.ч, расчет освещение.., по пели- чине активной поверхноси. Sn фо.ч>ре„,с.ора является весьма приближенным н должен применяться в крайнем случае, когда отсугс.пую, енеювые характерней гафоторе«мстора. 15. Когффиннсш прсобраюнинияФРМ ,* , * *»-Vy«-«WJ/5-nv.Sfc мкЛ/U. 16 «ля обеспечения тока сраба.ывання ' нIk / -п«л •■ »м \гтл «Л*«,л„,. / 1«««мыьанни >ui\ /,r"U,5 А, конЬфнцнеш уенле иям V71 потоку базы (рисунок 2.31,е) Р = /«// »/<у//в, 1Де , mfyif Посте подстановки и преобразования Прсобри «опятелн мекпрачеекпч Ш Mm кон h™ml'rKJh (0.5 71.43 кЛ/МшЫчк Iukiim оориюм. «р.нпнегир \Tl umi41 , , И8Й «лы PatfU- 1488 I» кнчее.вс .ранщегорд пГ''' К°П,Н>"ЩН"» ™**«» ™« ..он .pan .„crop, например, типа КГ 827. v wn^o^i^.J^ NTp ^^ 2.K. 1 IpeoftpH iobh i ели \ол. щ И преоораюваге.ях \очлп. оиюсящнхея к nui ..,„«. . тевдм. иаюлы>сгся нтричны», .ффекг воши.Г И,ЫМ "П^Чмии* j i ..mm ц^ккг. вожикающш! в иронп тиках или но iv нроиочнпках с током нр„ но«,еЙетв,ш на них м„„н„„о.ч> ,ui го "Лм Эффек. Холл и •»«-i«Hucftn,«IIMM1CHm„t^"1^J ач.ц.ы. ...ними при отсу iv i ни., ма. нн! №го ноля Прсоора^агсль \ома пре,ст..М^ т>он че.ырехпоиоеппк ф.клпок 2.4S,,). ,.ь„,о „еннын н ,«н (е гонко,, .иаснны „, „о л проводников магеРи.и.. Два вывоча (I „ ^-юковые. сдцм. для .имк,юче,„« прсофакнмгсля к вне... UCM1 источнику .ока. а дни др>тч (3 и 4) - иогенюш-иои*. мсицу ко.орым,, но. пикает ».д.с. Эффект Ход и ii<.>i.oc>pnpyi it-ч на рнсм.кс 2.48.6. При отсутствии Maiiiimiorti ноля ноиж vioK.poi.on не ih-Mwocnn (схема 1). 1'слн магернал оиюро veil, ю поток л к-к.гнчюи нчее. и ишаков) м а юшос.ь При наличии МЛ1ННТП01Ч1 ноля, вектор магингнои индукции коюро.ч» В напракчен пер нендпкулярно плоскости нрсо«1|1а<овагсля. сччы Лоренца о.кюнякн vk-kt|X4.ij и HCKpuaiMioi их траектории (схема 1П. Oiv направление lpieKPopiiii пр.июци к но Я№1снпю отрицательных шря'юп на право.', сюронс нчасишы (схем.. Ш) Такое накопление шрялов про (очжаскя. .юка ьолшкакчцая между выво ими шшсрсч пая »лд.с. называемая J-Д.с. Холл», не скомпененруе. с. >ы. со.мваемые магннгным нолем. 1 /: \«п« 0.2 0.4 и.Л 0.8 В,Тл
»ч Глава II Сравнение pet » ниш для режима заданного тока имеет вид: ш »fl Ц-Р>мпч/Л.си| мВ ш мАТлммммммГрадм7вс'(2К/) гае постоянная Xo.ua. зависящая от свойств полупроводника, /, я. А — соответственно пина, ширина и толщина пластины по ^проводника; U — подвижность носителей тока. / — ток в преобразователе, F(/A/,u.fl) — поправочная нкция. а — угол между вектором В и п юскостью преобраювателя. Эффект Холла сильно проявляется в материалах с только электронной или только дырочной проводимостью, и он тем сильнее, чем меньше концентрация носителей тока и чем бочьше их подвижность Различают кристаллические н пленочные преобразователи. Первые выполняются в виде тонких пластин (А=0,1 . 0,5 мм), вырезанных из монокристаллов Ge, Si или из крнсталюв химических соединений InAs, InSb, HgSe, HgTe, и др.; вторые образуются испарением в вакууме исходного вещества, которое осаждается тонким стоем (А= 1.. 20 мкм) на изоляционной подложке, например^ из слюды, н их рабочая площадь может иметь очень малые размеры (0,01 хО.01 мм"). Так как потенциальные выводы не удается укрепить точно в эквипотенциальных точках, то между этими выводами при В=0 возникает некоторое напряжение {/„ив этом отношении преобразователь характеризуется коэффициентом неэквивалентности k„=VJV. (2.138) где U— входное напряжение. Так как выходная величина преобразователя зависит от двух входных величии I и В (2.137), то его чувствительность — гальваномагнитная чувствительность определяется выражением SIB=EJ{lB)=BJh, (2.139) полагая функцию F= I и а=90°. Прн /=const имеем чувствительность к магнитной индукции; прн В=const — чувствительность к току. На рисунке 2.48,в,г приведены характеристики EX3=j{B) и Екп=ЛГ) преобра- зоватетей, изготовленных нз различных материалов, а на рисунке 2.48,д показана зависимость чувствительности к току S; от индукции В для преобразователей разных размеров В постоянном магнитном поле и при питании постоянным током э.д.с. тоже постоянна. Естн же одна нз входных величин переменная, то на выходе преобразователя возникает переменная э.д.с. той же частоты, что н частота входной величины Если ток изменяется с частотой со,, а магнитная индукция с частотой со2, то адх состоит из суммы двух составляющих, одна из которых изменяется с частотой (со, -оь). а фугая (со, + с^ь). В частном случае, когда ток и магнитная индукция имеют одну н ту же частоту, но сдвинуты по фазе на угол <р, э.д.с. имеет постоянную составляющую и переменную двойной частоты: Е„=/?„fl/lcostp - cos(2cor+<p)]/A . (2.140) В постоянном магнитном поле и при питании переменным током э.д.с. не изменяется при изменении частоты тока в широком диапазоне — до десятков мегагерц. В переменном магнитном поле в преобразователе возникают вихревые токи, с иягорычи связано увеличение э.д.с. что особенно заметно, если преобразователь находится в среде с большой магнитной проницаемостью (например, в узком зазо- ре магкитопровода). г г j На рисунке 2.48,е приведена частотная характеристика преобразователя из JZIZT B ТМ 3а3°Ре *ePP"TOBOro сердечника: по оси ординат отло- отношеяие эд с. Е , прн частоте / к э.д.с. £„0 при /=0 Погрешности преобразователя обусловлены, в основном, температурой. [Преобразователи ^WKt^ ' ~ !—^^Ла^чиков^^ У лучших типов нреобраювателей пн " ~~ ^ .емнературот-^()до+1()0°с И °на вставляет 002 П \чюп Напряжение „е,квипоте„Циаль110с.1и ' "^"^ ■»■"-«„ зависимость, которая может достигав! "" В Ценности е,0 темп™ вает порог чувствительности и точн!' ДеСЯТКов ^кровольт н, °2 "ера1уРНая На рисунке 2.49 „JZT"0™"^™^ Ф*Чуе- ОГрани™- На рисунке 2.49 показана зависимость от температуры Г постоянной Холла /?„ при раз. личных значениях конценграции носителей тока п. Как видно из рисунка, чем меньше и, т.е. чем больше чувствительность, тем сильнее зависят параметры преобразователя от температуры. Следует учитывать нели- нейноегь уравнения преобразования (2.137). Для различных типов преобразователен в диапазоне £=0v.l Тл нелинейность составляет 0,5.. .4,0%, а в диапазоне 0...2 Тл она может достигать 10%. Преобразователи Холла находят применение для измерения больших постоянных токов, orTK-J I0J "in'6 -зг _10 см р= Q,001S 0мм 220 260 380 т°К 300 340 Рисунок 2.49 мощности, фазы, а также для умножения частоты, анализа формы кривой, модуляции н демодуляции малых сигналов. Кроме этого, они могут использоваться в приборах для измерения неэлектрических величин: линейных и угловых перемещений, вибраций, крутящих моментов с предварительным преобразованием измеряемых величин в изменение магнитной индукции или тока. На рисунке 2.50 показана схема датчика давления (а), действие которого основано на смещении постоянного магнита 2, закрепленного в центре мембраны 3, относительно хол- ловского датчика 1, и его характеристика Неых=Ч>(р), показывающая изменение выходного сигнала в зависимости от давления/? (б). Рисунок 2.50 2.9. Пьезоэлектрические преобразователи е. к Пьезоэлектрические преобразователи относятся к электростатическим, т. преобразователям, в которых носителем выходной измерительной информации является электрический заряд. Их принцип действия основан на том, что, если к пластине, определенным образом вырезанной из некоторых кристаллов, приложить механическое усилие, то на ее гранях возникают электрические заряды. Наоборот, внешнее электрическое поле, действуя на эти же грани, вызывает механическую деформацию кристалла. Первое нз указанных явлений называется прямым пьезоэлектрическим эффектом, авторое—обратным [56]. Веществами с такими свойствами, называемыми п ь е з о э л е к т р н к а м и, являются кварц (двуокись кремния) с ненарушенной кристаллической решеткой, а
\\ Глава II же гнтанаг бария (BaTiCM. цирконат-тнтанат свинца (Pb(Zr()s5Tio.4s)00 (кера- ЦТОмдр Если из кристалла кварца (рисунок 2.51.а) вырезать параллелепипед так, чтобы его грани были параллеаьны главным осям (так называемый .А-среэ), то под ■ействиеч силы Fx в направлении оси X на гранях, параллельных механической \нейтральной) оси У. появится электрический заряд qx (рисунок 2.51,6): qJL=du-Ft. (2.14I) где d\\ — пьезоэлектрическая постоянная (пьезоэлектрический модуль по толщн- -12 не), зависящая от свойств материала (например, у кварца dn = 2,1 • 10 " Кл/Н, тн- таната барня dt, = (67... 115)-10 '2 Кл/Н). Индексы соответствуют направлениям осей илн плоскостей, при этом цифрам 1, 2 и 3 соответствуют направления осей X. К и Z, цифрам 4, 5 и 6 — плоскости ZY, ZX и YV Первый индекс характеризует приложенное воздействие, второй — полученный рез>льтат. Так, у пьезомодуля dt t индекс 1 означает, что пластина деформируется вдоль осн X и напряженность поля измеряется тоже вдоль этой оси. Ест сила Fv направлена вдоль оси Y, то наблюдается поперечный пьезоэф- фект, а заряд ?,=-4-Wf„ (2.142) где v и у — размеры пьезоэлемента в направлении осей X и Y. При действии по осн Z пьезоэффект не наблюдается. Рис\нок2.51 Пьезоэффект, наблюдаемый при действии Fx, носнт название продольного. Знак заряда изменяется с изменением знака Fx. У титаната барня пьезо- модуль примерно в 50 раз больше, чем у кварца, у ЦТС в два раза больше, чем у титаната барня. а у ЦТБС — в два раза больше, чем у ЦТС. В связи с тем, что выходное (внутреннее) сопротивление преобразователя велико, а развиваемая нм мощность чрезвычайно мала, выходное напряжение требует усиления для чего применяются усилители с большим входным сопротивлением (10... 10' Ом). С цечью получения заряда большей величины (например, в датчиках давления) пьезоэлектрические элементы механически соединяются последовательно, а электрические — параллельно (рисунок 2.51,в). Суммарный заряд в этом случае определяется по формуле 4i=nqt (2.143) где л — число пьезоэлементов в виде шайб, дисков или пластин При использовании пьезоэлектрических датчиков обычно измеряют не заряд, а напряжение на емкости, образуемой обкладками пьезоэлементов, которое нахо- я по формуле u=qzlc=nqJc=ndlXFJc, (2.144) —iI^*!?£BaTHM^^rp„.lecKlix JLJ^ckmx^атчиков^^ где с — собственная емкость пьезой Широкое применение в качестГГ^4^01"0 датч™а Для использования в качестве п к Действиям всего в направлении осн Z (рисунок Ы^Т™* Ч*"*» п-™РизуЮт чаще направлением. Направление осей X и У СнГ Т™ "Р^ственн- оси Z вызывает деформацию (сжатие) монокпГта f™ F' Ч****"** по Дах 2 напряжения Uz, ««^.'«S^-"*-*^ где Г-толщина пластины вдоль оси Z в м- Ь«1 ^^ м; Fz — сила, приложенная по оси Z в Н- « _1 ""фина и длина пластины в ной преобразователь (рисунок 2 51 в) ' ЧИ°Л° Пластин' образующих состав- Обратным пьезоэффектом можно воспользоваться п™ „ преобразователя перемещения Пои ппипоГ построения обратного ностью Е вдоль оси Д отно^елЬ1«Z, Э^т™™ пшш напряжен- отнооительная деформация в направлении этой оси i±x./x=ali Ех. Учитывая, что Е =UJx ™*> // „ (2.146) ние, имеем ^ ' * "' ~ nP™°™oe к пьезоэлементу напряже- шнро1Гпг1енЛяГ"а ДСфОРГ ™ 0ЧСНЬ МЙЛа (ДОЛИ М-Р°-^ пьезоэлементь широко применяются для возбуждения ультразвуковых колебаний или для измерения очень малых перемещений (например, в нано.ехнологиях). Одной из наиболее перспективных конструкций пьезоэлектрических преобразователей, предназначенных для датчиков сигналов, является биморфный пьезоэлектрический преобразователь (БПЭ), образованный пластин"-3»'" тт* ° ~" дами 1 и соединительным швом 3, используемый как преобр СКОЙ IIFllllUllUii ■> >i*w,.. ,. /--С .._" зователеи, предназначенных для датчиков сигналов, является биморфный пьезоэлектрический преобразователь (БПЭ), образованный пластинками ПЭ 2, электродами 1 и соединительным швом 3, используемый как преобразователь электриче- скпы величины в механическую (обратный пьезоэлемент) (рисунок 2.52,а). А'А / р-— // 1 lA'^111 \ ЕорП2 Fop 7/f /,с V а) в) 1000 2000 Р.н1\С г) Рисунок 2.52
ч* Глава II » ч, — —■ №гмб Л, БПЭ можно рассматривать каь результат цейсзвия поперечных сил Ь м t . которые появляются в составляющих его пьезоэлементах «i и п2 за счет (фодольных сит F^,. направленных в противоположные стороны. Это достигается тем. что вектор Fcp напряженности поля, индуцируемого преобразуемым напряжением F в одном ПЭ. совпадает по направлению с вектором поляризации Е,„ а в др\том — сдвинут относительно него на 180°. На рисунке 2 52.6 изображен пьезоэлектрический обратный преобразователь на базе такого биморфного пьезоэлемента. применяемый для измерения давления весьма малых ветчин (доли Паскаля) [15] БПЭ выпочнен в ви№ крупой мембраны 1 с напыленными на нее полосками 2 из полупроводникового материала PbS. закрепленной на упругой подвеске из фольги 3. выполняющей функции центрального электрода БПЭ. Полупроводниковые полоски (тенки) нанесены по две на каждую сторону мембраны и являются составными элементами измерительной схемы в виде тензометрического моста (RI — Я4) (рисунок 2.52,в). В общем случае в схеме может быть использован со- пасующий элемент (СЭ). которым является усилитель постоянного тока с модуляцией переменным напряжением сигнала постоянного тока. При отсутствии сигнала (давления) тензометрический мост находится в состоянии равновесия и выходное напряжение его равно нулю. Наличие давления приводит к разбаланенровке моста вследствие различных знаков деформации тен- зосопротивлений, размещенных на противоположных поверхностях мембраны. Возникающий сигнал (напряжение) подается с выхода моста через СЭ на мембрану в потярности, которая соответствует отрицательной обратной связи. Под воздействием этого напряжения мембрана изгибается в сторону, противоположную направлению приложенного давления, что приводит к уравновешиванию моста. В ряде случаев можно обойтись без согласующего элемента — усилителя. Если, например, тензосопротивление из PbS с размерами (15x5)10 м и толщиной (5...10)-10 м имеет активное сопротивление около 300 кОм, то при коэффициенте тензочувствительности K={AR/R)/(Al/I)=lQ , относительном изменении сопротивления Др/р = 10% и напряжении питания моста V„ = 300 В выходное напряжение тензометрического моста будет U0=±27 В, т.е. вполне достаточное для воздействия на мембрану. Диапазон давлений, измеряемых с помощью датчика на базе данного преобразователя, с мембраной из ЦТС-19 диаметром </=41-10"3м и толщиной 710"4м, находится в пределах (0...500) Н/м". На рисунке 2.52,г приведены результаты экспериментального исследования преобразователя с тензорезисторами из PbS, сопротивление которых равно 20 103 Ом. Толщина пластин БПЭ — 0,35 мм. Характеристики 1, 2 и 3 соответствуют диаметрам БПЭ, равным 41 мм, 35 мм и 6,5 мм. Постоянная времени преобразователя составляет (1...3V103 с- погрешность — 0.5 ..1.5%. ' V Пьезоэлектрические тензометры данного типа обладают большой мощностью при работе в резонансном режиме, поэтому их можно нагружать на катушки индуктивности, светодиоды, электрооптические преобразователи (жидкие кристаллы, элементы Кэрра). Как было отмечено в § "> 1 в об ство содержащее механический чув^Г Д!ТЧик представляет собой усгрой- преобразователь (П). Учительный элемент (ЧЭ) и электричеТГй В ряде конструктивных исполнений чувствительных элементов. являющи^^^ ПРадУс^ривается наличие сигналом информации и электричес^ГпреТбТ**"™»" Унтами между ления или преобразования сигнала в более 'ЙГ^^' И °™™ *"S ческом преобразователе. В этих случаях^ТалГГ Г l™"°— « электри- воздеиствие на этот преобразователь, собствеГп ИНф°рмации ^вают прямое нок 3.1). «-ооственно " являющийся датчиком (рису- Сигналы информации г2 в виде изменения магнитного сопротивления R '' / *""»*-» относительной магнитной проницаемо- ''У/^Т^—у! ''* сти ц, относительной диэлектрической / Г~Т|~ \/~Г~~ проницаемости е, потока излучения ф / (магнитного, светового), действующие в / ^~* / зоне измерения, как правило, не требу- " -' ют наличия в конструкциях соответст- Р«^нок3 1 :леГнИтоГИК°В (ИНД>™НЫХ- ««"«. Фотоэлектрических) чувствительных Наряду с этим, сигналы информации г,, в виде перемещения S усилия F лав ления Р, температуры , в большинстве случаев требуй наличия чЕГе^ элементов, выполняющих функцию усиления сигналов. ительных 3.1. Чувствительные элементы датчиков Чувствительные элементы могут быть выполнены жесткими или упругими. В качестве простейшего жесткого ЧЭ используются штоки Ш, штанги и т.п., размещаемые в направляющих трения скольжения или качения с передаточным отношением, равным или меньше единицы (рисунок 3.2,а). Чувствительность таких элементов, а, следовательно, и погрешность позиционирования, зависит от величины зазоров в направляющих и износа. Большей чувствительностью и меньшей погрешностью обладают рычажные элементы РЭ (рисунок 3.2,6), используемые, например, в составе электроконтактных датчиков перемещения. Обозначив величиной Ду погрешность, возникающую в контактах К датчика, и приведя ее к линии измерения, т.е. к линии действия усилия F, нетрудно заметить, что она будет составлять Ау/к,,, где к„ = L/a — передаточное отношение ЧЭ датчика. Таким образом, возникающая в контактах преобразователя погрешность Av, обусловливает в к раз меньшую величину изменения положения ЧЭ, т.е. в к раз меньшую погрешность срабатывания преобразователя. Однако следует иметь в виду, что значительное увеличение передаточного отношения (* > 25) приводит к повышению инерционности ЧЭ и датчика в целом, а также вызывает увеличение входного сигнала (усилия F). В канесп/упру™ ЧЭ Ч-«™™ -^^SSSS^ ™ сУнок 3.2,в), круглые плоские М (рисунок 3.2,е) или гофрирован (Рисунок 3.2,д). электроконтактного преобразовате- На рисунке 3.2,е показан пружинный иэ ^^^ обусЛОвлен„ая ля> Достоинствами которого являются высокая чу
Глава III отсутствием кинематических пар с внешним трением и гарантированных зазоров, надежность в работе и возможность получения больших передаточных отношений при небольших габаритных размерах. ЧЭ состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 колодок, соединенных между собой двумя плоскими пружинами 3 (пружинный параллелограмм). К колодкам прикреплены две плоские вертикально расположенные пружины 4, в месте соединения концов которых установлен подвижный контакт К. Если не учитывать прогиб пружин, то передаточное отношение км - l/Ъ (рисунок 3.2,е). Так как треугольники ABC и FDE подобны, можно записать, что ku = L/a. Поскольку толщина пружины весьма мала (примерно 0,06...0,1 мм), то и размер а можно выдержать небольшим. При а = 1 мм передаточное отношение kM = L[ll]. Кроме мембран для преобразования давления р в перемещение упругих ЧЭ, взаимодействующих с электрическими преобразователями П датчиков, широко используются сильфоны С (рисунок 3.2,ж) и плоские трубки Т, изогнутые по дуге (рисунок 3.2,з) или по спирали (рисунок 3.2,и). В этом случае ЧЭ, как правило, дополняются пневматическими соплами ПС, предназначенными вызывать изменение действующего на ЧЭ давления воздуха в зависимости от изменения контролируемых неэлектрических величин (величины перемещения, размера и др.) (рисунок 3.2,к), которые могут быть классифицированы тоже как ЧЭ. При этом имеет место двойное преобразование и усиление контролируемой величины, например, перемещения, сначала в изменение давления, а затем снова в перемещение, но уже ЧЭ в виде мембраны или сильфона. Следует отметить, что в системах пневмоавтоматики пневматические сопла выполняют функции преобразователей механических величин в давление рабочей среды или непосредственно датчиков. 3.2. Электроконтактные датчики с механическим воздействием Электроконтактные датчики с механическим воздействием применяются в системах последовательного управления, когда команда на работу последующего лена автоматизированного оборудования дается либо в середине, либо в конце работы (перемещения) предыдущего звена, например штока пневмоцилиндра. В -^"™^^^ !!!?Н]1Датчиков силу эюго, такие датчики получают название путевых датчиков или конечных выключателей. Они могут быть подразделены на кнопочные или рычажные. Для позиционирования рабочих органов с точностью (0,3...0,7)-10~- м применяются моментные конечные выключатели (микропереключатели), работающие в режиме переключателя, конструкция которых пред- J35 Рисунок 3.3 9" 8/ - -г -<-i • iu-УНОК AS ставлена на рисунок 3.3,а. Неподвижные контакты 7 „ * вом корпусе 4 с отверстиями для закрепления Гтех! J^"™ расположенными друг 0т друГа на расстоянии £ ™ К™ °6™0Ba»™. плен на конце распорной поужины ^ " Подвижный контакт 5 укре- При воздействии JZ^^^T Ю "^ 7 И Ф-™"* 6 час^й. изменяется направление cJ^LZTZ „аТГ^ ^М™» ■***"»* и чего контакт 5 пе- Явствующих на распорную пружину, в результате ребрасывается в нижнее положение за время 0,01...0,02 с, обеспечивая тем самым надежную коммутацию электрических цепей. Ход штока 1 составляет десятые доли миллиметра. Микровыключатели типа ВМК-ВЗГ, например, отключают ток 2,5 А при постоянном напряжении 220 В и переменном 380 В. Конструкция рычажного путевого датчика с ломающимся рычагом показана на рисунке 3.3,6. При перемещении рабочего органа справа налево его воздействие на ролик 1 приводит к повороту рычага 2 против часовой стрелки вокруг оси О, в результате чего подпружиненный ролик 11 переместится по полке 10 качающегося рычага с подвижными контактами 7 и 8 и изменит направление действия силы, создаваемой пружиной 12, по отношению к оси качания рычага. Поворот рычага с подвижными контактами вокруг оси О произойдет лишь после того, как приводной рычаг 2 переместится на несколько большую величину и отведет собачку 5 от полки 10 качающегося рычага. Phcjuok 3 4
136 Глава III Освободившийся рычаг под действием пружины 12 бысгро повернется, разомкнет контакты 6 и 7 и замкнет контакты 8 и 9, а также зафиксируется другой сооачкой. После снятия усилия, приложенного к ролику 1, рычаг 2 под действием пружины 4 возвращается в исходное положение и происходит обратное перемещение контактов. Кольцевые пружины 3. введенные в состав рычага 2, обеспечивают компенсацию перебега рабочего органа, воздействующего на ролик 1, а при движении рабочего органа слева направо обеспечивают «ломку» рычага, способствующую свободному его перемещению (возврату) без срабатывания датчика. На рисунке 3 4.а, б представлены путевые датчики фирмы «Festo» с роликовым рычагом РР (а), срабатывающим при движении рабочего органа как в прямом, так и в обратном направлениях, и с ломающимся рычагом ЛР(б), срабатывающим только при движении рабочего органа в одном направлении. Основой данных конструкций путевых датчиков является микропереключатель 1, закрепленный в корпусе 3 (рисунок 3.4.в). Связь приводного штока микропереключателя с РР или ЛР осуществляется через шток 2, имеющем в своем составе компенсационную пружину сжатия, предохраняющую микропереключатель от поломки при чрезмерных угловых перемещениях рычагов. 3.3. Электроконтактные датчики с магнитным воздействием Датчики данного типа применяются в электропневматических системах последовательного управления в тех случаях, когда необходимо избежать прямого механического воздействия исполнительных органов технологического оборудования на их чувствительные элементы. Они могут выполнять функции как путевых датчиков, так и конечных выключателей. На рисунке 3.5,а представлен внешний вид электроконтактного датчика 1 типа SME-1-LED-24 с узлом крепления на технологическом оборудовании в виде планки 3 с винтом 2, посредством которого датчик фиксируется, например, на цилиндрическом стержне 4 диаметром 6 мм. Датчик состоит из разъемного корпуса 2 (рисунок 3.5,6), внутри которого размещены геркон 4 и плата 1 с индикатором срабатывания (включения) в виде желтого светодиода 3, залитые искусственной смолой. ^^£255!^^^ Примером практического использования таких электроконтактных датчиков в качестве концевых выключателей может служить их установка на стяжных шпильках или ребрах жесткости пневмо- цилиндра одностороннего действия (рисунок 3.6), поршень которого снабжен постоянным кольцевым магнитом. При приближении поршня 1 с магнитом 2 к центру геркона 3 магнитное поле замыкает его контакты (рисунок 3.7). Минимальный ход поршня Smm между двумя переключениями определяется с помощью выражения [37] где Htmx — максимальная величина гистерезиса (рисунок 3.8), определяемая из таблицы 3.1. Максимальная скорость Vmax зависит от пути срабатывания перемещения Scp соответствующих типов пневмоцилиндров, а 'также от времени срабатывания подключенных к датчику элементов, например, распределителей воздуха в полости пневмо- цилиндра. Так, например, для пневмоцилиндра типа DNNZ диаметром 80 мм с датчиками типа SME-1- LED-24, имеющими путь срабатывания 5ср=10 мм, подключенными к пнев- мораспределителю типа JMTH-5-1/4 с временем срабатывания tcp= 16 мс, скорость срабатывания Кшх=5с/,Л=10/16=0,625 м/с. Пневмоцилиндры, снабженные электроконтактными датчиками с ■ «илица.5 0 цил., мм 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 Тип Цилиндра ESKDSN^" ESNI)SN___ ESNDSN___ ESN.DSN DGS ESN.DSN DGS ESW.DSW DN.DNZ DNNZ ESW.DSW DN.DNZ DNNZ ESW.DSW DN.DNZ DNNZ ESW.DSW DN.DNZ DNNZ DN.DNZ DNNZ DN.DNZ DNNZ DN.DNZ DN.DNZ DN.DNZ DN.DNZ DN.DNZ 1СТИКИГ Гисте ~SME~ 2 2 _ 2 _ 2 2 1.5 9 2 2.5 2,5 2 2,5 2,5 2 3 3 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 4 5 урконо резне, . MM SMP 1,5 1,5 2 2 2.5 2 1,5 1,5 4 4 2 4,5 4,5 2 5 5 2 5 5 5 5 7 7 5 6 7 7 7,5 в Путь срабат., Sm. мм SME 7 5 8 6 7 6 7 10 7 7 9,5 8 8 10,5 8 8 11 9 9 10 10 10 10 11 11 10 11 и SMP 9 9 И 9 9 17 10 12 15 15 12 15 15 12 17 17 13 18 18 19 19 20 20 15 16 16 16 16 Рисунок З7
«МкЬ- Глава III P*cvbok3 8 60 мм (рисунок 3.9) Mai нитныч вошейсгви ем, не 1ыя рашешать в местах действия сильных магнитных полей, например, в сварочных машинах. Минимальное расстояние между двумя пневмоцилинирами, снабженными такими датчиками, при отсутствии защитного экрана должно составлять mm t>o мм J Phcviiok 3 9 3.4. Индуктивные датчики щ подтверждение выполнения перемещения •в составе жестких |ур ров оборудования h Индуктивные датчики сигналов (команд) позволяют бесконтактно регистрировать функциональные движения исполнительных органов технологического оборудования ити объектов производства, выполненных из электропроводящих материалов. Процесс коммутации электрических сигналов, вырабатываемых преобразователем датчика, также осуществляются бесконтактно. Области применения индуктивных датчиков показаны на рисунке 3.10. С их помощью можно осуществлять: контроль отработки перемещений исполнительных органов технологического оборудования, например, защитных кожухов, сеток станков и подъемных устройств, дверей, экранов и др. (поз. 1); контроль отработки перемещений револьверных головок, пинолей, инструментальных кареток станков, выполняемых с высокой точностью, гарантируемой жесткими упорами (поз.2), переключение с высокой скоростью сортировочных устройств для объектов производства, перемещаемых с помощью ленточных и других транспортеров шоз.З); определение частоты вращения и обнаружения простоев (поз.4); сортировку в зависимости от материалов объектов производства (поз.5); точное позиционирование объектов производства в зажимных приспособлениях станков (поз.6); направление перемещения объектов производства в транспортных потоках (поз.7); направление вращения при прямых и обратных ходах (поз.8). На рисунке 3.11 представлены внешние виды и конструктивные параметры некоторых типов индуктивных датчиков: тип SIE-4S-PS-S-LED со штеккерным разъемом Ш, предназначенный для установки в гладких отверстиях малого диаметра, имеющий диаметр рабочей поверхности 1, равный 4 мм, снабженный подтверждающим срабатывание светодиодом 2, с рабочей частотой /= 5000 Гц и током нагрузки/=75 мА при рабочем напряжении £/ = 24 В и температуре t = 25°С, весом т = 0,005 кг (а); тип SIE-M8S-PS-S-LED, /=2000 Гц; U = 24 В; / = 125 мА; т = 0,015 кг (б); тип SIES-Ml2xl-PS-K-LED с при- распознавание материалов позиционирование 1*Настоты иш «рамииш определение направления перемещения Рисунок 310 ^грук^внме^ —^^обенносги датч] т Рисунок 3.11 соединительным кабелем К и светодиодом 2, предназначенный для контроля угловых положений секторов и других исполнительных органов технологического оборудования, совершающих качательные движения,/= 800 Гц; т =0,135 кг (в); тип SIE-V3-PS-K-LED,/= 250Гц; m=ftI2 кг; tcp= 1,2 мс. со светодиодом 2, предназначенный для пакетного монтажа, т.е. образования линейки (блока) датчиков (г). Датчики с переключателями типа PNP снабжены присоединительным кабелем серого цвета, а типа NPN — черного. Устройство датчика, выполненного в резьбовом корпусе и снабженного присоединительным кабелем, показано н» рисунке 3.12. Датчик сконструи- { Рован по принципу трехпроводного J переключателя постоянного напря- У Жения с отдельным контуром для напряжения питания. Рисунок 3 12
Глава III 30 2<Ч <fe.B ^ч/ЧЛч/4 -31.2 В _£Г-(Ь=2,4П |--^члг^1-^+24В -«ЧЛч/Чё: -8.8 В С ^ЫП ^гтад 1— \пш /\ -5„+Я L-U*, б) РнслнокЗ.13 Переменное магнитное поле I создается катушкой 2 с ферритовым полусферическим сердечником, установленной в резьбовом металлическом корпусе 6 с помощью защитного экрана 3 с оттиском фирмы «Festo» на рабочей поверхности. Преобразователь 5 выполнен по гибридной схеме и изолирован от корпуса капто- новой пленкой 4. Световой индикатор срабатывания (светодиод) 8 и присоединительный кабель 9 установлены в крышке 7. Для герметизации полость датчика заполнена специальным компаундом. Кривые срабатывания датчика (рисунок 3.13.а) расположены кругами над активной (рабочей) поверхностью датчика в зоне действия высокочастотного переменного магнитного поля 3, создаваемого катушкой 2, размещенной в корпусе I датчика. Они состоят из кривых включения 4 и выключения 5, разность между которыми есть гистерезис, отнесенный к входному сигналу датчика. Срабатывание происходит при введении в активное пространство объекта измерения(контроля) 6. Постоянное напряжение для работы датчиков Ue может выбираться в пределах от +10 В до + 30 В. Эти предельные значения не должны ни занижаться, ни превышаться, так как это отрицательно отражается на эксплуатационной надежности датчика. Напряжение пульсации Uw не должно превышать 2,4 В (рисунок 3.13,6) и его следует учитывать при определении предельных значений. На рисунке 3.14 показаны коммутационные расстояния индуктивного датчика, определяющие дальность его действия. Коммутационным расстоянием называется расстояние, на котором измерительная пластина из стали ST37 (аналог — сталь 35), приближающаяся к рабочей поверхности датчика диаметром d, вызывает изменение выходного сигнала. Номинальное стояние V а+Н п+Я Рабочая поверхность -(-Датчик Рисунок 3.14 коммутационное р а с - Л„ — это параметр, при котором не принимаются во внимание ни технологические допуски, ни отклонения вследствие изменения температурь, или жжения Реальное коммутационное р а с с т о я „ и е S, определяется при нальном напряжении и температуре окружающей среды 293°К (=20°С). Оно ет иметь максимальное отклонение ±10% от номинального коммутационного -^hz^^ ^датчиков 141 Полезное коммутацией»* пределах установленных лиапя™. Расстоянт> v мак_ое on_'SS~^Г ^^^^^ Рабочее к°ммутационНОе ™КГ МуТацИо»но'о расстояния при котором датчик работает в пределах до* ° Я"И С S" ~ эго Расстояние находится между рабочей поверхнос^ьГи^Г?" ***""* —У-ации. Оно Воспроизводимость Г поп™ ШЛЬ,МзначениемS. изведсния (повторения) следу^Х^гГ "^^ « упрочении 8 часов при постоянной темпер^Ре напГ "*" ВЫХ°ДНЫХ си™алов в те- отклонение от номинального ±5%. Р на«Ряжении, имеющих максимальное Петля гистерезиса дат включения при приближении измерительной^ РЗЗН°СТЬ ХОДа межд> ™кой ее удалении. Показывается в процента^ ' " """" " Измерительная стальная пластина имеет форму квадрата со стороной т, равной диаметру d рабочей поверхности датчика. Толщина пластины — 1 мм. На рисунке 3.15 представлены типичнее кривые изменения пускового момента и петли гистерезиса переключательных элементов датчика (пунктиром — выключенное состояние, т.е. дат- точкой выключения при S„ (мм) =М18 мм9 876543211 23456789 мм Рисунок 3.15 Рисунок 3.16 чик не заглушён; сплошной линией — включенное состояние, т.е. датчик заглушён). Индуктивные датчики могут быть установлены в металлических держателях или деталях технологического оборудования, как это показано на рисунке 3.16,а, что никак не отражается на их характеристиках. При последовательном монтаже между ними следует соблюдать расстояние, равное диаметру d Датчика. При монтаже в полости металлического держателя или детали технологического оборудования следует выдерживать расстояния от рабочей поверхности датчика до этих элементов, показанные на рисунке 3.16,6. Размер свободной зоны должен быть выдержан в пределах Зх55„. При выполнении измерительной пластины из цветных металлов Sn уменьшается (рисунок 3.17). Рабочие коммутацион- прйствии с измеритель- ID -.71- -d- ■шш"и о„ уменьшается фисуник j.i#/- ные расстояния Sa датчиков при взаимодействии с измеритель ной пластиной (объектом измерения), выполненной из мате Риала, отличающегося от стали St37, даны в таблице 3.1. ной пластиной (объектом изм Датчик 3 7
A"* Глава III ТЬ&яица 3.2. Коммутационные расстояния Sa датчиков Материал объектов контроля Сталь St 37 (аналог — сталь 35) Хромоникегевая сталь laTvm \ЛЮМИНИЙ Медь Sa 1,0 xS„ 0,9 х S„ 0,5 х S„ 0,5 x S„ 0,4 xS„ Пример. Номинальное коммутационное расстояние — S„ =4 мм. Материал объекта, латунь. Опредетить рабочее коммутационное расстояние Sa. Решение. Из таблицы 3.2 для латуни Sa = 0,5x S„ = 0,5x4 = 2 мм. Описанные конструкции индуктивных датчиков обладают следующими преимуществами- — отсутствие механического износа; — отсутствие отказов из-за загрязненных, обгоревших или сварившихся контактов; — отсутствие вибрации контактов; — высокая скорость переключения (около 5000 Гц); — большой срок службы, не зависящий от числа циклов срабатывания; — невосприимчивость к вибрациям, ударам; — любое положение при монтаже; — полная герметизация, создающая высокий класс защиты. 3.5. Олтоэлектронные датчики Оптоэлектронные датчики фирмы «Festo» состоят из двух основных узлов: передатчика и приемника. В зависимости от исполнения и области применения дополнительно используются рефлекторы (отражатели) и световоды. Передатчик и приемник помещаются либо в один корпус (отражающие зонды и отражающие световые затворы) или они размещаются в отдельных корпусах (односторонние световые затворы). Основные типы оптоэлектронных датчиков представлены на рисунке 3.18. ¥ \- -=•* в) Рисунок 3.18 ^^^~-~^^^1^В^итР^ 143 Датчик, функционирующий ня светового луча, имеющего им,,™ °CH°Be ^^емого от ыь^ л"~^^ показан на Односторонний свете» - 'ьн"х отражателей (реф- объекТОМ производства светшого ;;vr^^^ Использованиесветоводоввсоставеда. " **** измерения (рабочей зоны) (рисунок 3 Г8 г, 17^ ПШВОЛЯет внести их из зоны тов с малыми габаритными размерами и ±1™ 0С*щес™ятъ контроль ^ек Нарисунке3.19„РеДставле„ако„Гу^яИфОРМЫ- "струкция отражающего зонда, состоящая из -П. 1 —г—t—ч {~ 2 3 4 5 6 7 '8 Рисунок 3.20 а) Рисунок 3.21 f>H£ а) Рисунок 3.22
1*4 Глава III SN(mm) *50 ,, mm 10 0 5 Fhcvhok 3 23 10 латунного корпуса 5 с наружной резьбой, внутри которою размещс- ны фотоэлектронный узел 7, смонтированный в прозрачной крышке 1, электронной пла1ы 6, охваченной защитным жраном 2, и потенцио- мегра 3. Закрепление присоединительного кабеля 4 в корпусе датчика обеспечивает сто раз! рузку от натяжения В блок-схему зонда (рисунок 3.20) ВХОДЯ1 ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО напряжения 9 величиной К)...30 В, осциллятор 1, передатчик 2 и приемник 3 излучения, предусилитель 4, сумматор 5, импульсно- уровневый преобразователь 6, индикаторный светодиод 7 и выходной элемент 8 с защитной проводкой. Выходной элемент может выполнять функции замыкающего контакта (элемент «И»), размыкающего («НЕ») или переключающего («ИЛИ»), что определяется входящими в его состав транзисторами. На рисунке 3.21,а показана схема выходного элемента, выполняющего фикцию замыкающего контакта с транзистором р-п-р перехода; на рисунке 3.21,6 - п- р-n перехода. На рисунке 3.22,а дана схема, реализующая функцию переключающего контакта на транзисторах с р-п-р переходом, а на рисунке 3.22,6 — с п-р-п переходом. Во всех случаях транзисторы защищены от токов короткого замыкания и пиков напряжения. Функция замыкающего контакта реализуется при попадании света на приемник, что приводит к срабатыванию выходного реле, являющегося нагрузкой. На- чичие р-п-р перехода обеспечивает переключение положительного потенциала на нагрузку К. Наличие п-р-п перехода вызывает переключение отрицательного потенциала на нагрузку К. При попадании света на приемник в схеме, представленной на рисунке 3.22,а, нагрузка К на выходе А последовательно переключается на положительное напряжение, а выход А блокируется. В случае схемы (рисунок 3.22,6) нагрузка переключается на отрицательное напряжение, а выход X блокируется, т.е. устанавчиваетея на положительное напряжение. На рисунке 1.23 приведены типичные кривые пуска и выключения с учетом гистерезиса для датчиков тина RT и RT-Q. В оптоэлектрических датчиках «Festo» гистерезис находится на осевом пусковом направлении ниже на 20% номинальной дальности включения SN. Сплошные линии соответствуют состоянию включения датчика, пунктирные — выключению. Оптоэлектронные датчики могут быть выполнены е цилиндрическими или прямоугольными корпусами и иметь кабельное или штеккерное подключение. При цилиндрическом исполнении (рисунок 3.24) источник излучения и приемник размещаю гея в диаметральной плоскости на рабочей поверхности 2. Они снабжены потенциометрами 1 и желтыми индикаторными светодиодами 5, трех- лситъным кабелем 4 или штеккерным разъемом 6. У датчиков с р-п-р переходом оболочка 3 присоединительного кабеля и поясов 3 на корпусе при шгеккерном исполнении имеют серый цвет, а у датчиков с п-р-п переходом — черный. К) Конструктивные и »ксплуат«.ш ^£*2б£н«ости датчиков Тин SOF-RT/L-M18-PS-K-LED — «75 Timsoi:-LA-Mi8 i 2б 2.3 "~ Рисунок 324 40,5 Тип SOE-LK-RT-1000-4 22 Рисунок 3.26 Tun SOE-LK-RTS-2000-M5 !_ 300 .!, СИ» Тип SOE-LK-SE-1000-2 -юоо А51 S а) -* ■- -" " Е. б) «Ч Tun SOE-LG-RT-500-M5 Tun SOE-LG-SE-500-M5 500 22 и. «» — V и, д) 31 ПааядочЯым Jffi тз*ш& Рисунок 3-27 3-IW
I Глава III Цм подключения к датчикам световодов предназначена специальная насадка (рие\нок 3 25\ закрепляемая на корпусе датчика с помощью гайки 2 В корпусе 4, кмеющсм сквозные осевые отверстия, размещены два резьбовых штуцера 3 под резьбовые концы светодиодов Угловая фиксация насадки относительно прием ни- I 2 ка и излучателя света датчика обеспечивается {[ .-^ - —| | штифтом 1 I / '—F ^Р" ,,спользовании корпусов прямоугольной • ->. - - — __~ формы также возможно кабельное (рисунок 3.26,а) и штекерное (рисунок 3.26,6) подключение датчиков. Приемник и излучатель 5 размещаются в рабочем окне 2 (а), которое для присоединения световодов снабжается специальными резьбовыми элементами 6 (б). Срабатывание датчиков визуально подтверждается индикаторными светодиодами 4, а настройка осуществляется с помощью потенциометров 3. Присоединительный кабель 1 датчика типа SOE- RS-Q-PS/0-K-LED с р-п-р переходом имеет серый цвет и длину 2,5 м, а датчика I FESTO -Л 56 Рисунок 3 28 TimSOE-RFS-20 V TunSOE-RFS-SO г) Рисунок 3.29 типа SOE-RS-Q-NS/0-K-LED — черный. У датчиков со штеккерным подсоединением типа SOE-RS-Q-PS/0-S- LED с р-п-р переходом штеккер 7 имеет серый цвет, а у типа SOE-RS-Q- NS/0-S-LED с п-р-п переходом — черный. Кроме того, штеккер датчика, выполняющего функции приемника излучения, снабжен дополнительным индикатором 8 зеленого цвета. Типы световодов «Festo», используемых для подключения датчиков, удаленных от зоны контроля, представлены на рисунке 3.27. Двухканальный (а) и одноканаль- ный (б) световоды имеют штеккерное подключение к датчикам, а световоды (г) и (д) имеют защитную металлическую оплетку и снабжены резьбовыми присоединительными элементами. Двухканальный световод (в) выполнен в виде спирали, что улучшает условия его размещения на технологическом оборудовании. Для мерной резки световодов с обеспечением прямоугольного среза, что весьма важно при сопряжении с датчиками или другими световодами, рекомендуется использовать специальный резак «Festo» (рисунок 3.28) с отверстиями 1 для резки световодов с защитной оболочкой 0,2 мм и отверстиями 2 - для световодов без оболочки 01,0 мм. Для уменьшения рассеивания отраженного светового потока при использовании датчиков типа отражающий зонд и отражающий световой затвор предназна- сЗжТТГ^ ^штт (Ректоры), представленные на рисунке 3.29. э^еГы'техи И (В) ИМеЮТ ПГРХНОС™ ■• предназначенные для наклеивания „а 1ля^еГни!есГ!ГСКОГ° <*°™™™™' отражатель (б) снабжен отверстием 2 SS5SST 3№paW"mi 0^а™и М выполнены в виде самоклеюшихся При кодировании типов датчиков спетпппплпчп^, закладывается основная информация оТ™. " 0ipMarrcne« в стРУКтуРу кода постжх. чм*ищия о их назначении и конструктивных особен- KoHcrpyKTHBHbiejijKrnny^^ Т^оТ^Г^"™"?" С индикацией рабочего состояния Присоединение: К — кабельное; штекерное. и Схема преобразования: PS = р-п-р — замыкающий контакт; NS = п-р-п — замыкающий контакт; РО = р-п-р — размыкающий контакт; N0= п-р-п — размыкающий контакт. Конструктивное исполнение: М12 — круглый, диаметром 12 мм; Q — прямоугольный; V3 — прямоугольный, компактный. Назначение: RT — отражающий зонд; RS — отражающий световой затвор; Е — приемник; S — передатчик; L — с присоединением световодов. Пример кодирования отражателей: TmiSOE — RFS20 ц RFS 20 — отражающий световой затзор, 0 20 мм; RFF-10< «/20 — отражающая фолия с размерами 100 x20 мм. Пример кодирования световодов: ТипМЭЕ —LG —RT —500 М5 т Исполнение: М5 — интовое присоединение; 2 — текерное 0 2 мм; 4 — текерное 0 4мм. ч Габарит по длине, мм. Назначение: RT — отражающий зонд; SE — передатчик / приемник; RTS — отражающий зонд, спираль. Материал световода: LG — стекловолокно: LK — полимерное волокно.
Глава III Л5-Л- О&мстм и особенности применения оптоэлектронных мтчвков Рисунок 3 30 большой д&чъности действия и гибкости встраивания в технологическое обор\дование. что во многом настигается сочетанием оптоэлектронных татчнков со световодами, обеспечивается широкий спектр областей и\ применения. Как отражающие зонды они широко применяются в бумажной и гекстильной промышленности, для контроля, например, качества рулонного материала (рисунок З.ЗО.а). а как отражающие световые затворы для контроля диаметров рулонов, бухт провода, полосового материала и др. (рисунок З.ЗО.б). В качестве отражающих световых затворов они успешно применяются при штабелировании и стопировании плоских объектов производства (рисунок З.ЗО.в) для контроля высоты штабеля или стопы. В качестве односторонних световых затворов весьма эффективным является применение оптоэлектронных датчиков для контроля и счета объектов производства (рисунок 3.31,а), для контроля и сортировки (рисунок 3.31,6) в процессе транспортирования на ленточных транспортерах; для контроля положения каретки роботов-штабелеров (рисунок 3.31,в), используемых в автоматизированных складах, а также для контроля положения манипуляторов портальных роботов: для упраатения открытием и закрытием различных дверей и створок, подводом и отводом кожухов, защитных экранов, заграждений и т.п. (рисунок 3.31,г), посредством создания стро- бирующих импульсов излучения. В сочетании со световодами датчики применяются: для опознавания объектов малой величины, например, контроля наличия радиоэлементов, поступающих в ленте на сборку (рисунок 3.32,а); для распознавания специфических конструктивных особенностей объектов, например, наличия резьбы по всей длине стержневой части болтов (рисунок 3.32,6), что связано с рассеянием светового потока неровностями резьбы и его отражением при гладкой поверхности стержня (следует Рисунок 3 31 Рисунок 3.32 J^™™»^^ Датчиков 149 Е2 -1_ S2 принимать во внимание неточность расположения объекта и изменение при этом отраженного потока света); для контроля за уровнем жидкости через пеленгаторное окно в резервуаре на основе использования законов преломления светового потока, проходящего через жидкость (рисунок 3.32,в); для контроля за уровнем жидкости на основе использования отраженного от ее поверхности луча, попадающего на приемник, при достижении уровнем определенного значения (высоты) (рисунок 3.32,г); для позиционирования объектов производства при обработке или на сборочной позиции (рисунок 3.32,д). что достигается перекрытием всех световых потоков, создаваемых расположенными определенным образом концами световодов датчиков, только при требуемом расположении объекта (точность 0,1 мм); для идентификации (распознавания) объектов производства (рисунок 3.32,е), имеющих специфические признаки: после срабатывания S1/E1 опрашивается S2/E2, и если есть срабатывание, объект А соответствует заданному, если нет — то на позиции распознавания находится объект В. При использовании оптоэлектронных датчиков следует принимать во внимание помехи, возникающие в процессе контроля. На точность контроля могут оказывать влияние отражающие поверхности окружающей среды (рисунок 3.33,а), устранить которые можно с помощью специальных диафрагм, перекрывающих отраженный поток. Кроме этого можно изменить положение оптической оси или уменьшить чувствительность приемника "W™« Взаимное воздействие нескольких передатчиков и пр,™£££Г^ (рисунок 3.33,6) устраняется изменением их расположения относитепьно друг ДРУГПРи воздействии постороннего и—^™£%2£% изменить угловое положение оптической оси датчика (обтюратор). - ДЬ1 или объектов контроля В случае сильного загрязнения окруЖа1°^штИЧеск>ю очистку рабочих последует предусматривать периодическую а?т0| верхностей датчиков или объектов (рисунок 3~> . 1- I ~s. - \ \ - 1 I У Рисунок 3.33 г)
Глава III АЛ> Пневмоэълектрическне датчики Датчики данного типа обладают высокой точностью, позволяют осуществ- П. дистанционные (бесконтактные) измерения, малогабаритны, нечувствительны к вменению температуры, к магнитным и электрическим полям, к уровню освещенности, задым1енности и запыленности, не требуют специальной смазки, по- жаро- и взрывобезопасны С их-^рмощью можно производить измерения в относительно труднодоступных места* и создавать простые конструкции многомерных устройств для контроля практически любых линейных параметров объектов производства, а также параметров рабочего тела, каким является сжатый воздух. Для их работы необходима воздушная сеть с определенным давлением воздуха, подготовка которого в ряде случаев требует особого внимания. Тайне датчики обладают значительной инерционностью, снижающей их производительность. Однако данный недостаток может являться положительным качеством датчика, так как создает нечувствительность его к вибрациям. Пневмоэлектрические датчики могут быть разделены на две группы: датчики давления и вакуума, предназначенные для контроля за давлением сжатого воздуха, и датчики размеров (перемещений). 3.6.1. Датчики давления и вакуума Датчиьи давления и вакуума предназначены для регистрации или измерения давления воздуха в пределах своего диапазона. Они подразделяются на аналоговые и цифровые (дискретные). Аналоговые датчики давления (непрерывного действия) фирмы «Festo» (тип SDE) основаны на использовании пьезоэлектрических преобразователей, сопротивление которых изменяется под воздействием давления. Основой датчика являются кремниевые диски 1 и 2 (пластины) (рисунок 3.34,а), один из которых имеет в центре утончение 3, играющее роль мембраны, а другой — отверстие для подвода воздуха. На утонченной части диска методом диффузии нанесены тензосопротивления 4 с выводами 5, являющиеся составными элементами тензометрического моста. Рисунок 3.34 -^^^^^ 0С Рисунок 3.35 mm. 115 Конструктивное оформление датчиков давления показано на ри сунке 3.34,6. Датчик состоит из корпуса 1 с отверстием для подвода воздуха к мембранному узлу 2. Полость между мембранным узлом и преоб- разова!елем 5, закрепленным на круглой площадке 4, заполнена жидким кварцевым наполнителем 3 Электронная часть датчика выполнена на плате 6. Разъем 7 служит для подключения к датчику соединительных проводов. Схемы подключения датчиков при работе в режиме напряжения и токовом режиме работы показаны на рисунке 3.34,в, г, соответственно. На рисунке 3.35 показано устройство аналогового датчика давления типа РТХ 500/600 компании DRUCK LIMITED (Англия). Он состоит из сборного корпуса 1, внутри которого размещены схемная плата 2 С высокопробными капсулирован- Рисунок 3 36 ными (полностью герметизированными) элементами и модуль давления 3 (преобразователь) из очищенной стали с изолирующей прокладкой Хастеллоя и кварцевым жидким наполнителем. Элементы измерительной схемы диффундированы в общий кварцевый кристалл 4. Габаритные и присоединительные размеры датчика давления типа SDE-10- 10В/20мА («Festo») показаны на рисунке 3.36. Он имеет присоединительную штек- керную розетку ПР типа SIE-WD-TR и предназначен для измерения давлений в диапазоне от 0 до 10 бар (0...1 МПа). Максимальное давление на входе — 1,4 МПа. Выходное напряжение — 0... 10 В, ток — 0...20 мА. Нелинейность лежит в пределах 0,5%, частота — 100 Гц, масса — 0,12 кг, температурный диапазон — 0...+85°С. Датчик имеет встроенную защиту от короткого замыкания, переполюсования и перегрузки до 50 В постоянного тока. На рисунке 3.37 показаны типовые элементы закрепления датчика на технологическом оборудовании: монтажная планка 4, кронштейн 3, клеммный зажим 2 в отверстии которого размещав! ся корпус Датчика 1. При использовании аналогового датчика давления I в системах автоматического регулирования (рисунок 3.38) его Рисунок 3.38 TraiSDE-10-lOB/20MA t/.B 10Т /.мА 20т •? „_ _7^_ 4;:z_:: -0,1 О "■* р. МПа р.МПа Рисунок 3.39
152 Глава III подключение осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя 2 с блоком питания 3 и регулятора давления 4. Графики зависимости напряжения U и тока / от давления р для датчиков типа SDE-10-10B/20MA представлены на рисунке 3.39. Цифровые датчики давления (дискретного действия) основаны на использовании электроконтактных преобразователей. При возникновении давления приводится в действие мембрана, взаимодействующая с микропереключателем. В зависимости от конструкции датчика входной сигнал может находиться в вакуумном диапазоне давлений, в диапазонах низкого и нормального давлений В некоторых конструкциях (типы PEN и PEV) требуемый пьезометрический напор (высота давления) может регулироваться бесступенчато. В датчиках типа PEN в качестве входного сигнала может использоваться перепад давления. На рисунке 3.40,а показан внешний вид, габаритные и монтажные размеры датчика давления типа РЕ-РК-4 со шланговым (штуцерным) присоединением к пневмосе- ти, предназначенного для контроля давления воздуха от 0 до 0,025 МПа. Минимальная величина давления срабатывания — 0,008 МПа, отключения — 0,001 МПа, температурный режим работы — от —10 до +60°С. Датчик предназначен для запитывания как постоянным напряжением 24 В, так и переменным 250 В. При этом токи нагрузки составляют 6А и 2А, соответственно. Масса датчика — 0,62 кг. Датчик данного типа состоит из разъемного корпуса 4 (рисунок 3.40.6) с присоединительным штуцером 1 и фиксирующей гайкой 2, внутри которого смоити- Рисупок 3.40 153 ццц-*шшшкип I С' рованы мембрана 3 со штоком «5 " ~ ключателя 6. Датчик может рг^™"0^^™" с толкателем м замыкания (г) и размыкания (дТГ В РСЖИме ^реключе™ Т МикР°пере- провода различных цветов Ч - 2™?? *" У^ГмоГажаТ" ЗМ'В)> мые к контактам микропепек^ Р ЫИ' Г - голубой С Т ~ использУК>тся Для контроля ^~^ ние, показанное на рисунке 3Т ОТ°''5 до °-8 МПа дат™У 0 035 кг. Имеется влагозащ„ТНое «^J*1* <™ючеиия - < 1 МПа. Тип pe-vk-5 1 '^«неиие датчиков 3- т^&% ^Hyiw» Рис>иок3 41 При контроле низкого давления от 0.00005 до 0,025 МПа используются датчики типа PE-VK-5.1 с усилителем давления или типа РЕ-1000 без усилителя, га- аритные и монтажные размеры которых, а также ах мнемоническое обозначение на схемах показаны на рисунке 3.41. Датчик без усилителя имеет один вход низкого давления X (рисунок 3.41,6). Датчик с усилителем (рисунок 3.41.а) имеет два выходных пневматических каната: канал Р для давления воздуха от 0.01 до 0.025 МПа и канал X низкого давления для сигнала, несущего информацию о контролируемом параметре. При ноступчеиии на вход X сигнала мембрана 3 (рисунок 3-41,в), смонтированная в корпусе усилителя 2. прогибается и перекрывает сопло 4. Истекающий до этого в атмосферу через отверстие 5 (на схеме R) воздух давлением р поступает через отверстие, показанное ьчнктиром. в полость корп>са 1 над мембраной 6, вызывая ее прогиб и срабатывание микропереключателя 7. Возврат Мембран в исходное положение обеспечивается за счет их упр> гости.
Глава Ш Г \ ** , * гектрсчтитание датчиков Ткчгтоаяжж напряжение ».В 15 X» 115 | 230 '** 15 ■> 0.4 0.2 'И 6 1 0.03 0.02 Переменное напряжение 1.В ПО 230 L /*»а 10 5 h* 5 5 Допускаемые электрическая нагрузка сопротивления /х и индуктивная нагрузка /t для датчиков, запитываемых постоянным и переменным напряжением, приведены в таблице 3.3. Рассмотренным конструкциям датчиков давления свойственен один недостаток — при резких колебаниях давления нар>шается стабильность срабатывания и уменьшается срок службы из-за износа контактов и мембраны. I Vooemw это проявляется прн стендовых испытаниях на герметичность элементов хкктропмсамоаатоматики Представленный на рисунке 3.42.а датчик давления дискретного действия имеет улучшенные динамические характеристики за счет nuemct в его конструкцию демпфирующего элемента с изменяющимся моментом торможения [2J При контроле герметичности подмембранную полость 2 и объем ■сиытывасмой емкости (на рисунке не показана) соединяют с источником сжатого воздуха, а затем отключают от него. Мембрана 3. защемленная между крышкой I и корпусом датчика 19. прогибается, сжимая пружину 4. перемещает шток ~ на величину S =0.1—0,5 мм. что приводит к размыканию контактов 13. 14 и свидетельствует о достижении требуемого давления. Дальнейшее перемещение центра мембраны и штока 7 вызывает перемещение втулки 8, установленной относительно штока 7 с гарантированным зазором Скорость перемещения втулки 8 гасится за счет сил трения, создаваемых кольцевым полым уплотнением 10. состоящим из двух кольцевых манжетов, установленных в выточке центральной части корпуса 19 с помощью запорной шайбы 16, причем полость уплотнения связана через обратный клапан 9. дроссель 15 каналами 5 и 17 с похмембранной полостью 2, что способствует увеличению сил трения за счет подводимого в уплотнение сжатого воздуха. Настройка датчика на требуемое давление осуществляется с помощью нажимной гайки 6. для вращения которой в корпусе выполнены окна 18. Для устранения относительного углового смещения штока 7 и втулки 8 предусмотрен штифт 11. Полость датчика с электрическими контактами закрыта крышкой 12. При резком падении давления в похмембранной полости 2 давление в полости уплотнения 10 падает медленнее за счет истечения воздуха через дроссель 15, что обеспечивает медленное уменьшение силы трения, и» следовательно, замедленный возврат втулки 8 и штока 7 в исходное состояние. При моделировании процесса 1 Рясувок3 42 J*53^i^^^ 155 работы сигнализатора давления учитыватп™. „™ противления, создаваемые уатотнениямГ\ЧТОдвижУшие Усилия " Усилия Co- уравнениями наполнения мембранной полости^ЛС1ЯЮТСЯ термодинамическими 1а1ячеЙ пинами.*™™ С, "иои по:юсти 2 и полости уплотнения 10. Задачей динамического моделирования яаляется выбор таких параметров сигнализатора даатения. которые обеспечат тяаиг^. wp *dWK параметров позволят увеличить срок службы. ™т СГ° раб°ГЫ И те* «""" Расчетные схемы сигнализатора даатения прелсгаатены на рисунках 3 42 б в При подаче даатения в мембранную „хюсть на мембрану Werner активная СИ. ДО где рх - давление в мембранной полости: Л - площадь мембраны (все параметры имеют размерность с системе СИ). В данном случае усилие, развиваемое мембраной, рассчитывается как для пнев- моцилиндра. поскольку максимальное перемещение жесткого центра мембраны весьма маю (Х9=0.004 м). Одновременно на мембрану действует пассивная сила где FTP — сила трения, определяемая с помощью выражения Ftp = Ktp p. D5 И fjp, (3 3) в котором Ктр — коэффициент, учитывающий напрааление силы трения;/* — давление в полости упраатения; D5 — внутренний диаметр уплотнения. Н— эффективная высота ут1лотнения:/т7> — коэффициент трения материага уплотнения; 0 — коэффициент вязкого трения; V— скорость подвижных частей. Сила, создаваемая пружиной, определяется выражением FBP = F6=cx (3-4) где F6 — усиление первоначального поджима; с — коэффициент упругости, х— текущая координата. Сила даатения. действующая на мембрану со стороны штока, F&M,=P4 FU (33) где /?4 — атмосферное дааление. Сжимаемостью воздуха со стороны штока можно пренебречь, поскольку страаливанне воздуха го этой полости происходит через сравнительно большое отверстие. Тогда ньютоновское уравнение для сигнатизатора даатения имеет ыедую- щий вид: ,, лл где Л -ускорение, с которым движутся подвижные части сигнатизатора давления МаССПри'моделировании термодинамнвеских процессов используется одна из форм уравнения Дарси-Вейсбаха [41J: G = 0.0015D;А-1 fi-XP'7Л-i> • ^^ги. п _ большее давление: р, — менылее где G — массовый расход в полость. yt-\ дааление; А — проходное сечение в полость. Соотношение для приращения даатения в полостях имеет вид. ( а, (то- 1 (3.7) dt (RTG. ,Л as) dp2=%-RTGz. где А - постоянная интегрирования, равны 0.0001 с: R - универсальная газовая постоянная; Г~ температурГв градусах Кельвина. * - высота мемораннои погости; V0 - обьем поло^плотнення: С Gz - массовые расходы в меморан- ную полость и полость уплотнения, соответственно.
Глава III С Начало Ввод исходных данных: диаметры хсловных проходов давления I Определение критических расходов G3.G5 площадей проходных сечений -А ' Определение расходов в полости: мембранную и v плотнеиия G,=Gafcl-P,/Pj) G2=G5\(1-P2/P,) I Определение тек} щих давлений Р, =Р, +ЛР, Р2 =Рг +ДРг X -6 Определение активной составляющей силы - А , -8 Коэф. трения равен трению покоя -10- [-11- Определение сил сопротивления - Пс 1-13- Ускорение равно нулю Рисунок 3.43 Конструктивные и эксплуят^.^ Значение скорости, ускорения равны нулю А=0В=0 Интегрирование уравнения второго порядка B=S1 S1=SI+A Tl V=S1-A TJ/2 x=x+V • Tl T=T+T1 Продолжение рисунка 343 Совместное решение вышеприведенных уравнений 3.1, 3.2, 3.5, 3.6. 3.7, 3.8 методом Рунге-Кутта второго порядка [41] реализовано атгоритмом, представленным на рисунке 3.43, который учитывает нелинейный характер силы трения и процесс движения мембраны со штоком до упора. Результаты моделирования показывают, что для эффективной работы сигнализатора высота манжетного уплотнения должна быть не менее 6 мм для диаметра мембраны 40 мм. Моделирование проводилось для случая отсутствия тормозящего уплотнения, для случая кольцевого уплотнения вокруг штока (рисунок 3.42,6) и Км/с 0.10 0,05 - 0,00 /хЗ-10 с Рисунок 3 44
"ч» Глава III Phovhok 3 45 случая активного торможения давлением, подаваехшм в поюсть уплотнения , -\hok3.42.b) Зависимость скорости подвижных частей сигнализатора давления от времени представлена для этих трех случаев на рисчнке 3.44. соответственно. Полное время процесса измеряюсь от начата подачи давления в мембранную полость до перемещения подвижных частей до упора. \нализ графиков позволяет сделать вывод, что использование активного торможения тавленнем подвижных частей сигнализатора уменьшает максимальную скорость в 3 раза по сравнению со случаем без торможения ив 1.22 раза по сравнению со слу чаем без активного торможения. Такое уменьшение скорости позволит увеличить срок службы мембраны и контактных элементов. Колебательный характер движения подвижных частей сигнализатора давления без торможения (рисунок 3.44) , кривая 1, объясняется отсутствием вязкого трения. D Для контроля герметичности JL ~* — -j^- —-~ пневмоаппаратуры при высоких скоростях изменения давления питания и с учетом изменения направления его действия предназначен аналоговый датчик, изображенный на рисунке 3.45 [3]. Камеры А и Б в корпусе 1 (рисунок 3.45.а) датчика соединяются с рабочими полостями испытываемого пневмоаппарата и с источником сжатого воздуха, который после достижения в камерах заданного давления отключается. При понижении давления, т.е. при появлении утечки, например, в камере Б, упругий чувствительный пьезокерамнческий элемент 3. с нанесенными на нем диффузионным способом тензорезисторами 4, образующими тензометрический мост, прогибается в сторону камеры Б. Вырабатываемый преобразователем 4 сигнал фиксируется регистрирующим устройством 10. В случае резкого перепада давлений, например, в начале заполнения камер и полостей испытываемого пневмоаппарата или при неожиданной разгерметизации какого-тибо каната или полости, может произойти разрушение чувствительного элемента или его деформация на недопустимую величину. Высокая скорость нарастания электрического сигната вырабатываемого преобразователем 4 воспринимается дифференцирующим устройством 7, преобразуется в выходной снгнат положительной или отрицательной направленности, соответствующий направлению прогиба. Эти сигналы поступают на измерительные входы компараторов 6 и 9. предназначенных для сравнения электрических сигналов от дифференцирующего устройства с эталонными значениями источника опорного напряжения 8, уровни срабатывания которых соответствуют допустимой скорости изменения давления. При превышении скорости на выходе компараторов появляется управляющий run снгнат. поступающий на соответствующие вставки 2 и 5. представляющие собой пакеты пьезокерамиче- ских колец (преобразователей) диаметром d с электродами, реализующих обратный пьезоэлектрический эффект, причем пакеты набраны так, что одни кольца увеличиваются в диаметре на величину А (рисунок 3.45,6), а другие уменьшаются. Таким образом, вставки приобретают зубчатую форму, при которой значительно возрастает газодинамическое сопротивление канатов D подачи воздуха в камеры А и Б за счет уменьшения площади проходного сечения и из-за РвсужжЗ.46 Jfo*£I!S*I"№bIe И ЭКСПЛУЯхо -^Г11^>«гчиков isc возникновения дополнительных Tvnfi ' ~ BC7aBCK- ^Рбулентных, встречных „ В отличие от датчиков давления , крепленных в корпусе ч ™„ ""' ^пнк вакуум, ir^ Держит пружинуSL ГФопе**"«те» 6 „ „^Г4™* 346>- ™"*> за- «—. пружиСн Гь^Ц ^ГТ ~ STEL" ""* «-^„ггл^™, 5zr№н -~ «Же*?—" дя,ика- Фе.нн_ сн^г^Гн::так" -«»■ -™~Г^ При функционировании в режиме да полненный в корпусе 1. что привык5£^Г^ — А. ~ Тип PEN-M5 аТИЮ сильфона 5, пружины 4 и выводу — 7(1
11 «Ф Глава III vnopa Ь «.мльфона из активной зоны преобразователя 8. Происходящее при этом срабатывание датчика подтверждается свечением светодиода 7. Диапазон давления от 0,025 до 0,8 МПа. При контроле вакуума используется канал р2. Падение давления внутри смльфона приводит к его сжатию и также выводу упора 6 из активной зоны преоб- рал. теля 8 Диапазон вак>ума — от -0,02 до -0.08 МПа. Для контроля перепада давлений используются оба канала, при этом давление в канале р\. должно быть больше давления р2. Настройка датчика производится с помощью винта 2 и подвижной в осевом направлении шайбы 3, сжимающей пружину 4. Пепя гистерезиса переключающего элемента датчика составляет 0,025 МПа при ненагруженнои пружине 4. Таким образом, если в канале р2 имеется давление 0.2 МПа. то срабатывание преобразователя произойдет при давлении в канале рх равном 0,225 МПа. Если в канале рх действует давление 0,2 МПа, а в канале р2, оно падает до 0,175 МПа, то тоже происходит срабатывание датчика. Диапазон давлений при дифференциальном режиме — от -0,095 до 0,8 МПа. На рисунке 3.47 даны графики зависимости величины гистерезиса (в процентах) от давления включения (в, г, е) и от перепада давлений (д). Кроме того, график (е) показывает повторяемость точек переключения датчика при различных давлениях на входе. Датчик запитывается постоянным напряжением 24 В, ток на выходе при наличии преобразователя с р-п-р переходом — 400 мА. Минимальное сопротивление нагрузки — 470 Ом, частота питающего напряжения — 70 Гц, масса датчика — 0,24 кг. Регулируемое реле давления типа PEV- 1/4-В, представленное на рисунке 3.48, срабатывает, когда давление в подводящем канале достигает заданной величины. Точка переключения регулируется бесступенчато от 0,1 до 1,2 МПа, для чего служит маховичок 9, вращением которого вызывается осевое перемещение упора 7, зафиксированного от вращения планкой 4, и сжатие пружины 5. Поворотом регулировочного винта по часовой стрелке можно увеличить верхнее и нижнее значения давления РГ1 LjOj— IcOJ—] переключения (один оборот = 0,13 МПа). - -J Г -о -J Г -о - При достижении заданной величины дав- з1 b h з1 " 2 ления мембрана 2 прогибается, перемещает шток 3 с упором 11, взаимодействующим с микропереключателем 10. На рисунке 3.49 показаны варианты подключения реле, работающего в режиме переключателя (а), замыкающего (б) и размыкающего (в) контактов. Гистерезис реле Н изменяется поворотом втулки 8 с шестигранной головкой, расположенной под защитным колпачком 9 (рисунок 3.48). При этом нижняя точка переключения не изменяется (давление р,„ прямая 1), а изменяется верхняя точка переключения (давление р„ ломаная линия 2) (рисунок Рисунок 3.48 а) ft «J МПа U Ifi «19 о* «.- «к в* I • ' I 6) Рисунок 3 49 Z—<D 7 Zy ~7/t >^ —— i 7/ ^^^ 'уГ ^~~ ~~ — ^~-- А'' у ** ~® 2 ^ jr / / -У %Л 04 0.6 0.8 Рисунок 3 50 «Л д.МПа Датчиков 3.50). Реле рассчитано на питающее пе~ напряжение 250 В и ток 6 А Максим! Перемен«ое переключения — 3 3 Гц Л„Яп НЙЯ Часг™ рахур-от-гОдо^См^ГГо^^-пе- Настраиваемое реле пяк-wwo (Рисунок 3.51,а) по ^y^Zy^Z'^ основном, аналогично описанному ра™"'В ления типа PEV-./4-B. Отличие LZZ£7BT личии дополнительного отверстия Т На~ вакуума 12 и заглушки П с ZZL ПОДКЛЮЧе«ия мембранной полости с атмосф'ерТ ВаГ"™^ ка переключения 1 (рисунок is, б) и °Ч" (минимальный 2 и м^о^лы^'з?^.^^ роваться независимо друг от npvra n уТ ре^т- (Рисунок 3.48) можно уменьшить^« ГгГ ключения „а 0,018 МПа. Гистерезис изменяв поворотом регулировочной втулки 8 без изменения точки переключения. Диапазон устанавливаемого вакуума — от -0,02 до -0,095 МПа; повторяемость ±0,003 МПа; максимальная частота переклю-' чения — 3,3 Гц; максимальное напряжение питания — 250 В (переменный ток); электрическая нагрузка (активная) — 5А; температура окружающей среды — от -20 до +80°С; масса — 0,24 кг. Для выполнения функции цифрового манометра в составе устройств подготовки воздуха предназначены измерительные пьезорезистивные преобразователи давления типа PENV-A- PS/OK-LCD и VPENV-A-PS/O- K-LCD (для вакуума), позволяющие осуществлять регулировку давления переключения и гистерезиса по цифровой шкале, имеющие по два аналоговых выхода и жидкокристаллический индикатор (LCD). Установка давления переключения и гистерезиса, выбор нормально- замкнутого и нормально-разомкнутого режимов осуществляется в диалоговом режиме. Пример монтажа преобразователя на блоке подготовки воздуха показан на рисунке 3.52, а габаритные и присоединительные размеры даны на рисунке 3.53. Преобразователи данного типа могут выполнять спедующие функции: - индикация минимальных и максимальных значений параметров давления и вакуума; установка задержки срабатывания; сравнение значений; выбор единиц измерения: bar, psi, kPa; ___._ ^.wn.niiiV "314 161 -0,02 -0,04 -0,06 -0,08 Верхняя точка переключения, МПа - б) Рисучок3 51 -0.1 И аг, psi, кга, одновременная индикация текущих значений давления (вакуума) и ления переключения или минимальной и максимальной величин, пароль для защиты данных. дав-
itv. Глава III « г \ К I Рисунок 3.52 32.5 * 25,7 35.5 I - 6-жяльный кабель 2,5 м; 2 - LCD-дисплей; 3 - пневматические разъемы; 4 - адаптер PENV-A-SH Рисунок 3 53 ВМ YE GN WH вк Ч [ ы —id k Рисунок 3 54 Рисунок 3.55 Схема выводов измерительных преобразователей давления и вакуума показана на рисунке 3.54, где BN (коричневый) — плюс; ВК (черный) — выход 1; WH (белый — выход 2; BU (синий) — нуль: GN (зеленый) — аналоговый выход UA; YE (желтый) — аналоговый выход IA; Rl — нагрузка на коммутативном выходе; Rv— нагрузка на выходе сигналов по напряжению; Ri — нагрузка на выходе сигналов по току. Параметры преобразователя давления: диапазон давлений — от О до 1,2 МПа; настраиваемый диапазон давления — от 0,02 до 1,2 МПа; настраиваемый гистерезис — от 0,002 до 0,9 МПа; максимальный ток нагрузки одновременно на двух выходах — 150 мА; максимальное падение напряжения на выходе— 1,2 В; напряжение питания — 24 В (постоянное); аналоговые выходы: давление от 0 до 1,0 МПа соответствует 0...10 В или 4...20 мА; точность — 2,5%; температура окружающей среды — 0.. .50°С; масса — 0,18 кг. Параметры преобразователя для вакуума: диапазон давления — от 0 до -0,1 МПа; настраиваемый диапазон вакуума — от -0,002 до — 0,1 МПа; гистерезис — от -0,0002 до -0,09 МПа; аналоговые выходы: давление от 0 до -0,1 МПа. соответствует 0... 10 В или 4...20 мА; остальные параметры идентичны параметрам преобразователя давления. На рисунке 3.55 представлена конструкция малогабаритного датчика давления, действие которого основано на преобразовании давления, приложенного к мембране, в изменение емкости. Мембрана 1, воспринимающая давление, является подвижным электродом емкостного чувствительного элемента, выполненного заодно с корпусом из стали с малым температурным коэффициентом линейного расширения. Неподвижный латунный электрод 2 заделан с помощью бакелитового лака в изоляционную текстолитовую шайбу 3, имеющую отверстия 4 для подвода противодавления. Диапазон изменения давления — 0,05...0,07 МПа. Рабочее изменение емкости — 3...3.5 пФ; начальная емкость — 15...20 пФ. Частота собственных колебаний датчика — 6 кГц. 3.6.2. Бесконтактны, датчВ1т ПМ(мвд ти датчиков 163 Датчики положения предназначены л,- к ственного положения исполнительных on™ бесконтак™ого контроля простран объектов производства, а также ^Z^T^"^^0^^ последних от заданных. Р т*шя отклонений размерных параметров В качестве чувствительных элементпп п, па сопла, в сочетании с усилителями m^ZS"* Применя'°™ различного ти- МаТИЧеского угнала (давления) или без Условно сопла могут быть раздел в сочетании с механическими жесткимГупппТ ГРУ"ПЫ: УП°РНЫе' ис™льзуемые раженный воздушный поток («отражающиег™ ? К°ЛЬЦевь,е' использующие от- пересечении воздушного потока объектом п пневм°затворы, основанные на ментом технологического оборудована 7ОИЗводства и™ исполнительным эле- 3-56) [37]. оорудования («пневматический барьер») (рисунок Типы пневматических сопел "FESTO" Рабочий зазор S, мм Р PE-I000 PE-PK-4 PE-PK-4-2N PE-PK-4-SW PE-PK-4-2N-SW -H5V -h5V PE-VK-5.1 P1--PK-I00.I Рисунок 3.56
IM Глава III Тип SD-2 ,5 ТипУ-РК-3-D Рисунок 3.58 Рисунок 3 57 Их сочетание с различными типами датчиков давления на базе электроконтактных преобразователей и позволяет получить датчики положения, реагирующие на изменение режима истечения сжатого воздуха из сопел вследствие изменений, происходящих в окружающем их близлежащем пространстве. Датчики, управляемые подпором воздуха (датчики избыточного давления торможения) основаны на сочетании упорных сопел типа SD-2, SD-3 с жесткими упорами типа SDA-12xl-B. Таким образом, они являются конечными выключателями и могут успешно использоваться для контроля положения объектов производства и исполнительных органов технологического оборудования с высокой степенью точности. Небольшие размеры и малое усилие срабатывания позволяет использовать их в труднодоступных местах при различных температурных условиях окружающей среды и сильном ее загрязнении. Датчик с соплом типа SD-2 (рисунок 3.57) используется с раздельным дросселированием приточного воздуха, для чего применяется дроссельное соединение типа Y-PK-3-D (рисунок 3.58), в котором вход Р снабжен дросселем с проходным сечением 0,4 мм. При перекрытии сопла истечение воздуха в атмосферу уменьшается и в канале А дроссельного соединения появляется давление рА , вызывающеее срабатывание подключенного датчика давления, например, типа РЕ-РК-4 (рисунок 3.40). Датчик с соплом типа SD-3 (рисунок 3.57,6), снабжаемый сжатым воздухом через вход Р, также срабатывает при перекрытии сопла и появлении в выходном канале А давления выхода рА. Это давление (сигнал) существует до тех пор, пока сопло перекрыто, и оно должно соответствовать давлению срабатывания, подключенного к соплу датчика давления. Давление питания р = 0.. .0,8 МПа. Для разгрузки сопла от действия перемещающихся исполнительных элементов технологического оборудования (например, суппортов, бабок, кареток) и повышения точности их позиционирования сопла датчиков размещают в специальных жестких упорах (рисунок 3.59). На рисунке 3.60 показаны графики зависимости давления на выходе сопла р/ Гканат А) от рабочего зазора (соплового расстояния) .v для датчиков с соплами SD- 2 la) и SD-3 (б и в). Из графика (в) видно, что при значениях s Z 0,15 мм и давле- Рисунок 3 59 IVII1U 0,7 0 6- 0.5- 0.4- 0.3 0 2- 0 1-1 о! "t 1 III Ч -liJ! li £МПа ;о.5 0,4 ,0.3 » 2 Х1.Г _. 0.05 Ж~1 TimSD-2cY-PK-3-D Тип SD-3 5.Ы. 0.1 0.2 0,3 0,4 0.5 0.6 0,7 р,МПа - 14 з; 12- X г? ■ - Ю ч fc> 8- ~ -Л п ItZt 2 6- - ^ § 4 -V ° /L Й 2 4—г- - ё, У\- о-Р- X- -Р у" У ~~ ~~ :::::: д) 0.1 0 2 0,3 0.4 0.5р.МПа T»fflSD-3-N Рисунок 3 60 нии питания р > 0,6 МПа, в канале А возникает вакуум, достигающий величины 0,003 МПа, что позволяет использовать датчики типа VPE. Графики на рисунке 3.60,г,д показывают зависимость расхода воздуха от давления питания р. Рабочий температурный диапазон сопел: -40...+ 100°С. Масса сопел — 0,007 и 0,02 кг, соответственно. Масса дроссельного соединения — 0,005 кг. Масса упора—0,12кг. На базе сопел SD-3 с помощью специальных насадок созданы сопла SD-3-N. предназначенные для датчиков регистрации уровней жидкостей (рисунок 3.6!). Предпочтительное давление питания р = 0,01. ..0,015 МПа. При отсутствии жидкости воздух, подаваемый в канал Р, свободно истекает в атмосферу. При перекрытии жидкостью отверстия погруженной трубы (ПТ) на выходе возникает сигнал (давление), величина которого пропорциональна высоте жидкости над отверстием ПТ (рисунок 3.62). Условные проходы трубо- и ^„„.^ 14. Параметры трубопроводов Рисунок 3.61 Шлангопроводов, находящихся между жидкостью (зеркалом поверхности) и соплом скоростного напора SD-3-N, приведены в таблице 3.4. Так как ПТ соприкасается с Жидкостью, которая может быть по Упаленнос!Ь, м 0,50 1.00. 2,50 5,00 Условный проход, мм 2Л
!££ Глава III 1 &015Ш1а К насос; О-Ч:0 ^jg№ 0 01 (Ч>|5МПа ПТ* Off Рис\нок3.б2 Тип RML-4.8-S Рисунок 3.63 Максимальное! сопловое расстояние 4 8 5,1 мм своему химическому составу афессив- нон. необходимо нсиолыовать лнш- коррознонный материал. Следует учи- 1ывать II температурные условия. При контроле уровнен жидкоеiей с но гвижнымн поверхностями предусматривается демпфирование, »аклю- чаютееся в снабжении ПТ но всей длине кожухом, имеющим в основании очно или несколько отверстий малого диаметра, что позволяет получить внутри кожуха и ПТ спокойное «зеркало». В сильно пенящихся жидкостях нневмо- щупы имеют особое преимущество перед электронными дискретными, которые могут срабатывать на пену. Наличие последней не отражается на точности контроля, так как смена давления возникает только при достижении поверхностью жидкости соответствующей удельной плотности. На рисунке 3.62,а показана система контроля за уровнем жидкости. При достижении заданного значения датчик срабатывает и отключает насос, подающий жидкость в резервуар. Система, показанная на рисунке 3.62,6, по- ,Мб><о,75 зволяет контролировать максимальное и минимальное значение уровня. Сопла кольцевого излучения («отражающий глаз») используются в составе бесконтактных датчиков сигналов. Область применения — ощупывание стрелочных измерительных инструментов, контроль пресс-форм и листовых штампов (толщина деталей, разрывы в полосах, за- Точность контроля 0.05 мм Минимальные размеры и форма контролируемых объектов Рисунок 3 64 Г,МО*. ■»" МИа 35 3XI01.4» Р. МПп КММ -но, мм Рисунок 3.65 липание плоских деталей ппппжрни» .™~.. талей, счет, измерение) ""**** Ч™"" полосы ™и листа, высота стопы де- дежность работы таких датчиков. ппк-яГНеМ°НИЧеСКаЯ CfМа' °бЩИЙ ВИД и разРез кольцевого сопла типа RML-4 8-8 показаны на рисунке 3.63. Через штуцер Р, запрессованный в корпус 4, сопло снабжается профильтрованным, не содержащим масла воздухом, который истекает в атмосферу через кольцевой зазор, образованный наружной резьбовой втулкой J и трубчатой вставкой 1. Закрепление сопла на технологическом оборудовании осуществляется с помощью гаек 2. Тип RML.5 При перекрытии выхода сопла воздух поступает в отверстие вставки 1, и на выходе А появляется сигнал давлением > 0,05 10~3 МПа, который в дальнейшем может быть усилен до требуемого значения. На рисунке 3.64 приведены параметры, характеризующие возможности датчиков с данным типом кольцевого сопла. Давление питания — от 0,0075 до 0,025 МПа. Максимальное давление, подаваемое на вход — 0,05 МПа Температурный диапазон работы — от 10 до + 60°С, масса сопла—0,011 кг. На рисунке 3.65 приведены графики зависимости давления на выходе рА от величины аксиального зазора 5 (осевая чувствительность) при различных величинах Давления р на входе (а) и зависимость рА от величины бокового Рисунок 3.66
N Глава III Phcvhok 3 68 p< 110Г^~т- »lf) о' ( МПа 9_I J 7C — 4 _i I 5 >-- ' ' 1/ * ' 1 1 i ! ! / ' " / . I i ! i ] i 1 \ i\ ' 1 ( t t * * j 1 1 1 1 r~ ■^ :*fl- R 1 1 V Ir 4 5 •t±, -» OMM iMMt s=I.5mm Phcvhok 3.69 10 12 14 16 18 20S'MM Рисунок 3 70 LJ U Phcvhok 3 67 смещения а (латеральная зависимость) также при различных р на входе (б). Кольцевые сопла типа RML-5, RFL-4 и RFL- 15 (рисунок 3.66) способны обнаружить изменение положения объекта на величину от 0,1 до 0.3 мм (рисунок 3.72). Сопла RML-I5 и RFL-4 предназначены для работы с давлением входа от 0,01 до 0,02 МПа, а сопло RFL-15 — от 0,02 до 0,03 МПа. Устройство сопла типа RFL-4 показано на рисунке 3.67. Воздух давлением р, поступая в полость сопла, образованную конической втулкой 1 и дюзой 2, и истекая в атмосферу через кольцевой зазор между ними, вызывает падение давления (вакуум) в канале А, связанном с соответствующим электроконтактным преобразователем, которое может регулироваться с помощью дроссельной иглы 5, размещенной во внутренней части корпуса 4. При перекрытии кольцевого зазора в канале А возникает давление >0,5-10~3 МПа, способное вызвать срабатывание усилителя (показано пунктирной линией на графиках рисунков 3.68 и 3.69). Наружная часть корпуса 3 выполняет защитные функции и снабжена резьбой для монтажа с помощью гаек 6 на технологическом оборудовании. Зависимость давления выходного сигнала рл от соплового аксиального S и латерального расстояния а при р = 0,015 МПа для сопел типа PML- 5 и RFL-4 приведены на рисунках 3.68 и 3.69, соответственно, а для сопла типа RFL-15, на рисунке 3.70, где кривая 1 — при давлении р = 0,015 МПа, 2 — при р = 0,02 МПа, 3 — при р = 0,03 МПа, 4 — область рассеяния при р = 0,02 МПа. Графики на рисунке 3.71 иллюстрируют зависимости расхода воздуха от давления питания р сопел типа REL-4, RML-5 (а) и RFL-15 (б). На рисунке 3.73 показана мнемоническая схема (а), внешний вид (б) и разрез (в) передающего сопла, которое может быть использовано в сочетании с соплом типа SD-3 для образования пневматического затвора или в сочетании с дроссельным соединением типа Y-PK-3-D вместо сопла SD-2. Оно производит тонкую стабильную струю воздуха, способную вызвать появление Конструктивные ижсплуя^р,,,, выходного сигнала в приемном сопле, расположенном от него на расстоянии 20...40 мм. при давлении питания сопла — от 0,01 до 0,04 МПа Воздушные струи обоих 0«6 Oil» РЛ1Па Phcvhok 3 71 0.05 р МПа Тип RML-5 RFL-4 RFL-15 Диаметр дюзы. d, VIM — 2,25 — Максимальное сопловое расстояние, мм 5.5 4.5 15.5 Точность контроля мм 0.2 ■о.. 0.3 Миннматьные размеры и форма контролнрхемых объектов JL.. , fcx/l.MM ЗхЮ 3x20 - -rft —b~~ £>хЛ,мм 8x10 8x20 — d.\VA 45 3 20 a) с a * - 4.t 5?H- - t lrt-ж^ e!l_.:pi"3 i и и i ' J& 3-U PR 6) ЭЕ 4 в) Рисунок 3.73 Рисунок 3.72 СОПеЛ ДОЛЖНЫ быть Согласованы (рас- TimSML-40-S положены на одной оси) так, чтобы точка наибольшего напора (критическая точка) находилась перед выходным отверстием приемного сопла. При удалении сопел друг от друга более, чем на 50 мм, энергия потока воздуха приемного сопла должна быть уменьшена с помощью входного дросселя (ВД). В противном случае энергии потока передающего сопла будет недостаточно, чтобы преодолеть энергию потока воздуха приемного сопла и вызвать появление давления на его выходе А. Диаграмма на рисунке 3.74 позволяет осуществить выбор проходного сечения ВД в зависимости от соплового расстояния s и требуемой величины выходного давления рА, где кривая 1 — без ВД, кривая 2 — ВД диаметром 0,5 мм, 3 — диаметром 0,4 мм, 4 — ВД диаметром 0,3 мм, 5 — давление р перекрыто. На рисунке 3.75 показаны мнемонические схемы и общие виды передающего и приемного сопел, образующих пневматический затвор (рисунок 3.76), применяющийся в составе датчиков для контроля объектов сложного профиля или регистрации объектов, находящихся в неопределенном положении. Сопла запнтываются Й-4 «W 18] МПа дав- 50 70 Рисунок 3.74
1*4 Глава III TieSFl. 100-Х TenSFL-lOtVF SFL-IOO-S Phcvhok 3.75 SFL-IOO-F -=*■- "SvUE^ &=, -A"+^ Ч,Ц Ц* «a^ p A Tun SFL-6 ленном 0.001...0.002 MI la. Выходной сигнал р^ может изменяться от 0.0002 МПа до давления пшания. Сопла MOiyT располагаться друг от друга на расстоянии до 100 мм. При отсутствии между сопла контролируемого объекта струя воздуха, истекающего из передающего сопла (SFL- 100-S) препятствует свободному выходу струи воздуха из приемного сопла (SFL-100-F). Возникающий подпор воздуха создает на выходе А давление рА > 0,05-10~" МПа, которое может быть усилено и передано к датчику давления. При перекрытии струи давление ♦ , * I °г*+=1 4«7i- 1 i . . ы J -> - АО 48 ■ Е&~ ЗЭ н -t Ра- . МПа 0 020- 0016 0,012 0.008 0 064 С.04 0,08 0 12 0 16 рЛШ; Рисунок 3 78 Рисунок 3.77 Ра = 0. Сопла нормально функционируют при температуре окружающей среды в пределах от -40 до +100°С. Масса сопел — 0.05 кг. Максимальное давление в питающем сопле — 0,4 МПа, в приемном — 0,05 МПа. Сопло воздушного затвора вилочного типа показано на рисунке 3.77. Оно применяется в составе датчиков для контроля объектов производства или положения исполнительных органов технологического оборудования (дисков, флажков и т.п.), толщиной до 5 мм. Давление питания - от 0 до 0,8 МПа. При давлении р > 0,3 МПа целесообразно встраивать дроссель, способствующий уменьшению расхода воздуха. Рекомендуемый рабочий диапазон давления от 0,01 до 0,1 МПа. Давление выходного сигнала должно соответствовать допустимому рабочему давлению подключаемого усилителя. При свободном вилочном проходе на выходе А имеется сигнал в виде давления рА. При перекрытии струи воздуха в проходе давление на выходе пропадает. г График зависимости выходного паппршю „ ™. „ 3 78 а пас*пля „^nw» т иД"ог° Давления рА от входного р показан на рисунке э /». а расхода воздуха отр — на рисунке 3.79. *№ 0.08 0 12 0 16 рЛШа Рисунок 3 79 3.6.3. Пневматические измерительна Давление и расход воздуха в эле.™ измеряется с помощью манометров „ ^Ш^Т*™ %Жт"* В °С"°™ ма.ические измерительные схемы делятся наТГ' виист|ад" ™ ™о все пнев- 1- Манометрические-пе-ГСН0Вные,РУппЬ1[П1: 2- Р о т а м е т р н ч е е к и е - ^Ттк ™ «««ние давления. но, о потока. Реагирующие на изменение скорости воздуш- В устройствах электропневмоавтоматикн бпп~ матическне схемы манометрического типа Ш"Р°КО пРнменя»«тся пнев- На рисунке 3.80а представлена простейшая схем* Р чеишая схема манометрического типа. Рисунок 3.80 ходно^ГсТчеГя'Г °ПреДеЛеНИЯ раСХОДа «***■ -Ч» <*>пло 4 с площадью про- постояи..ZГ Я Г"" ШМеРеНИЯ давления Устанавливается дополнительный постоянный дроссель 1 с площадью канала/,, который носит название входного Сжатый воздух под постоянным давлением/) через сопло 1 поступает в измерительную камеру 3 и далее через кольцевой зазор, образованный торцом измерительного сопла 4 и поверхностью контролируемого объекта 5. истекает в атмосферу. В зависимости от величины зазора s в камере 3 устанавливается определенное измерительное давление рА, которое при постоянном рабочем давлениир и тоща- ди входного сопла /f является мерой расхода воздуха через измерительное сопло, следовательно, и мерой контролируемой линейной величины .v. Для визуальной оценки величины давления рл используются жидкостные или пружинные манометры 2, шкала которых градуируется в линейных величинах. Управляющие сигналы вырабатываются датчиком давления 6, например, электроконтактным, мембранного типа РЕ-РК-4 (рисунок 3.40). Строгое определение зависимости рл =fis) представляет значительную сложность, поэтому для целей практического анализа пневматических измерительных схем эта зависимость определяется приближенно. Используя уравнение неразрывности потока /lP|Wk=/-P2e°!!' (39) гДе р,со, и р,со2 плотность воздуха и скорость потоков, проходящих через входное и измерительное сопло, соответственно, а также приняв допущение о несжимаемости воздуха р, = р2 = р, тогда где ц, „ „2 _ коэффицИенть. истечения через соответствующие сопла, можно "«'•Учить приближенную зависимость измерительного.давления от зазора: = 1+ ,/М.ХД //.ИЧ-
г: Глава III u ,>Ц:/4, /2=n</,S. с/, и d2 —диаметры входного и измерительного сонел. Приняв Ц;'М| *= 1 - получаем окончательно PA = rn\+(f2tfif\- (З-ii) Графически данная зависимость представлена на рисунке 3.75.6. Эту кривую ооычно называют характеристикой пневматической измерительной системы. Ее крутизна (тангенс угла наклона) характеризует пере- таточное отношение пневматической схемы [38]: ks =dpA/d? = -3>2pS(cl;/d?)/V + lbS2(di/d?)]. (3.12) Знак минус перед правой частью означает, что с увеличением d2 или s величина измерительного давления рА уменьшается. Наибольшее передаточное отношение получается при 4d2s/df =0,58 и pt = 0,75р." kSma^2,6p(d2/df). (3.13) Таким образом, изменение передаточного отношения пневматической системы манометрического типа легко достигается путем подбора диаметров сопел, зазоров и величины рабочего давления, что придает универсальность этим системам. Как правило, для работы измерительных схем используется прямолинейный участок характеристики, ограниченный точками 1—2, на котором передаточное отношение максимально и практически постоянное. Отрезок As = smax — smm определяет предел измерений схемы. Более совершенной является дифференциальная схема (рисунок 3.81), состоящая из двух ветвей, каждая из которых соответствует обычной схеме (рисунок З80.а). В одной ветви, состоящей из входного сопла /[ и измерительного сопла /2 воспринимающего изменение положения объекта измерения 1, расход определяется измерительным давлением рм. Другая ветвь, образованная входным соплом /,' и соплом /2' с предварительно установленным зазором sconsl, имеет постоянный расход, определяемый давлением рлг — const. Эта ветвь обычно называется ветвью противодавления. Дифференциальная схема, для которой характерно сравнение двух давлений рм и рАг, менее чувствительна к колебаниям рабочего давления р. В качестве измерителя давления 2, включаемого в диагональ пневматического неуравновешенного моста, может быть использован, например, датчик типа REN-M5 (рисунок 3.47), предназначенный для получения дифференциальных сигналов давления. В дифференциальных пневматических системах сопла обеих ветвей системы могут иметь различную величину и форму проходных сечений. Если оба зазора являются переменными, система определяет алгебраическую сумму двух размеров. В этом случае обе ветви системы — измерительные и для каждой из них су- вествуют следующие зависимости: APa=Pai-Pa2-> А5 = 5,-52. -S£SHE22!!!^^ 173 Передаточное отношение дифЛепен.т* ^ - дифференциальной системы выражается п « K«=dbpA/dAS. (314, При работе с постоянным нротиволавп™.™, ' тел ьно и рА2 = const. ' Так как 5* = const, а следова- Если система работает по схеме диффепешия n^u„v .„ ■м"4'4'Чзенциальных измерении то необчоли- мо, чтобы каждому значению As соответгп.™* ™ i***«». »и неии\оди 1,ишветсгвовало одно и то же значение An* независимо от величины зазоров st и s2. Тогда в общем случае Рм = Рм -ЬРа и dpM ldsx =dpA2 /ds2. (3 15) Таким образом, для обеспечения однозначной зависимости между As и АрА необходимо, чтобы передаточные отношения измерительной ветви иветви противодавления были равны в каждой точке рабочих участков их характеристик Это условие осуществимо лишь при использовании прямолинейных участков с одинаковым передаточным отношением характеристик каждой ветви. Для выполнения этого условия на практике диаметры входных и измерительных сопел необходимо делать соответственно равными. В дифференциальных измерительных схемах широкое применение в качестве чувствительных элементов получили сильфоны. На рисунке 3.82 приведена дифференциальная схема, основанная на использовании дифференциального манометра. Сжатый воздух из пневмосети, пройдя через блок фильтра и стабилизатора, под постоянным давлением поступает через входные сопла 1 и Г в полости сильфонов. Из левого сильфона воздух через кольцевой зазор s образованный торцом измерительного сопла 2 и поверхностью объекта контроля, истекает в атмосферу. В этом сильфоне не создается измерительное давление рл, величина которого зависит от размера объекта контроля. Из правого сильфона воздух истекает в атмосферу через узел противодавления 9, а в полости сильфона создается постоянное давление^. Свободные концы сильфонов жестко связаны стяжкой 3, которая подвешена на плоских дайн» 8. Положение подвижной системы определяется разностью давлении рм нрА2. Перемещение стяжки измеряется с ^^^^^^^ электрические На стяжке с помощью плоских"W™"^™™^ обеспечения необхо- контакты. Для предварительного.натяжения ^^пялтыт1а^ димого усилия замыкания контактов с^ескиГконтактов при заданном размере ствляется настройка срабатывания элсктр параметров схемы и упругих контролируемого объекта. При правильно . ных уборов не превышает элементов погрешность дифференциальны "^ такой измерительной ~ '->*- передаточное «лл ш \Pconsr Рисунок 3.82 десятых долей .микрометра. Общее системы *„=*АА (3-16) сильфона на стрелку; К — передаточное отне kc=A3U.
I Глава III 4 — эффективная тощадь си 1ьфонов; j — жесткость твух сильфонов и их ужинной подвески (есчи она имеется), приведенная к оси упругого перемеще- па сильфонов. Передаточное отношение для электрических контактов кс / к, енльфонных приборов обычно принимается равным 20...50. Уменьшение передаточного отношения на контакты ведет к уменьшению точности настройки. Таким образом, передаточное отношение сильфонов с учетом (3.17) составляет: к, =(2Q...50)/k^AJj. (3.18) С учетом механического и эрозионного износа контактов после заданного чиета срабатываний, передаточное отношение сильфонов должно удовлетворять WIOBHK) где А,,, — механический и эрозионный износ контактов, определяемый из таблицы 3.5: Д, — допускаемая погрешность измерения. С целью уменьшения погрешности показаний до заданной величины Д, необходимо увеличивать эффективную площадь сильфонов так, чтобы усилие F,, развиваемое енльфонами при изменении измерительного зазора на величину допустимой погрешности Д$, было равно или больше суммарного дополнительного усилия, т.е. Ft>Fk+Fv, (3.20) где FL=nF + 0JEj,lit (3.21) здесь F — усилие предварительного прижима пружины к ограничительным планкам, обеспечивающим надежное замыкание контактов (выбирается из таблицы 3.5); л — число контактов (и = 1...8); /, — величина перемещения контакта в замкнутом состоянии;/,—жесткость /-ой пружины, несущей контакт (/,- = 0,02 Н/мм). Таблица 3.5. Параметры контактов измерительных систем Материал контактов Вольфрам В4 Серебро Ср.99,9 Платина Пл.П-1 Вотьфраморениевый сплав ВР-20 Палладии с иридием П,''И-18 Износ после 25000 срабатываний, мкм 1...2 5-7 5...7 0,5...! 4...6 Рекомендуемое усилие замыкания, Н 0,1...0,15 0,05...0,08 0,03.-0,05 0,1.-0,15 0,07...0,1 Усилие Fc, развиваемое сильфонами при изменении измерительного зазора на величину погрешности измерения As, составляет: FC = AJ<AS. (3.22) На основании (3.20) и (3.22) определяется эффективная площадь сильфонов: A,>(Fk+Fj/(kfAs). Жесткость сильфонов и пружинной подвески j = (0,02...0,05)AA5. В существующих приборах жесткость подвески составляет 10...20% от об- асесткости подвижной системы. Передаточное отношение механизма передачи от сильфонов к стрелочному указателю определяется из выражения (3.16): 175 *„=*0/(*А), kn=a/i где а - заданный или выбранный интервал „. ' (323) деления шкалы устройства. Деления шкалы; / — заданная цена Существующие измерительные пневма™^ инствами имеют малые пределы измелен™ системы наряду с их достояния. Мерения« чт° ограничивает область их приме- Максимальный зазор s, при котором т ределяется условием еоретически возможны измерения, оп- откуда s<d2/4. При S>d2,4 "-«Дадь истечения кольцевого зазора практически от зазора s. Отсюда следует, что одним из способов увеличения ™ является увеличение диаметра измерите™ JV^ "Редела измерения чительно увеличивает H3MeP«™oro сопла. Однако такое решение зна- расход воздуха и практически оказывается неприемлемым. Увеличение пределов измерений достигается с помощью измерительных систем с кольцевыми (эжек- торными) соплами [11]. (3.24) не зависит =4Д,Т» ж а) Рисунок 3.83 Принципиальная схема такой системы представлена на рисунке 3.83,а. Воздух под постоянным избыточным давлением истекает из входного ее ала 1 непосредственно в измерительное сопло 2 и далее через кольцевой зазор ь атмосферу. Давление рА в измерительной камере 4 отсчитывается по показывающему прибору (манометру) 5 и служит мерой изменения размера контролируемого объекта (КО). Зависимость pA{s) является характеристикой пневматической измерительной системы с кольцевым соплом. Параллельно с манометром к измерительной камере 4 может подключаться датчик давления 3, выдающий автоматический сигнал, свидетельствующий о достижении объектом заданного размера или положения, например, PE-VK-5.1. Особенности такой системы заключаются в том, что прямолинейный участок ее характеристики pA(s) значительно больше, чем у обычной пневматической измерительной системы при тех же передаточных отношениях. Это иллюстрируется графиком на рисунке 3.83,6. Отрезок ab кривой 1 соответствует прямолинейному участку характеристики обычной пневматической системы и определяет ее предел измерения. При больших значениях измерительгого зазора кривизна характеристики резко увеличивается. В схеме с кольцевым соплом при больших зазораос увеличивается количество воздуха, эжектируемого из измерительной ™^*°^ Дит к тому, что измерительное давление^ падает более ^и™™еИному отрицательных значений. Отрезок ас W™*J™™^tepZ» эжекторе Участку характеристики и определяет увеличенный предел г системы при том же передаточном отношенИ"п амИ „роводится на основе Расчет пневматической системы с кольцевы » и ,_| и 2_2 (рису. Уравнения сохранения количества движения между « Нок3.84,а): ..А *_„_.. (3-25) С,со, .(GI+G2)co2=/;0^)+**-^'
I** Глава HI -V «О d\ So* Ttr 6) n) 1'исмюкЗ 84 71 1Де CV| и Oz — массовый расход воздуха, hci екающего из входного О»! п (Д2 измерительною сопел, cooiRcieiHciiiio; to, и <о2 — скороеiи поюка воздуха, истекающею из входною и измерительного coiiCji. соответственно, р„ — атмосферное давление; Рп-Pi + Ра -— абсолюпюе измерительное давление; AR - дополнительная сила давления на входную кромку измершелмюго сопла; ртг— сила гре- ння между сечениями I—1 и 2—2 (ввиду се малости в дальнейших расчетах принимается Р-ц* = 0). Левая час1ь уравнения (3.25) определяет изменение количества движения между рассматриваемыми сечениями, а правая — импульс гидродинамических сил. С целью упрощения расчета принимается Д/? = 0. Кроме того, при глухой ич- мершелыюн камере для установившегося режима G2 = С. Тогда, после некоторых преобразований уравнения (3.25), получается выражение для определения измерительною давления: Pa =(2pK/2//i)-el)/{2((/2//,)-el-(/2//l)}, (3.26) где р — рабочее давление; е= />, //>2; Pi — плотность воздуха, истекающего hi входного сопла; р2 — плотность воздуха, истекающего из измерительного сопла. Формула (3.26) выражает статическую зависимость измерительного давления от зазора. При контроле линейных размеров /2=7lJ2.V, где dz — диаметр измерительного сопла (для кольцевых сопел рекомендуется принимать равным 2 мм). 11$ анализа расчетных зависимостей и экспериментальных данных установлено, что величина чависит не от абсолютных геометрических размеров сопел, а от отношения сечения сопел и величины рабочего давления, которое рекомендуется устанавливать: р = (I ■ 105...2 - !05) Н/м2= (I • 10"\..2 - К)5) Па. Эмпирическая формула зависимости Е(/2 / /,) имеет следующий вид: при рабочем избыточном давлениир-2- К)5 Па fc2.0 - • + с при рабочем избыточном давлении/; = 1,5 - 10" Па = 1 + е 1/12.5(/,//,)7|. (3.27) (3.28) (3.29) при рабочем избыточном давлении/? = 1 • 10 Па Передаточное отношение пневматической системы с кольцевым соплом *,=фл/Л«{8/>(/2//г)(^2/г/12Ж/2//1-2е)|}/{2[(/2//,)-е|-(/2//1)2}2.(3.30) Оптимальная длина / проходного сечения измерительного сопла (рисунок 3 84,в) подсчитываемая по эмпирической формуле /=fl3,5(£/I2/f/2)]-I,5c/2. (3.3D Расстояние 12 между входным и измерительным соплами определяется и*» следующего условия: конечное сечение свободной струи, вытекающей нч входного сопла диаметром </ь должно быть равно или меньше (у входа в измерительное сопло) площади проходного сечения измерительного цопда. Это условие выполняется при /2 « 1.59(</2-г/,). (3.32) величин Для целей нрак.ического расчета л^ ™» Ф = Л//,. "Рсобразуется квид7МУЛа ^ ° П°М0Щ,"° fe?a* М = [2(ф-е)/,,/Г2( 2 Для измерения линейных размеров Зависимость „,(„) "ри рабочем давлении „ = 2,0'Ца показана на рисунке 3.85. Экспериментально vr *,с что прямолинейные участки характери^ПлГ ^ * ной „ары сопел практически oJLJL^ZS£™£ - ^рекомендуемых рабочих давлении\>£"£^ боты^пГаГ :r ™;z 3™;гьшаст- ™ ™ра- ., с ^ып LHcitMbi на прямолинейном участи ствующе* мкнея пннице лред<!1и ,„,„,„„„ м TZIT А " "?" ■ПМе''™'"»" «*■ *- ссоХ вующем „ерхкеи ^„„„е преди1а „ ия> ф— 1,0. Предел измерения Ал- = .vinjx - lVmin. Согласно формуле (3.34) имеем: Фтш - 0,5 = 4d2smm /d{; Ф(пах = 1,8 = 4d2smM откуда диапазон измерения Aa=0,325(£/,2/J2), •Saas Рис\нок3.85 Jd\ а диаметр входного сопла (3.35) Р36) dl = \J5yfd^As Для устранения скачков давления (точки А на рисунке 3.79,6) при плоских торцах измерительного сопла, необходимо выполнение пояска, шириной (Z)-J,)/2<0,5mm. (3.37) 3.6.4. Примеры применения пневмоэлектрических датчиков Области применения пневмоэлектрических датчиков весы.-а разнообразны (рисунок 3.86). В машино- и приборостроении они успешно применяются при расфасовке и дозировке сыпучих и жидких наполнителей. Предназначенные для них емкости, например, в форме колпачков нли чашек должны соответствующим образом располагаться на транспортере, т.е. донышком вниз. При расположении донышком вверх (а) по сигналу от датчика с кольцевым соплом они удаляются (сдуваются) с транспортера. С помощью датчиков с соплами, образующими „невмозатвор ("невмашче- ский барьер), легко осуществляется счет издел.м. перемещающихся по транснор- ^L .„„.хюпят! vimaaieHHe циклом работы Сопла вилочного типа позволяют осуществлять У"Р^'' £ ,.™ гтонюа транспортеров и т.д. i<ik, на технологического оборудования: прессов, станкоа р '^ fc ЯШ]Я_ пример, может осуществляться считывание^^^^^J сторож егся кулачок (в) или специальные флажки. «• i транспортной ленты (г). гоуипы или расфасовке чатчикн с со- Прн сортировке изделий на размерньи ру ^ma заслонк,1. выполняющей плами подпора могут вьщавать информацию о функцию делителя потока (д).
Глава III Рисунок 3.86 Конструктивные и ™?™*1*шшт^^пПоы летчиков 179 В обрабатывающем производстве напп гатных станках круговой компоновки'или „я IS "РИ °бработке леталей на ^ ских линиях, датчики с сотами uZZ Z^T^ """""^ " аВТОМа™че- использованы на конечной операци™^ и пяТЫМИ Т^Г "*** бЫТЬ оппелеляются как отк-юнемы* Z, КОНТР01я и разбраковки (е) С их помощью определяются как отклонения размеров, так н наличие выложенных на заготовке отверстии, пазов, и т.п. tM *" i"uhkc При автоматической загрузке обрабатывающего и сборочного оборудования датчики „а базе пневчозатвора применяются хтя контроля наличия деталей, прошедших ориентацию в бункерном загрузочном устройстве, а также для отключения бункера в случае переполнения отводного тотка или буферного магазина (ж) На производствах, связанных с изготоатением бумажного и текстильного полотна, датчики с кольцевыми соплами и пневмозатворами успешно применяются для управления положением полотна относительно барабанов (з), а также для контроля относительного распотожения двух и более полос при получении многослойного полотна (и). При использовании различных стрелочных измерительных устройств (весов, манометров, индикаторов и т.д.) сопла позволяют осуществить бесконтактное распознавание положения стрелки, являющейся легкодеформируемым элементом (к, л, м). Таким образом, можно без больших затрат автоматизировать процессы взвешивания как сыпучих, так и жидких продуктов, а также химически активных и вредных веществ. Широкое применение пневмоэлектроконтактные датчики получили в системах высокоточного автоматического контроля в процессе обработки. Получение сопряжений с допуском на зазор или натяг в несколько микрометров при обеспечении полной взаимозаменяемости экономически не всегда выгодно, так как изготовление деталей с допуском 1...2 мкм является весьма сложной технологической задачей. Для получения таких сопряжений в основном пользуются индивидуальной пригонкой сопрягаемой пары, а в массовом прог.»водстве — селективной сборкой. Индивидуальная подгонка — операция трудоемкая и дорогостоящая, при селективной сборке имеет место незавершенное производство. Указанные недостатки могут быть исключены при применении спосооа сопряженной обработки, основанного на том, что одна из деталей, чаще втулка, изготавливается по сравнительно широким допускам, а загем к каждой втулке автоматически при обработке на станке пригоняется ват.
Глава III На рисунке 3 87 приведена принципиальная схема нневмошекгричеекого устройства активного контроля, построенная но недифферснциальнон схеме измерения с применением сильфонного пневмоэлектрическот датчика 10 тина БВ-Н974(П-8)[11). На измерительную позицию 1 устанавливается втулка с отверстием D\ которая центрируется пробкой 2, в вырезах которой расположены измерительные шго- кн 1 и 3, почвешенные на плоских пружинах 4 и 6. несущие сопло 9 и плоскую заслонку 8. Измерительное усилие создается пружинами 5 и 7. Позиция II представляет собой двухконтактную скобу, установленную на столе шлифовального станка. С помощью пневмоцилиндра 11 скоба подается на деталь и ее измерительные твердосплавные наконечники 15 и 16 располагаются в диаметральной плоскости детали, что обеспечивается упором 12. Скоба содержит измерительное сопло 14 и плоскую заслонку 13. Давление в правом сильфонерАп зависит от суммы зазоров (s, + s^). Давление в левом сильфоне/?<| устанавливается в зависимости от величины зазора д-з, в узле противодавления, который служит для настройки системы. По мере снятия припуска с обрабатываемой детали зазор ^ уменьшается, расход воздуха из правого сильфона также уменьшается, что приводит к росту давления рЛг смещению подвижной части сильфонного датчика вправо и размыканию контактов К, в результате чего появляется управляющий сигнал на прекращение обработки. Пневмоэлектрические датчики успешно применяются в измерительных устройствах контрольных автоматов. На рисунке 3.88 показана схема измерительной позиции, предназначенной для контроля высоты и параллельности торцов и бурта подшипникового кольца с помощью сильфонных пневмоэлектроконтактных датчиков [11]. Шпиндель 1 с магнитным столом 2, снабженный центрирующим пояском, принимает деталь с транспортирующей системы и перемещает ее в вертикальном направлении с помощью кулачка 15, вводя в зону измерительной позиции и придавая вращение от зубчатой передачи 16. Ри и J^:;£IEa2!^^ ДЭ1ЧНКОВ 181 v _ ■"" ... I8J Каретка 5, подвешенная „а IIHnrif тельный наконечник 12 и.Тп,„, лисКи* пружинах 6 и к .. к детали пружиной 7 ЪоТ™"™""^..™Loe' "" *"* "^ пиевмо^оконг^о^Ь0 **"*« В ^ZTZl^^^ -орал, служаг для ^^^^^ ^^S^S^T^ троп,.непараллельное™ тоРЦОв. ™ "^ а '««««чий конт.к,\ТД, °Г* Кошроль высоты и папалтр 14, несущей на себе сопло 17 г^***™ бурта коль'« осуп,ес™п„^ только бурта, по и o^^^^^^^^^^^^Z ЧУ осуществляется нружииой .3. СогшоПГ"4*"06"'- "оджш каретки к коль =,8'—~ —&=жйг
Глава IV ЭЛЕКТРОПНЕВМОРАСПРЕДЕЛИТЕЛИ 4.1. Назначение и классификация Этектропневмораспределители (ЭПР) предназначены для управления потоками сжатого воздуха в системах электропневмоавтоматики. Они используются ия пуска, остановки и изменения направления потока воздуха от источника питания в конкретную пневмолинию и выпуска отработанного воздуха в атмосферу через выхлопные каналы. ЭПР могут иметь различное число отверстий (линий) для подвода или отвода воздуха и число рабочих позиций, а также разные схемы управления. От конструкции ЭПР зависит долговечность его работы, необходимое для переключения усилие, время переключения, способ управления и габариты. Количество подводов и отводов (исключая каналы управления) определяет линейность пневмораспределителя. Применяют в основном двух-, трех-, четырех- и пятилинейные пневмораспределители [24,37]. По количеству фиксированных положений распределительного элемента (например, золотника) различают двух-, трех- и многопознционные пневмораспределители. Наибольшее применение в промышленности получили двухпозицн- онные пневмораспределители, распределительный элемент которых под действием управляющего сигнала может занимать одно из двух крайних положений. Распределительный элемент трехпозиционного пневмораспределителя также имеет два крайних положения и при отсутствии сигнала управления занимает третье среднее положение. Для описания пневмораспределителей применяются условные обозначения в виде дроби, например, пневмораспределитель 2/2, пневмораспределитель 3/2, пнев- мораспределитель 5/2. Первая цифра определяет линейность пневмораспределителя, а вторая цифра относится к количеству позиций его переключения: пневмораспределитель 3/2 — трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель; пневмораспределитель 5/3 — пятилинейный трехпозиционный пневмораспределитель. На практике используются две системы обозначений присоединительных отверстий пневмораспределителей — буквенное и цифровое. Эти системы приведены в таблице 4.1. В настоящее время предпочтение отдается цифровой системе. Таблица 4.1. Наиболее часто встречающиеся обозначения присоединительных отверстий ЭПР [37] Наименование отверстия Отверстие питания Рабочие отверстия Отверстия выхлопа Линия управления, выключающая выходной сигнал Линии управления Присоединения вспомогательных потоков управления Буквенное обозначение Р А,В R.S Z X,Y Отверстия выхлопа из линий управления Обозначение поК0 5599Л1 1 2,4 3,5 10 12,14 81,91 82,84 Для быстрого определения характеристик пневмораспределителей используются диаграммы (рисунок 4.1), связывающие давление на входе и выходе пневмо- распределителя с объемным расходом воздуха и именуемые как «P/Q-диаграммы». -^2Р^1!!£вмор^«фед^ (83 Кроме этой характеристики дЛя используется коэффициент расходГГ^™^0 ""^«Распределителя часто пропускную способность -Ае^^Ж Г " Р'^~- ~ По горизонтальной оси диаграмм!, 7 (рисунок 4.2). воздуха, выраженный в «орма^ньТл " ^вТ *° °™eH <*"™»™ Расход жено давление, выраженное в МПа. ОтГти"^ П° ^^„ои оси'отло из которых соответствует определенномТдавл^шГ °С" "**'" ^^ ™ая теля. Кривая показывает связь между ра^лГТ "* "** Пневм^предели- пневмораспределителя. Так, расход равен ™ ^ " ДаВЛением « вь«оде входному (точка пересечения кривой с вепТ?' ™ ВЬ1к(тк* Доение равно связано со снижением выходного давления !Г °СЫ0)- Уве™чение расхода из графика. Таким образом, каждая то^ЙЕТ"1'^ ВХ°ДН0М)' что ™° ное давление (одно и то же длГвсей «иымет ^ величИны: ВХод. кривой), выходное давление (коорди ната точки по вертикальной оси) и расход (координата по горизонтальной оси). Для удобства определения характеристик пневмораспределителей при различных входных давлениях на P/Q-диаграмме строится семейство кривых, соответствующих разным давлениям. Помимо своей наглядности, P/Q- диаграмма имеет еще и то преимущество перед табличными или расчетными методами, что она позволяет быстро и надежно определить взаимосвязь между давлениями и расходом без необходимости выполнять какие-либо расчеты. На практике главным образом встречаются три основных вопроса: а) Какое давление остается на выходе пневмораспределителя при указанных значениях давления на входе и объемного расхода сжатого воздуха через него? б) Какой объемный расход может обеспечить пневмораспределитель при указанных значениях давления на входе и выходе? в) До какого уровня давления должен быть отрегулирован редукционный клапан перед соответствующим распределителем при указанном расходе и рабочем давлении? Приведенные ниже примеры показывают, как можно ответить на эти вопросы с помощью P/Q-диаграмм. Пример 1. Требуемый объемный Расход составляет 1300 л/мин, а давление на входе 0,7 МПа. Определить Давление на выходе. Пример Объемный рас\од (л/мин) Пример 2 1000 1650 2000 Объемный расход (л/мнн) 6) Пример 3 я я 0 I U ' « 0 - ТООО 1450 WW Объемный расход (л/мии) в) Рисунок 4.1
Глава Г\ IW^WWIWIWHIW ■ ■.IH...II.-—- — —.р—-м- .., ., , ■ - — ' ■ ■" — На Диаграмме (а) от значения 1300 л/мин проведена пунктирная линия верти- вверх до точки, в которой она пересекает кривую, начинающуюся на оси давления от отметки 0.7 МПа Горизонтальная штриховая линия, проведенная от точки пересечения до оси давлений, указывает на выходное давление 0,58 МПа. "Ъю и есть уровень давления на выходе распределителя. Пример 2 Давление на входе распределителя составляет 0.7 МПа, а давление на выходе требуется не менее 0.45 МПа. Определить объемный расход сжатого воздуха через распределитель. В этом случае от значения 0,45 МПа на оси давления проводят горизонтальную чинию (ем диаграмму б) до пересечения ее с кривой, начинающейся на отметке 0,7 МПа По вертикали под точкой пересечения находится значение объемного расхода, равное 1650 л/мин. Пример 3. Наименьшее давление, требуемое на выходе, составляет 0.45 МПа, объемный расход составляет 1450 л/мин. Необходимо определить дав- тение на входе. Получают точку пересечения вспомогательных линий, начинающихся на отметках требуемых значений давления на выходе 0,45 МПа и объемного расхода 1450 л/мин (диаграмма в). Давление на входе получают, проведя из точки пересечения линию в направлении шкалы давления параллельно двум смежным кривым. В нашем случае это значение составляет 0,65 МПа. Под прямой, которая на диаграммах поднимается вправо из точки пересечения кривой 0,1 МПа с горизонтальной осью, все кривые уходят вертикально вниз. В этой области скорость потока воздуха в пневмораспределителе достигает уровня скорости звука и больше не растет, как бы ни увеличивался перепад давлений. Это явление наступаег при критическом перепаде входного и выходного давлений, который для воздуха равен 1,89. Это значит, что если давление на выходе пневмо- распределителя ниже, чем половина входного давления, расход воздуха не зависит от выходного давления и определяется только давлением на входе (сверхкритический перепад давлений). В случае, когда давление на выходе выше, чем половина входного, имеет место докритический перепад давлений. При сверхкритическом перепаде, если давление на входе постоянно, расход имеет максимальное значение. Режим течения определяется из условий: рх + 0.1013 > 1.89(^2+0,1013) — сверхкритический перепад; Р[+0,1013< 1,89(р2+0,1013) — докритический перепад, где pi ирг — давления соответственно на входе и на выходе пневмораспредели- геля (МПа). При выборе размеров пневмораспределителей обычно избегают сверхкритических перепадов давлений и звуковых скоростей течения воздуха, так как работа в таком режиме сопровождается высокими гидравлическими потерями, непреодолимыми ограничениями по расходу и низким уровнем давления в исполнительных устройствах. В международной практике используются различные величины, характеризующие пропускную способность пневмоэлементов. На рисунке 4.2 сопоставлены рассмотренные показатели пропускной способности пневмоэлементов и приведены числовые коэффициенты для перевода данных параметров из одной системы измерения в другую [24]. Рисунок 4 2 >агме, создающего то же что и исследуемый пневмоэле- условии, ^^дапнев^ Эквивалентное сечение S (мм2) Данная величина равна площади отверг™ самое соотношение между давлением ИТ В ЛИа мент. Эквивалентное сечение измеряется пгГпГ ^"ы« ™евмоэле зовать пропускную способность как отделЬН " ЩИ ^^ и Может Х{№ри темы элементов. отдельного пневмоэлемента, так и целой сие Нормальный объемный расход Qn („-л/мин) Эта величина равна объемному шсхпГТ вии, что давление на входе садтавляетп^мп^3 Чере3 пневмо™емент при ем воздуха рассчитывается при стандарт™ кvcnn„ ' * ™ ВЫхОДе-°'5 М^ °бъ- лении 760 мм ртутного столба, или^щГ "" ТеМпеРат>Ре °°С и дав- чем f^T^\a^0^£*°m' ™ ' б3> - 2% б-Ш'е, Han^Ti™ -s S3=?,e5n=r^ при перепаде давлений 0,1 МПа и температуре воды 20Т ^ ™ Коэффициенте (н м3/мин). Такой же параметр, что и Ь, только имеющий размерность (нм3/час) Коэффициент CV (ам.галлон/мии). _ Аналогичен параметрам Ь и Kv, однако основан на применении американской системы мер. Равен I при пропускной способности 1 американский галлон воды в минуту при перепаде давления в 1 фунт/кв.дюйм (1 psi=0,007 МПа) и при температуре воды 60°F. Коэффициент/ То же, что и коэффициент Cv, однако имеющий размерность вместо амери канских галлонов английские галлоны в минуту. Основным требованием, которое предъявляется к распределителям, управляющим исполнительными устройствами (цилиндрами и моторами), яатяется обеспечение быстрого срабатывания исполнительного устройства после получения управляющего сигнала. Поэтому распределитель следует располагать как можно ближе к исполнительному устройству или непосредственно на нем (рисунок 4.3,а). Это сокращает длину линий коммуникаций и, следовательно, время переключения, а также дает дополнительные преимущества за счет сокращения числа соединений, трубопроводов и времени монтажа. Пневмораспределители с электромагнитным управлением могут Рассматриваться как электропневматические преобразователи. Они имеют пневматический клапан для выдачи сигнала и электрическую управляющую часть, называемую электромагнитом (соленоидом) (рисунок 4.3.6). Электрический ток, поступая на обмотку электромагнита, генерирует электромагнитную движущую силу, которая перемещает якорь, связанный с запорными элементами. Для случаев Датчики Цилиндр <с %У 4i* а) Стоп Распределитель Контакты -V .£• Катушка" Корпус *«Й ■nrV -■-Л' Пружина Направляющая ® Рисуя0* **3 Сердечник (якорь)
It* Глава IV погери электропитания имеется ручное дублирование. Внутренние детали соленоида, взаимодействующие с рабочей средой, выполняются из немагнитной нержавеющей стали. Для устранения вибраций сердечника в соленоидах переменного тока используется экранирующее кольцо, размещаемое в кольцевом пазу на торцовой, обращенной к сердечнику части стопа, которое выполняется медным, за исключением распределителей с корпусами из нержавеющей стали, где используется серебро. Экранирующие кольца не используются в соленоидах постоянного тока. Тонкостенная трубчатая направляющая сердечника выполняется из нержавеющей стали, подверженной глубокому отпуску. Конструктивно, ЭПР могут иметь нормально-закрытые (НЗ) или нормально- открытые (НО) клапаны. Первые закрыты при отсутствии напряжения на катушке соленоида и открыты при ее запитывании. Вторые, наоборот, закрыты при подаче напряжения на катушку и открыты при отсутствии напряжения питания. Пневматические клапаны могут быть прямого и непрямого действия. В клапанах прямого действия (рисунок 4.4, а,д,е,ж) сердечник соленоида 1 механически соединен с запорным элементом (уплотнением) 2 и непосредственно открывает или закрывает проходное отверстие 3 при включении или выключении соленоида. Работа клапана не зависит от давления в трубопроводе или скорости потока воздуха, т.е. его открытие и закрытие может осуществляться при любом давлении в пределах рабочего диапазона. В клапанах непрямого действия (рисунок 4.4, б,в,г,з,и), снабженных пилотным (управляющим) 4 и перепускным 5 отверстиями, используется для работы давление в трубопроводе. Когда на соленоид подано напряжение, сердечник (якорь) 1 втягивается, пилотное отверстие 4 открывается и давление над поршнем 6 или мембраной 7 сбрасывается на выход клапана. При этом давление рабочей среды начинает отжимать поршень или мембрану от седла 8 клапана, открывая его. Когда соленоид отключен от питания, пилотное отверстие закрыто запорным элементом с помощью пружины 9, и все давление в трубопроводе прикладывается к поршню или мембране, обеспечивая таким образом герметическое закрытие. В клапанах с мембранным усилителем роль запорного элемента (уплотнения) выполняет сама мембрана из эластичного материала, например, тефлона, фторэла- стомера-витона, этилена-пропилена, хлоропрена-неопрена [51]. Существуют два типа конструкции клапанов непрямого действия: 1. С плавающей мембраной или поршнем, которым необходим минимальный перепад давления, чтобы оставаться в открытом положении (рисунок 4.4, б,г). 2. С мембраной или поршнем принудительного подъема, которые удерживаются в открытом положении сердечником 1 через посредство, например, пружины 10, и работают на перепаде давления от нуля до максимума (рисунок 4.4, в). Минимальный рабочий перепад давления — это давление, необходимое для открытия клапана и удержания его в открытом состоянии. Клапан двухходовой 2/2-распределителя с плавающим поршнем или мембраной начнет закрываться при достижении давления меньшего, чем минимальное рабочее давление. Для трехходовых и четырехходовых распределителей непрямого действия минимальное рабочее давление определяется между портами (каналами) подачи давления и портом сброса и должно поддерживаться в течение всего цикла, чтобы обеспечить полный переход клапана из одного положения в другое. Клапаны непрямого действия с мембраной или поршнем принудительного подъема не требуют минимального рабочего давления. Максимальный рабочий перепад даплрнш, _ это максимальный перепад давления между входом и выходом распределителя, при котором соленоид может безопасно работать. Если давление на выходе не извесгно. консервативный подход требует считать данной величиной подаваемое давление. Электропневмораспределитрп,, Рисунок 4.4
Глава IV Клапаны птчшкерного типа (рисунок 4.4. а) имеют несложную конструкцию с небольшим числом быстро изнашивающихся деталей, поэтому долговечны в раооте. прочны и нечувствительны к пыли. Однако для их переключения, как правило, необходимо значительное усилие, чтобы преодолеть усилие возвратной пружины и противодавление. При равных с другими конструкциями габаритах, потенциально они способны обеспечить больший расход воздуха, благодаря большей площади проходного сечения. Меньших приводных усилий требуют шиберные, шарнирные и рычажные клапаны. В конструкции шиберного клапана (рисунок 4.4. д), ход шибера 11, связанного с сердечником 1 соленоида, зависит от диаметра проходного отверстия 3 седла 8. Уплотнение обеспечивается подпружиненной втулкой 12. Недостаток— повышенный износ седла и втулки, входящих в контакт с шибером. Конструктивные решения шарнирного (рисунок 4.4, е) и рычажного (рисунок 4.4. ж) клапанов позволяют уменьшать приводные усилия, развиваемые соленоидами, с помощью рычагов 13, однако габариты возрастают, а долговечность снижается. Тарельчатые клапаны (рисунок 4.4, з) выгодно отличаются относительно коротким ходом штока с запорными элементами 14 при переключении и незначительным износом. Уплотнение между каналами в золотниковых клапанах обеспечивается за счет очень малых зазоров между самим золотником 15 (рисунок 4.4, и,к) и корпусом, либо за счет установки на золотнике уплотнительных колец круглого сечения или манжет. Поскольку воздух в корпуса распределителей с золотниками подается под прямым углом к золотнику, его сопротивление переключению минимально, и такие ЭПР имеют лучшие характеристики переключения. Тарельчатые и золотниковые клапаны обычно характеризуются наличием пилотного управления, т.е. являются клапанами непрямого действия. Одним из основных признаков, по которым можно классифицировать распределители, является наличие или отсутствие у них свойств памяти. В зависимости от этого они делятся на моностабильные и бистабильные. Моностабильными в электропневмоавтоматике называются ЭПР с односторонним электромагнитным управлением и пружинным возвратом в исходное положение. Они не обладают свойством памяти, а это значит, что при отключении сигната на электромагнит они возвращаются в исходное положение. Бистабильные ЭПР обладают свойством памяти. Обычно это 4/2, 5/2- распределители с двусторонним управлением. Они имеют следующие характеристики: 1) для переключения в новое положение необходимо наличие сигнала только на одном электромагните; 2) последнее положение при переключении запоминается; распределитель переключается коротким электрическим импульсом —10...25мс; 3) текущее положение сохраняется до появления противоположного сигнала. Бистабильные ЭПР называются также распределителями с памятью (триггеры). 4.2. Распределители для индивидуального монтажа 4.2.1.2/2-распределители с электромагнитным управлением Изображенный на рисунке 4.5 распределитель с электромагнитным управлением имеет два канала (линии): входной 1 (рисунок 4.5,а,в,г) и выходной 2, а также две позиции переключения: исходную (рисунок 4.5,6) и включенную (рисунок 45, в). Когда якорь 5 с ушютнительным элементом 3, находящийся под действием ^^^^^2^тв^^т пружины 4, перекрывает седло „ Рисунок 45 При подаче питания на электрический разъем 9 и далее на катушку 6, смонтированную в корпусе 8, возникающий магнитный поток притягивает якорь к стопу 7, открывая тем самым проход воздуха из входного канала в выходной (полости, заполненные воздухом, зачернены), т.е. в атмосферу (рисунок 4.5.в). С помощью эксцентрика 2 возможно ручное управление распределителем: при его повороте с помощью отвертки на 180е происходит поднятие якоря. Такой тип ЭПР применяется в основном в качестве отсечного клапана, например, при запитывании сопел сдува объектов производства или отходов с рабочей позиции технологического оборудования. На рисунках 4.5,а и 4.5,г представлены мнемоническая схема и общий вид распределителя, соответственно. Производимый фирмой «ФЕСТО» 2/2-распределитель типа MFH-2-M5 обладает следующими характеристиками: ход якоря — 1,5 мм; расход воздуха — 58 л/мин; рабочее давление — от 0 до 0,8 МПа: быстродействие при 0,6 МПа — 10 мс; диапазон рабочих температур - от -10 до +60°С; масса - 0.11 кг; напряжение питания - 12, 24,42, 110, 220 В / 50 Гц или 12, 24,42.48 В - постоянного тока; потребляемая мощность — 4,5 Вт. _ На рисунке 4.6 представлена мнемоническая схема (а), общий вид с габаритными размерами (б) и конструкция (в) нормально-открытого 2/2-распределителя прямого действия типа SC ЕОЗО А070 ASCO (Англия) для сред под низким давле- уимии» депчиии iraie ov. _„OWI1 пияметоом 3/8 . проходным сечением нием, с присоединительными отверстиями диаметром , у п - , эт1п1Л м3/чае или 23,3 л/мин. рассчитанного на пере- 9 мм, пропускной спосооностью 1,4 м /час ит , £ _ m B пад давления 0...0.1 МПа. Максимально*»£™^T5^o+90°C. Вес-0,7кг. срабатывания — 5...40 мс. Диапазон«MneI*^ ,, 2Я0 в / 50 Гц (перемен- Напряжение питания - 24 В (постоянный ток), л. . - ный ток). Защита катушки — исг волнение IP 65 [51].
i»r Глава IV i Выход Рисунок 4.6 Распределитель имеет латунный корпус 1 с седлом 2 и двумя присоединительными резьбовыми отверстиями (вход/выход) (рисунок 4.6,в). При подаче питания на катушку соленоида 11, установленную на тонкостенную трубчатую направляющую 12, создаваемый ею магнитный поток вызывает перемещение сердечника 10 с продольным пазом на наружной образующей для перетекания воздуха к стопу 8, в кольцевом пазу торцовой поверхности которого размещено медное кольцо 13, способствующее устранению вибрации сердечника при использовании переменного тока. Посредством штока 9, проходящего через центральное отверстие стопа, сердечник перемещает толкатель 6, который, в свою очередь, посредством пружины 4 перемещает держатель 5 с запорным элементом 3 из нитрилбу- напрена (NBR), перекрывая проходное отверстие седла 2. Возврат в исходное положение обеспечивается пружиной 7. Выполнение оси проходного отверстия седла не под прямым углом к оси присоединительных отверстий способствует улучшению расходных характеристик распределителя за счет уменьшения местных сопротивлений. На рисунке 4.7 приведены мнемоническая схема (а), общий вид с габаритными размерами (б) и конструктивное исполнение нормально закрытого 2/2- -i- нз ЩЕП Выход Рисунок 4.7 _^eiaponHeBj!1opacrip^^ распределителя непрямого действия с пля " " лия), для работы в тяжелых условиях „f^™ п°Р^ш фирмы ASrn (A 24, 1.5 и 230 В/50 Гц вес;асг1еНИе ""^ по™янное -24В п^" ***" способность с присо^и^ сечением 28 мм - ,2,8 м%ас или 467 ГГзГ ^^ ' "«" - прохо™ пазон рабочей температуры - 0т -20 до Хг "" ™HeHHe ~ * «■ Диа При запитывании катушки соленоилаГ стопу, открывает пилотное отверстие TeL^™* % пеРеме^ясь вверх к сбрасывается через отверстие 4 „а выхоппя НаходяЩийс" под поршнем 5 мещает поршень 5 влево (рисунок 4 7 ^ P™^e™™"- Рабочее давление пе^ ходное отверстие в нем. При отключении сгГ &° °Т СВДЛа 7 и откРыва» про- стие перекрывается запорным^мГтом cZ ^ °Т ^"^ ПИЛ0™°е <*■£ трубопроводе через канал 4 прикладьшаетсТГпоГ' " Tf Ше"т В по*»°щем ное закрытие клапана. Пружина 6 ofecne^ ™ Р "° 5' обеспечив^ герметич- - седле 7 при о-утствии^ения^ отверстия Вход а) Выход Вход Рисунок 4.8 Выход б) 2/2-распределитель с нормально закрытым клапаном, непрямого действия с плавающей мембраной ASCO модели SC E210 D070 (рисунок 4.8, б) характеризуется следующими параметрами: минимальный перепад давления — 0,035 МПа; максимально допустимое давление — 2,0 МПа; время срабатывания — 15...60 мс; Диапазон температур — от -20 до 85°С; вес — 0,9 кг; напряжение питания — 24 В постоянного тока; диаметр присоединительных отверстий — 3/4". При срабатывании элеюромагнита (рисунок 4 8,а) сердечник 1 открывает пилотное отверстие 2, в результате чего воздух, поступающий под давлением через отверстие 6 в надмембранную полость, сбрасывается по каналу 3 и далее через отверстие 2 в выходной канал распределителя. Уси7ие, создаваемое давлением на входе (под мембраной), действующим на мембрану со стороны запорного элемента 5, преодолевая усилие, создаваемое пружиной 4, отрывает запорный элемент от седла, открывая проходное сечение в нем. При перекрытии пилотного отверстия 2 Давление на входе (над мембраной) и усилие, развиваемое пружиной 4, надежно прижимают запорный элемент к седлу. В конструкции 2/2-распределнтеля ASCO с нормально закрытым клапаном непрямого действия (рисунок 4.9, а) мембрана 4 принудительно^тша^пщ перемещении сердечника 1 открывающего пилотное отверстие 2 в штоке 6 заперло элемента 5,^0 обеспечивайся посредством пружины 3, закрепленной одн*м концом на сердечнике, а другим - на штоке с помощью тарелок.
i*: •ma 1\ Вход Выход a) Вход Рисунок 4.9 Выход б) Внешний вид и габаритные размеры распределителя тина SC Е210 D089 представлены на рисунке 4.9. б. Характеристики данного распределителя: максимально допустимое давление— 1.8 МПа; время срабатывания — 15... 120 мс; перепад давления — 0.9 МПа; пропускная способность при диаметре присоединительных отверстий в 1" — 9,6 м3/час или 160 л/мин; вес — 2,5 кг; диапазон температур — от -20 до +85°С; исполнение защиты катушки — IP 65; материал корпуса с седлом — латунь или нержавеющая сталь; материал трубки сердечника, стопа и сердечника, пружин — нержавеющая сталь; материал уплотнений, мембраны и запорного элемента — нитрил-бунапрен (NBR) [51]. Рисунок 4.10 Представленный на рисунке 4 10 б н прямого действия JOUCOMATIC {Ф^нтТ!^1^Криш^ 2/2-распределитель в жестких атмосферных условиях и хаРактери3^аЗНачен тя использования конструкции. При выполнении функции НО (ноом " ПОвышенной прочностью соленоида снабжается резьбовым отверстием 1 Руч^Н°"откРытый клапан) стоп ся с помощью маховичка 2, а закрепление на техн™ Управление обеспечивает- поиотыо отверстия 4 с резьбой М5. Кабельный ввод зТЧССКом оборудовании с иггельные элементы, а клемма провода заземления Не?"*1 СПеииальные уплот- взрывонеп^ницаемого кожуха соленоида (ри^Спадонсена внутри за- » в/. V icKi ронневмораенречели lfcui КС Принцип рабоня лиллошчен принципу работы Ю-тт^п 4 s j i tu*. распределителя на рисун- Харак.српсшкн распределигеля: максимально допустимое пя„ 4() МПа: время сра&иывання - Ю...20 мс (для возд4аТТ ""' ~ ,. ч воздуха с перепадом давления 0 6 МПа): диапаюп внешних температур — от -Ю°С то +4П°г давления „'„я: НОС10ЯН.ЮС - 24 В; переменное - 24 115 и W r / ™ г. НапряЖения пита" , ,- г ' b(J Гп> Уровень зашиты —- IP 65; пропускная способность при проходном сечении 15 мм - п т м3/Т • I т / * ' \->)\)0 м /Ч2С ИЛИ 1.3 л/мин: присоединительные отверстия - Труб.1/4"; вес — 0.81 кг: уплотнение - фторэластомер/витон (FPM). Высокой компактностью монтажа обладают 2/2- распределителн «Festo» типов МЕВН МОЕВН MVH MOVN, MDH, MODH. снабженные цанговыми' QS - * разъемами для быстрого подключения. На рисунке 4.11 представлены общий вид (а) и конструктивные параметры (б) 2/2-распределителя типов MVH/MOVH-2-I.7-QS-4 с проходным сечением 1,7 мм, имеющих прямое управление, т.е. переключающиеся % а) Рисунок 4.11 ™mrv соленоида. Уплотнения из пербунана; нор- при подаче напряжения на к*гуивУ солен ид ^ ^^ _ ^ ^^ диапазон мальный номинальный расход: MVM ,- ' при 24 В постоянного тока Давлений - от -0,09 до +0.8 МП* Ч^^^"^ монтаЖная ширина - — 9 мс; температура окружающей Ч>« ,2 и 24 В (постоянный ток); 24, ПО 36 мм; масса - 0,245 кг; напряжение питания 1 г и 220 В/50 Гц (переменный ток). Тип зашиты впа _ односторонним электромагнитным 4.2.2. 3/2-распределителисОДНОС v управлением и имеют трн канала (линии) и две позиции пере- Такого типа распределите мально закрытые, нормально открытые, ключения. Они подразделяются fi ^ клапанный распределитель (рисунок Нормально закр" екшчен 2/2 -распределителю. Отличие заключа- 4-12,6) по своей конструкции и*^ с осеШМ каналом и снабжении якоря 5 вто- ется в выполнении на стопе ^ подпружинены в осевом направлении (на ри- Рым уплотнением. Оба У1"**^, износа. В исходном положении, т.е. при обесто- сунке не показано) ДЛ* ^"^дотнением 3 поджат пружиной 4 к нижнему седлу в ченной катушке 6, якорь 5 с у
H4 Глава 1\ ——— — ■■■ ■ -— - ■■ , . _ ■ ■■ ■ -■■ корпусе 1 При палаче напряжения на катушкч вошикле1 JMl\ отрывающая жор*, от нижнего седла (рис\нок 4 12.в) Сжатый водд\х ынленпсм /> нро\о нп ш аходного отверстия 1 к выходному 2. а вых юпнос отверстие 3 о юкнруется верх- 41 \плотнеинем (*атвором) на якоре, т.с якорь перемещается против енчы ден- егаш пружины 4 После снятия питания якорь прижимается к нижнем) седлу и •оздух ю канава 2 сбрасывается в атмосфер) чере» выхлопное 01всрстие 3. Ручное управление осуществляется эксцентриком 2. Такие распределители с тужат управления пневмоцнлнндрами одностороннего действия, непрямою ) правления ЭПР другого типа, а также для но тачи и от к ночення сжатого воздуха. Рнс\нок4.12 Мнемоническая схема ЭПР и общий вид с присоединительными размерами представлены, соответственно, на рисунке 4.12,а.г. Представителем данного типа ЭПР. выпускаемым фирмой *ФЕСТО», является 3/2 — распределитель типа MFN-3-M5, обладающий следующими характеристиками, рабочий ход якоря — 1,3 мм; расход — 50 л/мин: рабочее давление — 0...0.8 МПа: быстродействие при 0.6 МПа — 10 мс: масса — 0,095 кг; напряжение питания — 12. 24. 42. 110. 220В/50 Гц или 12. 24. 42. 48 В — постоянного тока: потребляемая мощность — 4.5Вт. Представленный на рисунке 4.13.6 нормально открытым 3/2- раеггрелетитель. по конструкции идентичен нормально закрытому. Однако его каналы (отверстия) подключены таким образом, что в исходном положении клапан открыт. Канал питания Р(1) проходит вдоль якоря 6. поджатого к седлу 2 в корпусе 1 пружиной 4. Уплотнения 3 и 8 якоря находятся под действием усилий, создаваемых пружинами 5 и 7 соответственно, что снижает их износ при вхожде- а контакт с седлами. Для подвода питания (давления р) на резьбовом конце 10 установлена ганка 11 с резьбовым отверстием под штуцер. Катушка 9. в корпусе 12. подключена к сети питания с помощью ратьема 13. 'Хгектропнеюмораспрр ie.ni i ели адо- Рнс\иок4 П При подаче питания якорь поднимается, преодолевая тавление воздуха и за крывая верхнее седло. В то же время открывается нижнее седло и воздух из выходного отверстия 2 проходит через отверстие 3 в атмосфер) (рисунок 4. ij.bi. Нормально открытые ЭПР используются там. где необчоигмо иметь пневматический сигнал при отсутствии электрического или где шток цнлн.ира в исходном положении должен быть втянут. Такие ЭПР представляют логическую функцию «НЕ». Если сигнал на ^тектромагннт не поступает (логический 0). на выхо те возникает пневматический сигнал (логическая 1). Нормально открытый ЭПР на- зываютеще инвертором нлн отрицателем. Мнемоническая схема НО ЭПР дана на рисунка 4.13.а. а на рисунке 4 13.г прел- ставлен общин вид с ирпсоединительнымн размерами ЭПР типа МОС Но-1/Ь. имеющего ^рактеристпкн: ход якоря - 2.5 мм: pawn воздуха- 1Ы лАшн: К^-^в- ленне - 0...0.7 МПа: быстгюдейсш.е при О.о МПа: Ч^пымн*--1- ^™^ нне - 13 мс: масса - 0.34 кг: напряжение питания - 12. -4.4- ПО. -*• ы. -Н2,24,42.48В-гк>стоян^^ Повышение быстродействия ^^^нним- мощней, может Давлений, а также снижение ^f^^Z^um^ «зоораженного на быть достигнуто применением 3/2 — -wimja. риеунке 4.14 1*361. VCi*M» rm« 10 с унором (сто- В корпусе I с каналами АС н .а л и» - наконеян11ке которого выполнено пом) 8. снабженным каналом В. на nam - ^.„j,^ 11 из немагнитного маге- ^едло 7 и кольцевой шм с размещенным в иг 1ЩЗК1Щ11М магинтное «залнпа- Риала (латуни, нержавеющей стали и др.). У^^дай нямшничппюсга чагнн- чче» якоря 4 в притяну том ноложенин ю-J ^ * Я№ШЯ ... 6 и сотержиг уплот- топровода. Якорь подпружинен с ооеич спр .в0М'нзпрамен11Н ре «нового стерж- "ительный элемент 5 в виде подвижного в с ^щ^-инными втулками, раз- «я. армированного по наружно" оора»)
** Г<1авя V\ Phcvhok 4 14 vt 1С1Снными цилиндрическим б\ргом в центра 1ьной част стержня, с 1ужащнм yi no i не пнем На пиьзс 10 установ- юнл катхшка 9. закрытая снаружи кожухом 12. на котором закреплен электроразъем 15. Внутри поеденного ра «мсщено устройство регулирования характеристик электромапшга. содержащее транзисторный ключ 14. маг- интоу нравляемын герметичный контакт 16 (горком), резисторы 13 и 17. диоды 18.19. Электропневмоклапан работает следующим образом. При потаче напряжения на устройство регу шрования транзистор 14 нахоштея первоначально в проводящем состоянии, так как через резисюр 17 и переход база — эмиттер протекает ток Этот ток обеспечивает форсированное срабатывание электромагнита и перемещение якоря 4 с у плотнительным элементом 5 к седлу 7. Если давление питания перелается но каналу С к седлу 2. то при перемещении у плотнительного элемента 5 к седлу 7 давление воздуха создает дополнительное усилие его прижатия к этому седлу, т.е. перекрытие канала В. Воздух из канала С поступает в канал А. Пружина 3 позволяет добиться герметичности но седлу 7 при малых давлениях и при подаче воздуха к седлу 7. В тот момент, когда якорь 4 притянется к упору 8. величина рабочего магнитного зазора между ними и, следовательно, величина магнитного сопротивления зазора существенно уменьшится, что приведет к скачкообразному увеличению магнитного потока рассеяния с внешней стороны кожуха (магнитопровода) 12. замыканию контактов геркона 16, включенного параллельно переходу эмиттер-база и закрытию транзисторного ключа 14. После закрытия транзистора, накопленная в катушке электрическая энергия разряжается через резистор 13 и диод 19; при этом разрядный ток. протекающий по обмотке, создает убывающий во времени магнитный поток, удерживающий геркон 16 в замкнутом состоянии, а якорь в притянутом к упору 8 положении. Так как магнитный поток, при котором происходит размыкание герконов, выбран большим, чем магнитный поток отпускания якоря, то через определенное время после закрытия транзистора произойдет размыкание контактов геркона, транзистор откроется и по обмотке катушки вновь потечет увеличивающийся во времени ток, создающий соответствующий магнитный поток. Таким образом, схема управления автоматически переходит в режим шнрот- но-импу льсного регулирования, причем функции генератора импульсов регулируемой скважности выполняются транзисторным ключем 14 совместно с герко- ном 16. катушкой 9 и разрядным резистором 19. При снятии напряжения якорь 4 под действием пружины б перемещается к седлу 2 Если сжатый воздух подавался по каналу С, а верхнее седло 7 каналом В соединено с атмосферой, то при перемещении уплотнительного элемента 5 происходит его отрыв от седла 7 н перекрытие канала 2. Канал В соединяется с каналом А продольными пазами 20. выполненными на наружной образующей якоря и одновременно служащими для устранения вихревых токов, вызывающих появление итных магнитных полей и «залипание» якоря. При использовании пилотного управления (непрямого управления С усилением) размеры электромагнитов могут быть минимальными. С >лсктропневмо яспрелелит.. .„ элеклрическои точки фення при иком управлении имеются чва преимущества уменьшается расход >нсрмт и выделение iciuia. С точки зрения пневматики преимущество заключается в том. что переключение распре делителя является noun ив иым. Электрический сигнал по- стунает на ытсктромагннг. который переключает якорь-загвор пилотного клапана. Сигнал с пилотного клапана воздействует на главный распределитель Представленный на рисунке 4.15 3/2 -распределитель с пилотным управлением функционирует следующим образом. В исходном положении (рисунок 4.15.6) давление питания р действует на нижнюю часть (клапан) 2 главного затвора, прижимая его к седлу в корпусе 1 и не позволяя воздуху проходить к выходному отверстию. При этом выходное отверстие связано с атмосферой через центральное и боковые отверстия в штоке приводного поршня 3. При подаче электрического сигнала на электромагнит 5 его якорь 4. поднимаясь, открывает нижнее сопло пилотного клапана, и сжатый воздух от отверстия I (рисунок 4.15.в) через канал К в корпусе и открытое сопло поступает в полость над приводным поршнем, площадь которого больше, чем площадь уплотнения главного затвора. Поэтому поршень с затвором, сжимая пружину, опускается вниз и открывает ; проход воздуха от отверстия I к выходному отверстию 2. В то же время боковые отверстия в штоке приводного поршня, попадая в зону уплотнения в корпусе, перекрываются, отсекая тем самым выходное отверстие 2 от выхлопного отверстия 3. те. от атмосферы. ,2ад^
Глава IV Ручное управление осуществляется с помощью винта 7. конический конец тотермго. при заворачивании, перемещает штифт 6, взаимодействующий с якорем хъяатчыаагнита Мнемоническая схема распредечителя дана на рисунке 4.15,а, а общий вид с присоединительными размерами на рисунке 4.15,г. 3/2- распредечитеть типа МСН-3-1/4 имеет следующие характеристики: ход якоря — 6.5 мм; расход воздуха — 600 л/мин; рабочее давление — 0,1 ...0,8 МПа; время открытия — 16 мс, закрытия — 23 мс; масса — 0,73кг; температурный диапазон — от -10 до +60°С; напряжение питания — 12, 24, 42, 110, 220 В/50 Гц М12) R(3) Z(10) eg ess C3 §0,1- >> о ж §0,095 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 CO я £3 Рабочее давление, МПа ^ б) 94.5 Тип MFH-3-3/4 MOFH-3-3/4 MFH-3-3A-S 1 .Эяежгрмш-жткую катушку можно повернуть на 360* 2 laraaamiM ручное управление 3 Пцимввщгуж»» лгомо управления для тип» MFH-3-3/4-S о повернуть на 180* В) Рисунок 4.16 199 Электропневмораспределители или 12, 24, 42,48 В — постоянного тока- пт™к На рисунке 4.16,а представлена ко^ГГ М°ЩНОСТЬ- ,2 *- рин «Tiger Classic» типа MFH-3/4-S с доп ^"Распределителя «Festo» селения, нормально закрытого, непрямого упт^"*™ П0ДВ0Д0М B0Wxa управ- теристики: условный проход — lo * ртВЛения' имеющего следующие харак- Р Д -У мм, нормальный номинальный расход - У(12) А(2) •^У" Т'Т'Д- а) б) -107,5 Ш т I жМ в) Д) Z(14)R(3)A(2)P(1) r) 60 Рисунок 4 17
лч* Глава IV "500 л/мин, чиапаадн рабочего давления от -0,095 до 1,0 МПа; время срабатывания при 0,6 Ml la. вкл. — 50 мс, выкл. — 60 мс; температура окружающей среды от -10 до +60°С; вес — 1,26 кг; напряжение питания постоянного тока — 12,24 В. переменного тока— 24.42. 110,230 В/50...60 Гц. Данный тип распределителя пригоден для работы с вакуумом (присоечинение для вакуума I). Зависимость минимального давления управления от рабочего давления показана на рисунке 4.16,6, а общий вид с габаритными и присоединительными размерами приведен на рисунке 4.16,в, где Z(10) — почвод воздуха в линию управления, выключающую выходной сигнал. При подаче напряжения на соленоид сердечник 1 с уплотнителем 2, втягиваясь внутрь катушки, открывает пилотное отверстие, чавая возможность сжатому воздуху поступать из отверстия питания Р(1) по каналу 9 в полость над поршнем 4, который перемещает шток 5 вниз, сжимая пружину 8, перекрывает уплотнением 6 проходное отверстие, связывающее выхлопное отверстие с рабочим отверстием А(2), и открывает проход воздуха из отверстия Р(1) в отверстие А(2). При снятии питания с соленоида давление над поршнем 4 сбрасывается в атмосферу через канал Y(12) и пружина 8 возвращает шток 5 в исходное положение, перекрывая уплотнением 7 доступ воздуха из отверстия Р(1) к отверстию А(2). Пово- Й| _-0,1 0 0.2 0,4 0,6 0.8 1.0 Рабочее давление р,, МПа Рисунок 4.18 Электропневмораспределителн ротом кулачка 3, взаимодействующего с торцом сердечника 1, осуществляется ручное управление распределителем. Малыми габаритными размерами характеризуются 3/2-распределители «Festo» серии «Midi- Pneumatic», имеющие три исполнения: для индивидуального монтажа с резьбовым присоединением 1/8"; стыкового присоединения к плитам для индивидуального монтажа и для блочного монтажа на специальных плитах. Мнемоническая схема 3/2-распределителя типа МЕН-3/2-5,0 для стыкового соединения (а), общий вид (б), габаритные и присоединительные размеры (в), конструкция (г), общий вид платы для индивидуального монтажа (д) и ее габаритные и присоединительные размеры (е) даны на рисунке 4.17. При втягивании сердечника 1 в катушку соленоида открывается пилотный клапан 3 и воздух из отверстия питания Р(1) по каналу 6 поступает к поршню 5 золотника 7, перемещает его вправо, сжимая пружину 8 и открывая проход воздуха из отверстия Р(1) к отверстию А(2). При снятии питания с соленоидной катушки золотник под действием пружины 8 возвращается в исходное положение, соединяя рабочее отверстие А(2) с отверстием выхлопа R(3). Выхлоп из системы управления осуществляется по каналу 2 через отверстиь 2(14) в атмосферу. U-iZ J ^ Ручное управление (не блокируется) 100 ,w "I» 300 400 Объемный ра^од (л мин) ») Рисунок 4.19
ж Глана |\ 11оскольк> плата 'ия нндивитлальнош монтажа (рисунок 4 17.е) является хнмвсрсалыюй и може, быть иснотъювана дтя 5/2 распредели течей (аннон серии. при монтаже З^-распредечнгетси от вере шя 4.5 не ненолымоген. Распредедитеть харакгерипегся ншком пофсбюемон мощное |ью (1.5 В г) п пригоден для прямого чектронною \пран юнин. Условный нрохо i — 5 мм. Нормальный номинальный расход — 5^0 л/мнн. диапазон тавленнн — 0.2...0.8 МПа; время сраолывання — 10 мс. время выкночения — 19 мс; 1емнсраг>ра окружающей среды — от -4 та> 50° С. напряжение ни шипя — 24 В постоянною тока, вес — 0.17 кг. Минимальной монтажной шириной характери3>ются распределители «Festo» серии «Compact-Performance» v.CP) Они имеют малую потребляемую мощность (1 Вт) при высоких значениях расхода (до 3000 л/мнн). что позволяет их использовать при прямом эчектронном \ правлении. На рисунке 4.18 представлены мнемоническая схема (а), общий вид i6) и размеры (в) моностабичьного 3/2-распределнтеля серии СР типа СРЕ10-М1Н- 3GLS-M7 без штекерной розегки со вспомогательным ручным управлением, с резьбой М7 в отверстиях питания P(l). A(2). R(3). Проходное сечение распределителя — 4 мм. номинальный расход — 430 л/мнн. температура окружающей среды — от -10 до +50° С. напряжение питания — 24 В постоянного тока. Зависимость давления управления от рабочего давления для данного типа распределителя дана на рисхнке 4.18л. При подключении давления поршень 2 с золотником 1 находятся всегда в левом положении (рисунок 4.18.г). При запитыванин приводного электромагнита 3. его сердечник 4 открывает пилотное отверстие 5 и воздух из входного отверстия Р( 1) по каналам 7 и 8 проходит к поршню 2. Поскольку площадь рабочей поверхности поршня со стороны канала 7 больше, чем со стороны штока 1, последний перемещается вправо, перекрывает проход воздуха к отверстию R(3) и соединяет своей проточкой отверстия Р(1) и А(2). После снятия питания и перекрытия пилотного отверстия бесштоковая полость соединяется с атмосферой и поршень, находящийся под давлением в отверстии Р( 1). возвращает шток (золотник) в исходное положение, обеспечивая соединение отверстий R(3) и А(2). Ручное управление осуществляется с помощью кнопки 6. Представленный на рисунке 4.19,а,б многофункциональный 3/2- распределитель компании SMC (Япония) [24] с прямым электромагнитным управлением типа EVT307, характеризуется компактностью конструкции и возможностью использования для вакуума Диапазон рабочих давлении — 0...0.9 МПа; время срабатывания — менее 20 мс; максимальная частота срабатывания — 10 Гц; напряжение — 24 В постоянного и 220 В неременного тока; потребляемая мощность при постоянном напряжении — 4,8 Вт. Характеристики расхода представлены на рисунке 4.19,в. Номинальный расход— 196 л/мин. Вес — 0,150 кг. Запнтыванием катушки электромагнита 2 обеспечивается притяжение сердечника 1 к стопу 3 и перемещение посредством подпружиненного штока 4 золотника 6 с уплотнением в центральной части, открывающего доступ воздуха из питающего отверстия Р( 1) к рабочему отверстию А(2), выполненных в алюминиевом корпусе 5. При отключении питания катушки золотник 6 возвращается в исходное положение пружиной 7, обеспечивая соединение отверстия А(2) с выхлопным отверстием R(3) (показано в виде окружности). 4.2.3.4/2-распределитсли с электромагнитным пилотным управлением Для управления цилиндрами двустороннего действия необходимо, чтобы распределитель имел два выходных отверстия. 4/2-распредслитель с односторон- электромагнитным пилотным управлением и с дисковыми клапанами (рису- >лектрцпнсвморас1Ц)спг ■■«., f т,,, 201 нок 4.20.6) „очиж на комонпацпю двух V п т. о „ нормально закрыло В „сходном £££?""'** ~ "Ч"™* °"Фы- нижш.с затворы 2 „ 7 обоих клана.н.ь.х бл ™* "" ***»*, сетует сии ,у на положен,,», а загвор 1 перекрывает выход B»"vl I*""" 4 " 6 №хчо'№Кя B веР™ Выходное отверстие А(2) сиобщаегс В агмосФсРУ. о.верс.ие В(4) _ с выхлопом R(3) чере,"™^"'1™ 1тмтя Р(,)- а входное электромагнита но шимается якорь-мгвоп Ч ""^ П°Р"",Я 6' ,,ри ВКЛ|»чениц пропуская воздух в полости над обоими „пи^10"'1^0 КЛа,,а,,а 1Р»суиок 4.20.в), мещакн клапанные блоки вниз Затвор 2 • , лнымн "«ршнямн. которые пере- мнок поршня 6 переметцаег вниз гюднружин^^ С™° '' в Теперь воздух через открытое седло затйоп- 7 n P выходу В(4). а выход А(2) через открытое се^Тл ^Т" т °ТЩКТИЯ Р(1) к сферой (отверстие R(3) Проход воз1*я п™ ° бл°Ка сооб,^егся с атмо- отверстию 3 через nib» ^^^^ХХГ** "'' " *""""« у ни право! о блока перекрыт нижним затвором. — _4jTh_ A Рисунок 4.20 4/2-расиределигель топа MCH-4-IM. «имспнкекм има которого и«И»- жеиа на рисувке 4.20.а. «моет слщующие харакгержши- «а «оря - Ь5 ж Расход Л£ш - Ш *», И*- —« - ^i^^SSS: потребляемая мощность- 12 Вт. пасп0СДСП|Ггеля электромагнит неренлю- В рассмотренной конструкции 4/2-PaLnf^^_ в ,руг0М. т.е. при отсут- чает распределитель в одном направлении. а*™йВМХкПтстяоШ1ПК. ствни электропнгания распределитель возвр и^ ^ НИТНым jправлением воз- В 4/2-раснределителе с двусторо»'»™ ■j^JJ^ „ ||р|| оТСутсгви,1 элсктро- вратная пружина заменяется вторым viempi е (И|С,|Я не ,,роизойдег питания никаких изменений в положении Pi,u,P^ рС делителя с плоским зо- На рисунке 4.21,а.б представлены схема -\ •потником и его конструкция- соогвегспкии •
2л Глава1\ ииЗОЩ 1=» IM 4 i ь ii e) * * T s Phcvho* 4 21 t * * ЧД) Rl3> Bi* Прн отсутств1Ш \ правдякчцего cm нала на электрома, ни- гах VI и \ 2 приводной поршни 3.6 с плоским золотником 2 находятся в положении последнего переключения. например, в правом. Поджатие золотника к направляющей I с выходными и выхлопным оiверстия- ми ос\щеетвляегся пружиной 5. Для устранения } дарных нагрузок на поршень в конце перемещения стужат демпферы 4 в виде дросселей. При током положении входное отверстие Р(П связано с выходным 2 (рисунок 4.21,6), а второе выходное (рабочее) отверстие В(4) — с BbivionoM R(3). Прн подаче электропитания на правый электромагнит Y2 его якорь, втягиваясь, открывает нижний затвор, давление питания р пост\ паег к правому приводному поршню 6 и перемещает его вместе с золотником влево, обеспечивая проход воздуха от отверстия Р(1) к отверстию В(4) и сообщение отверстий А(2) н R(3) (рисунок. 4.21,в). 4.2.4.5/2-распрсдел1Ггсли с электромагнитным пилотным >правлением 5/2-раснределители выполняют те же функции, что и 4/2-распределителн. Главное отличие между ними заключается в том, что первые имеют два выхлопных отверстия, а вторые — одно. "ЩЖйк Рнсчнок 4.22 5/2-распределитель с односторонним электромагнитным пилотным управлением (рисунок 4.22.6). содержит шток 3. смонтированный в корпусе на эююрных упругих элементах 2 и 5 с возможностью осевого перемещения под дей- J^-ipo,,.lcBM«pacj!nrw::^1|| 205 сгнием усилия, создаваемого мембппи в «сход,!~ ^г:;гочей r~S:r4-пилот- к седлу. 6локиР>я проход *>%£%£*?" ' ^^^SZ„oo - выхонюго отверстия А(2) к Z^ZZ^Z T™ т^У»°^Т« вор прижимается к его правому седГ^" 0тя^^ Двусторонний» Р к выходу В(4). Левое седло огкрь^^Г ПР°ХОД от °*P«mS nJlZ Р( I) к выходному огвереппо А(2). ЗаCs «S " СЖШ>й "*** «* перстня отверст „е В(4) с выхлопным S(5) P тоати^ от седла, сообщая выходе Прн включении электромагнита г«. сунок 4.22.В). через которое давление ™ГГ "™° ПИЛОТН°Г° ™"™ <Р«- мемораны. которая, прогибаясь. перемещает I,Т"™ ' ПОЛОСТЬ пР»в^ной возвратной пружины. Диск двустороннего^ °' "Р^^вая действие затвор закрывается, а левый открьиГГ В пТ "*** " ЛСВОе «*»■ ЧР« сообщается с атмосферой через отверстие r/v,"О"*™ ВЬ1чадное отверстие А(2) Р>ется. сжатый воздух пРоход,гг от от*д™«РпТ^Т °ТВеРСТИС ** 6ло№ Такой распре юлптеш, ..™.™ * - ' вылВДномУ отверстию В(4). гельные силы тр'ен ц, н благод! ЗГ" ** m *»~™™- *«*- небольшого эле™,агн„™ТГ " У ""*"*' У*™*» с помощью может c^^^Z'^^r^H T"HZCCa Г«- характеристикам,,- ход шток, \ IT обладающий следящими лаяние-от оГп я J?, Г раСЧ°Л BaqyXa ~ 13° ^»« Р»б«ее мс масс, п ?о : быс1Роденствие: отк-pbmie- 10 мс. закрытие - 22 7. ,Т1?Г КГ: На,,Ряженне ™™»«* ~ 12. 24. 42. 110. 220 В/50 Гц или 12 ~4. 4-. 48 В — постоянного тока; потреашемая мощность — 4.5 Вт. Мнемоническая схема распределителя дана на рисунке 4.22,а. а общий вид с присоединительными размерами — на рис\нке 4.22,г. 5/2-распределитель с двусторонним электромагнитным пилотным управлением (рисунок 4.23) отличается от 5/2-раснределителя с одиост. ронним управлением наличием в его констр\кцни второго электромагнита вчегго пружины возврата и второй приводной мембраны. Если последний сигнал управления был подан на электромагнит Y1. то после i 44 Til 5ТЗ МВДЩШ 2 —*"• Длг>;^ ОВ» ***** в) 32145 pHCVHMC"1^
4Vi Глава IV **Ч» сюггМ Двусторонний дисковый затвор останется неподвижным, отверстие wmmi P(l) б>лет сообщено с выходным отверстием А(2) (рисунок 4.23.6), а выходное отверстие В(4) — с выхлопным S(5) При подаче сигнала на электромагнит Y2 распределитель переключается, поток волдуха пойдет от отверстия Р(1) к отверстию В(4) (рисунок 4.23,в), а отверстие А(2) сообщается с атмосферой через отверстие R(3). Такой тип распределителя обладает свойством памяти, так как сохраняет положение, соответствующее последнему сигналу управления. В электропневматических системах их использование дает определенные преимущества. Так, для их переключения нужны сигналы длительностью всего 10...25 мс. Соответственно снижаются требования к мощности источника питания. В системах со сложной последовательностью выполнения операций рабочие цилиндры можно удерживать в требуемом положении долгое время без помощи сложных переключающих устройств и лишнего расхода электроэнергии. 95,5 ■ * -~ 1 ИПиТ1~ b#Hffi ®illlll Кнопочное ручноеj уярмлсинс Рисунок 4 24 Электропневмораспределнтр „., 207 5/2-раснределитель гипа JMFH-5-PK-3 имеет следующие характеристики: рабочий "0>ВД"а1^е,,иыи иа рисунке 4.23,г, 105л/мин. рабочее давление от 0 2 до 0 8 МПч (? ММ; расхоа воздуха — мс; диапазон температур — от 0 до +60°С ЬысТодейс™ие при 0,6 МПа — 13 - 12,24,42, 110,220В/50ГЦпереМен„о;Ги™^(2?;2^7пРЯЖеНИе"ИГаНИЯ тока; потребляемая мощность — 4 5 Вт Пол WB~ постоянною щью штуцеров на нижней поверхности тигшнс^Х* 0Сушествляется с «золения на технологическом оборудована " С отвеРстиям" *"" ^п- S/9 "* РИСУНКС 424 "P***™" 5/2^0МА-распредел„тель «Festo» типа MN2H- 5/2-М)2 с односторонним непрямым электроуправлением, гшевм^Гским возвратом, вспомогательным ручным управлением кнопочного типа ,,Z каченный как для индивидуального монтажа на специальной пиите (б,, гаП,да„ батарейного монтажа. При индивидуальном монтаже распределитель размечется на установленной поверхности плиты с продольными отверстиями, совмещаемыми с отверстием питания Р(1), рабочими отверстиями А(4) и В(2), отверстиями выхлопа R(J) и S(5), а также отверстиями управления Х(12) и Y(14) (рисунок 4 24 в) Отверстия, обозначенные арабскими цифрами (б) соответствуют линиям питания на мнемонической схеме (рисунок 4.24,а). Габаритные и присоединительные размеры даны на рисунке 4.24,г. При отсутствии электропитания на катушке приводного электромагнита 2 сжатый воздух из отверстия питания А(1) по (внутреннему) каналу, показанному пунктирной линией (рисунок 4.24,в) поступает в канал 5 плунжерного клапана н в канал 7, чем обеспечивается левое положение плунжера 8 и соединение питающего отверстия Р(1) с рабочим отверстием В(2). При запитывании электромагнита, якорь 3, втягиваясь внутрь катушки, открывает клапан, в результате чего, воздух из отверстия Р(1) по каналам 5 и 6 поступает к поршню I золотника 8, перемещая его вправо, так как D2 > D,. Поступление воздуха к отверстию В(2) прекращается и оно соединяется с выхлопным отверстием S(3), а рабочее отверстие А(4) соединяется с Р(1). Отверсти 10 предназначены для связи штоковых полостей с атмосферой. Данный тип распределителя имеет следующие характеристики: усовный проход - 6 мм; нормальный номинальный расход - 500 л/мин.; диапазон рабочего давления - 0,2... 1,0 МПа; время срабатывания (вклУвыкл.) - 22Я8 мс; температура окружающей среды - от -5 до + 50Т; вес - 0,16 кг; рабочее напряжение - 24 В постоянный ток и 110/230 В, 50.. .60 Гц- переменный ток; тип зашить,- IP65 (по D,N ™J) 5/2-.80-Распределитель фирмы «Festo» (ISO - M™^»™ZZ^ по стандартизации), мнемоническая схема (а), обшии ™^""£^£" ££ габаритными присоединительные размерь,которого ^^^Гм 4.25, отличается высокой долговечностью благодаря J™ пневш. специальной конструкции. Он имеет °№T0^™TZL»*k вингы для тнческий возврат. »™™°*m™J^"^^^щий вид которой.габаритные и индивидуального закрепления на монтажниц Характеристика распределителя: присоединительные размеры даны на рисунке - - _ 1200 л/мин.; диапазон условный проход — 8 мм; нормальный номинал^Зия - (вкл/выкл) - 23/32 мс; рабочего давления — 0,2...1,0 МПа; вРе"яо^а^1045 кг; напряжениепостоянно- температура рабочей среды-от-ЮДО+501 в^ ^, 1Ку^еб!ЖШя мощность - го тока — 24В; переменного — 110/^7п1Ы 40050) 2,5 Вт (постоянный ток); тип защиты — IP» I"5 ^„^Hcro электромагни- При отсутствии сигнала управления на кату ^ питания Р(1). посту- та, клапан 9 перекрыт, и давление, подведение ^ ^ , вполость 13 воз- пая по внутреннему каналу, показанному^^жеюе „лунжера 3 н соединение Действует на поршень 12, обеспечивая ле P(l)cB(2),aA(4)cR(5).
Глава IV f * I а) R(5) А(4) P(l) B(2) S(3) Y(12) 54 в) J J U lfl. \ I -I '"—t t— Z ТВГ I I I I I I Крепежные^ В1ШТЫ '"" I 1 I I Ш 18^ 36 117.4 87.6 * 43,8 Ручное упривлшис 0 Рисунок 4 25 lucKTpoiiHCPMupiicn^c'ie.iH t Сли 209 Рисунок 4.26 При laiuiTbiBmiHii катушки 5, сердечник (якорь) 6 электроча, ннта втжива- ется. о!крывая клапан 9 и давая возможность сжатому воздуху, подведенном) к P(l), нронгн no каналам 10, 4 к поршню 2. большего, чем у поршня 12 диаметра, что обеспечивает перемещение плунжера 3 вправо. В результате, воздух из Р( 1) поступает в А(4). а второе рабочее от версте В(2) со- е пшяегся с выхлопным отверстием S(3). При наличии исполнительного подвод воздуха управления в канат У(12). гакого же тина распределители могут быть использованы для низкого раоочего давления или инертного газа. Распределитель снабжен новоротным приспособлением гля фиксации кнопки 7 ручного управления. Удержание кнопки, находящейся под лснствием уси :„я. создаваемого пружинон 8. обеспечпваегся седлом клапана, выетупающая часть которого размещена в пазу нижней части кнопки. На рисунке 4.27 представлены мнемоническая схема (а), оошин вид (б) и размеры (г) 5/2-Раснределителя «Festo», серии «Tigcr-20(XX с односторонним электроуправлением, пружинным возвратом и вспомогательным ручнчч управ» нцем. без штеккерной розетки, с тарельчатыми клапанами. г, ft п.-йствием пружины 1 находится в верх- В исходном положении шток . «и**^ к0^цевыМ уплотнением 3 про- нем положен,»,, чем обеспечивается пеР^крыт*^» ^^ шгшощсго ходногс огверетия седла 15. уш.отненисм 4 _^дла ^ ^ ^ отверстия Р(1) с рабочим отверстием В(2), а второго i выхлопным отверстием R(5). „пиводного ялектромагнига 10 иронехо- Прн подаче напряжения на ка,ушк> р ^^ g ^ обеспечивается проход здт отрыв сердечника 9 с уплотнением о ^ ^^„м 12, 7 к поршню 6. нере- сжатого воздуха из питающего отверстия I ^^ у|1,10Ше,1ием 5 сетла 13. мещенне инока 2 вниз, ежа гае пружины i. ^^^ ^в результате питающее уплотнением 4 седла 15 и игрывунлогнения .^ ^ ^ рабочее отверстие Bi2) отверстие Р(1) соединяегся с рабочим *"*»*■ • управления Zt.14) ... с<)Ъ Отводимый волцу* "■» с выхлопным отверстием М-"- *•"" „осгуниет к отверстию 84 но каналу1 •• ^ «X|ger-2000» с двусторонним .электро- "■ — м—... IHH меры <е) когорого представлены на P"0-4''^'-^^^ подводом воздуха упраалежи 5/2-золот„иковьн1 распредели,*-™ серн» -^-^ BIU (в)> Коис>рукш>я (д> н раз- управлением и веномогапданым ун|>ав»м-1 ^ iB8„CIkxh№.,iw: без дополни- юнолинам тельного подвода JMVH-5-3/8-B „ с ^'"; _>к 4 2g%af\ соотве JMVH-5-3/8-S-B по лилиям 12 и 14 1Р»Л- гтегеенно). Отвочнмый
;& Глава1\ О 6) воздух и! линии управления поступает к отверешям 82 и 84. Зависимость давления управления от рабочего давления показана на рисунке 4.28.г. Данная конструкция распределителя характеризуется следующими параметрами: условный проход - 14 мм; нормальный номинальный расход — 2000 л/мии; диапазон рабочего давления — 0,2... 1.0 МПа (для первого типа) и от -0.09 до 1,0 МПа (для второго тина); время срабатывания при 0,6 МПа—17 мс; темпера гура окружающей среды — от - 5 до +50"С; вес — 0,9 кг; напряжение питания — 24 В постоянного тока; потребляемая мощность 25 В г. Распределитель переключается посредством попеременной подачи напряжения на электромагнитные катушки 3,11 и остается в переключенном состоянии после снятия cm нала до тех пор, пока будет подан сигнал на противоположную катушку. При запитыва- нии катушки 11 открываемся клапан 12 и воадух, поступая из питающего отверстия Р(1) но каналам 13 и 10 в полость У, вызывает перемещение инка 6 влево, в результате чего перекрываются спверешя Ь, связывающие Р» I > с Ы2) и открываются от версгия 7, связывающие Р( 1) е А(4). Одновременно "I А' -\- , ,.мд zOwft^ 1 i 1 1б 48 5 • Тру б 1/4 153.6 Рисунок 4 27 Электропневмораспределигепм 4 ^ ^iVH-5-ЗД.в 211 "шар»" тМш б) «4 • 82 2 JMVII-5-3 8-S-D Й0.5 |()4 §0.1 В 0.2 V в) с £0.1 X а « d -0 ! 0 0.1 0.2 0J 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 I г) Рабочее давление. МПл JMVH-V1H-S-B Piicvm™ 4:ч
jr Глава IV —"* -■———— .. ■ — р*оочсе отверстие В(2) соединяйся с выхлопным отверстием S(3), а отверстие R^5i отсекается oi A(4). Распредетитель второго исполнения при наличии дополнительною подвода волд\ха >правления по линиям 12 и 14 может быть использован для ншкого дав- ;ення или инертного газа. Миниатюрные 5/2-распрсдслители «Midi-Pneumatic» обеспечивают высокую плотность монтажа, благодаря малой монтажной ширине 18 мм, и характеризуются высокой пропускной способностью (до 500 л/мнн). Они имеют три конструктивных решения: распределители резьбового присоединения с резьбой 1/8" для индивидуального монтажа; распределители резьбовою присоединения для монтажа на платах индивидуального монтажа и на PRS-платах для блочного монтажа; распределители стыковою присоединения для индивидуального и батарейного монтажа. На рисунке 4.29 показана мнемоническая схема (а), общий вид распределителя с монтажной платой (б), конструкция (в) и габаритные размеры (г) моностабильного 5/2-распределителя с односторонним электроуправлением и вспомогательным ручным управлением без штепсельной розетки типа МЕН-5/2- 1/8-В. Для индивидуального монтажа служит плата типа AU-ME-1/8, общий вид и размеры которой даны на рисунке 4.29,д. Два отверстия 04,5 мм предназначены для монтажа на технологическом оборудовании. При обесточенной катушке приводного электромагнита 4 отверстие питания Р( 1) соединено с рабочим отверстием В(2), так как золотник 8 под действием усилий, создаваемых пружиной 10 и давлением воздуха, действующего на поршень 9 находится в левом положении. Второе рабочее отверстие А(4) соединено с отверстием выхлопа R(5). Выхлоп воздуха из линии управления Z(14) (поз. 3 на рисунке) осуществляется через отверстие 84. При запитывании электромагнита якорь 5, втягиваясь внутрь катушки, закрывает проход воздуха по каналу 3 к отверстию 84 и открывает проход сжатого воздуха от Р(1) через каналы 7 и 2 к поршню 1 золотника, диаметр которого больше, чем диаметр поршня 9. В результате золотник 8 перемешается вправо, обеспечивая соединение Р( 1) с А(4), а В(2) с S(3). Ручное управление обеспечивается кнопкой 6, нажатием которой осуществ- чяется перемещение сердечника (якоря) 5 и открытие пилотного клапана. Эксплуатационные характеристики распределителя: условный проход — 5 мм; диапазон давлений — 0.2...0,8 МПа; время срабатывания при 0,6 МПа — вкл/выкл. — 10/19 м/с; вес — 0,19 кг, потребляемая мощность — 1,5 Вт; напряжение питания — 24 В постоянного тока; тип защиты — IP65. Представленный на рисунке 4.30, в 5/2-распределитель с двусторонним электроуправлением (бистабильный) серии «Compact-Performance» фирмы «Festo» характеризуется минимальной монтажной шириной и малой потребляемой мощностью при высоких значениях расхода, что позволяет использовать прямое электронное управление. Он имеет два основных исполнения (рисунок 4.30): без дополнительного подвода воздуха управления (а) и с дополнительным подводом воздуха управления (б) по линиям 12 и 14. Габаритные и присоединительные размеры распределителя типа CPE10-M1H-5J-M7 (с резьбой М7 в присоединительных отверстиях) даны на (д). Эксплуатационное характеристики: условный проход — 4 мм; нормальный номинальный расход — 350 л/мин; диапазон рабочего давления — 0,25...0,8 МПа (без дополнительного подвода воздуха) и от -0,09 до + 1,0 МПа (с дополнительным подводом воздуха); диапазон давления управления — 0,3...0,8 МПа; время переключения — 8 мс; температура окружающей среды от -10 до + 50°С; напряжение питания — 24 В постоянного тока; потребляемая мощность — 1Вт; тип зашиты — 1Р65.
1i linn Глава IV ueffi' ДМ! 84< <^12 Я з 1 «О 4__^ 5* 84 ' 82 б) Бистрора гьсмиос QS - соединение' V \ в) 5 6 7 \ \ 84 \ Z(14) A(4) B(2) Y(12) 82 Пиевмоглушнтель Ч -0,1 0 0,2 0.4 0.6 0,8 1,0 ' .— Рабочее давление PI, Ml la Ручное управление ,,, мз -2yJl^L Д) Рисунок 4 30 Электропневмораспредели гели 215 При запи.ывании приводного электромагнита 1 внутрь, открывает проход сжатого воздуха от * ао СеРДечннк 4, втяшваясь лам 7 и 6 к поршню 2 золотника 1 котопьГ ПИТаЮЩе!0 0,веРСТия Р(1) гю кана- динение Р(1) с А(4) и В(2) с S(3), перекрывая RisTn ^ ЮраВ°' ОСУ,цестш,вет со<=- рой, правый электромагнит, золотник 1 во подаче напряжения на вто- 4.30,г положение, связывая Р(1) с В(2) и AfdTP р^Г^." показанное »а рисунке ся. Отверстия 82 и 84 предназначены L*ZZln °ГВСРСТ« Ю) перекрывает- Y(,2) и ZC14)-дп. повода «^^IS^"^*4*1^' ния от давления питания показана на (J"^ "^ Завис™°™> давления управле- Ручное управление осуществляется с помощью вилочных кнопок 5 утапли ваюших подпружиненные сердечники 4 внутрь соленондов. С п"ю'Гх от-" верстии в корпусе 0 3,5 мм распределитель может монтироваться непГреТсТвен- но на технологическом оборудовании. непосредствен- 4.2.5.5/3-распределители с В отличие от двухпозици- онных распределителей трехпо- зиционные характеризуются следующими возможностями: — в нейтральном положении, когда все линии перекрыты, может быть осуществлена кратковременная остановка поршня цилиндра двустороннего действия в промежуточном положении; — в нейтральном положении, когда все выходы сообщены с выхлопом, поршень цилиндра двустороннего действия может перемещаться без сопротивления, создаваемого давлением сжатого воздуха; — в нейтральном положе- электромагнитным пилотным управлением Функция. « В нейтральном положении все линнн перекрыты MN2H-5/3G-D-01 MN2H-5/3G-D-0I-S 14 4, ,2 12 14 ЛИИ1И11Ш. Ш т\11ттг1А Ж, 1 12 В нейтральном положении выходы сообщены с выхлопом MN2H-5/3E-D-01 MN2H-5/3E-D-01-S 14 4 W7" 2 12 1Л 5Ш3 VI2 14 4, ,2 W73 712 14' I В нейтральном положении выходы сообщены с питанием MN2H-5/3B-D-01 14 4, ,2 12 ■"виШа MN2H-5/3B-D-01-S 14 4, ,2 12 / рисунок 4.31
:» Глава IV 44.2 Г 1 1..* 1 1 1 ! 1 55 « и 1 124 1д 1 3 с ва*ш m4-!tL i I I"» -«—i л 54 108 1 1 ^ - -^5§L 1 1 Ы 1 . 1 , ' f» - < ^^v 26,2 Ручное / управление I I I > P^fg^t & i ■ (!• ■ i * * Ml J __1 Труб 14- Рнсунок 4.33 Рисунок 4.32 нии, когда все выходы сообщены с питанием, поршень цилиндра двустороннего действия находится под противодавлением. При наличии дополнительного подвода воздуха управления они могут быть использованы для низкого рабочего давления или инертных газов. На рисунке 4.31,а показаны мнемонические схемы всех модификаций 5/3 — распределителя «Festo» серии VDMA, типа MN1H-5/3...-D-01 и типа MN1H- 5/3...-D-01-S с дополнительным подводом воздуха управления (линия 14). Эксплуатационные характеристики распределителей: условный проход — 8 мм; нормальный номинальный расход — 1000 л/мин; диапазон рабочего давления — 0,3... 1,0 МПа; диапазон давления управления (для S- типов) — 0,3... 1,0 МПа; время срабатывания при 0,6 МПа (вкл/выкл) — 23/52 мс; температура рабочей среды от -10 до +60°С; вес — Электропневмораспределитрпч 217 0,34 кг; напряжение пигания — 24 В пост го; потребляемая мощность при 24 В - i TrTp ?** " ' ШШ В ~ переменио- размеры приведены на рисунке 4 32 ' абаРИтные и присоединительные Распределители устанавливаются на плитах инп ковым расположением резьбовых отвепсти" инДивиДуального монтажа с бо- (рисунок 4.33). типа NAS-1/4-01-VDMA"^ЯПОДВОДа иотв°Да сжатого воздуха 26 мм. из анодированного алюминия весом^'о"3*"01"1 ПОвеРхностью шириной При отсутствии питания на приволных \lZi 4.31.6), с помощью пружины 9 обеспечитеЛ*?Промагнита* 4 и 5 (рисунок золотника 10 и перекрытие всех линий неитРальное (среднее) положение При подаче напряжения, напримею ня ,№^.- доступ сжатого воздуха из питающеГотвдГ,^^4 ^^^ поршнем 1, в результате чего золо^ик W Гм^шаетс! I """* 3 В "ОЛОСТЬ 2 с соединяя питающее отверстие с р^^^^0^"^^9" В(2) с выходным отверстием Функи1^ИеМА(4)'арабочееотвеРст"е В нейтральном положении все линии перекрыгы S(3). При отключении электромагнита 4 золотник возвращается в нейтральное положение. При запитывании электромагнита 5 воздух по каналу 6 поступает в полость 8 с поршнем 7, обеспечивая перемещение золотника 10 влево, сжатие пружины 9 и соединение Р( 1) с В(2), а А(4) с R(5). Отверстия Y(12) и Z(14) предназначены для подвода воздуха управления. В этом случае воздух из питающего отверстия Р(1) не подается в каналы 3 и 6. Представленный на рисунке 4.34,6 5/3-К0-распределитель, MFIH-5/3G-D-1-C пера FI-5 3 MFIH-53G-D-I-S-C ш 14§Е Я *4! 1Ш. ЬШ12 14 т 4^2 ж "ТЖ. :ЫШ12 12 В нейтральном положении выходы сообщены с выхлопом MF1H-5 3G-D-I-C MF1II-5 3G-IM-S-C 4, ,2 4. .2 14 Я 5*1*3 I «щшш» ж 14 12 В нейтральном положении выходы сообщены с шпаннсм MF1H-5 3G-D-1-C 5 1 MF1H-5 3G-D-I-S-C 2 1W 5*Jv3 :- 5W73 i 1 М ' 12 а) 1 2ц4) R(5) 4.4) P(i) П(2) S(.V) \(|2) Рисунок 4.34
|v I Ihiih IV ={ d iL 141.2 WW Tm mf I i i i i i i) m m зь ч, Hiiii i ы НСПЫ11ШШК11ИНС £i X TJ M5 2B 12 ON упрнп'книс Рисунок 4.35 иредиаимчен для выполнении .шало! нчны\ функций, присущих описанной выше коисфукпни, чю огображеио на рисунке 4.34.а. Нейгральнис (среднее) положение юлошнка 8, перекрывающею нее линии, обеспечивается с помощью двух подпружиненных упоров 3. осуществляющих функции (емнферои. При ночаче пи шипя на приводной тлекгромаигиг 4. воздух 01 шпающего отверстия Р(1) пи пикантному нункшрной линией каналу 7 и каналам 5,6 поступает в полость 2, где вомейстнуя на поршень 1. перемещает юлогник 8 мири но. обеспечивая сое (инсиие Р(1) с А(4), а В(2) с S(3). После сняжя питания золопжк возвращается в исходное (центральное; положение правой пружиной. При шпи ншшни jJicKipoMaiiima Ц, нощух. поступая в полость 10, обсенс- чиваег перемещение шлотника 8 влево, соединение Р(1) с рабочим ошерстием В(2). а рабочего oi верст ия А(4) с выхлопным R(5). Характсрисшки распределителя: условный проход — 8 мм; нормальный номинальный расход — 1200 л/мин; рабочее давление — 0.3... 1,0 МНа. а для S модификации от 0.09 до + 1,6 Ml la; время срабатывания при 0.6 МПа (вкл/выкл) — 14/41 мс; 1смиература рабочей среды от -К) до +50"С; вес — 0.65 ki ; напряжение питания — 24 В (постоянною тока) и 110/230 В/50...60 Гц (перемен ною тока), тип танины IP65 Распре (слитсль снабжен новорошым приспособлением для фиксации кнопки ручного управления. Размерные параметры распределителя приведены на рисунке 4.35. Установка распредели 1сля осушесiвляется на нлигс индинидунлмино моп- та . покатанной на рисунке 4.36, с нижним расположением присоедии тельной резьбы(тип NAU 1/4-Ю 150}. ► lll'b I |IOIIIIl>LlMO|lll|-ll||f!|(> i„{ , ,, ,|И Yt I (I*) •1>1№|>С1№1|И1ВШМ 4,2 (Л II) риАочис или иыхилнме о терния 1.J (K.S) - отермня ммхлоил 12.14(1'/) ■ отерпни иолвола воjдуха управления Рисунок А То 5/3-«Coni|>acl I\;il'orniancc»-распредели! ели «1тч|о.> с двуешриишш тек |ромнгннп11.1м управлением (бнетбильные) (рисунок 4 37,6;. Харакк-ртующисся минимальной монгажион шириной и малин нофснлясмои мощноен.к» при иыт КИЯ значениях расхода, имени ряд модификации (а) Ьлаюдари ыкон ншреблис мои мощност (I Hi) они имени прямое шекфнческоеупр.тлеинс. При условном проходе 4 мм нормальный номинальный расход состав ляс i 350 л/мнн. Диана юн коммушруеммх давлении (рабочих и управлении) лежиi в пределах 0.3. .0.8 MIIj, время сраба1ыиання (вкл/выкл)— 15/25 м/с. Напряжение ни мини для данных in нов — 24 В НОС10ЯПН01Ч) юка. Габаритные и присоедини 1сльные ршмеры распре Деятеля тнна CPI'10 MIII-5/36-M7 даны на 0). Подсоединение к иснолнтель ным opi анам гемкинн нческот оборудовании осуществляется с помощью ннсВМП гических ратьемои с резьбой М7. При снеугсгиии )лск1 роптания на приводных шскфомшншнх распредели геля тин С1Ф Ю-М1П-5/ЗС; (рисунок 4.37л») и расположении юлшника I в иен фальном положении, обеспечиваемом пружиной 8. псе липни перекрыт. ! 1ри нодачс ишания. например, па левый шекгромшнит 1. якорь (сердечник) 4 шш нваясь внугрь ка1У1Ики. опсрыиаст проход воздуха и» канала 6. свякннкт. с 141). мерст нило ,й клапан и канал 7 к пор.н.по 2. пы.ьтаи смен,ение толотннка I вправо, соединение Р(1) с А(4).П(2) с выхлопом S(3) и сжа.пе пружины 8 По еле снятия н.папия с тлектромшни.а пружина 8 вотиращае, «типик " ■«•прил!. •к* ноложенне. в во .дух из линий управления 7 „ыбрасывпеся» ™«j£P>' *JV« "ыхлонное о.нерсиск При испольв— л— *~^,22?а '•срез о i перс i ис Z( 14) в унравляющнй канал 6, поив днви w давления. поступающею в распредели,ель черс. Р< )• МС1Цастся B лспос При запнгыванин „ршюп, ^ск,р..мапнп £*J '"д^, cV)- "оложенне. сжимая пружину 8. и соединяет Р )i «W 5 утвппиваю- Ручное управление рсал.муется с помощью шию •чих сердечники 4 „ну ,рь ка.у.нек FesK№) характери.у.о.ся малыми Распредели гели серии «Мнло-тсшшч ^ „„, виСокон пропускной спо •абарщами (мотажпып та) — Ю мм). |"'','\ ^..„„aciioCTbio женлуишцни бля- L4l6nue,i.io (до 80 л/мин), малым весом (3J"" '^дсмой мтштль» «°.5 ВО- Они '«Ларя встроенной схеме татшы. милой ногрс £0)locприсоединение "Мею. д,,с мпдифшшщш: аыкоиос присоединен «. i
Глава IV Тип СРП 0-М IИ-5 Ю Вмейф шмож все тянин перекрыты ГипСР! 10-М ИМ 31 В иейтр полож все шипи перекрыт IwiCPLI0-MIH-5/3B П neiiip полож все линии перекрыты 4, ,2 «ЙШ^Ш» »И5^й« ЧйДнь» i ■ > 1 Раифеделители с дополн подвочом вош\а >правления »рНщ|» -^рЙда» »#iffe|; 84^; 5^IV3 1*82 84*1 5^lv3 j*82 84*1 5^3 1*82 14 l 12 14 12 14 17 \ а) 6 7 * 84/7(14) \(4) Щ2) ^(12) 12 8 / «) ТипСРЕЮ-МШ-5/3. М7 ! ,-Д '101 I 1 23 36 28,5 -i«LJ-'.JJU M7 i " " 13> ~ управление мз 16,5 i г) Рисунок 4.37 Распределители могут быть смонтированы индивидуально или на плате для блочного монтажа. На рисунке 4.38,а показан общий вид 5/3 — распределителя непрямого управления типа MZH- 5/3G-M3-L-LED, снабженный LED-индикатором и резьбовыми отверстиями МЗ в линиях питания, с пневмовозвратом в исходное положение, стыкового исполнения. Условный проход — 1,5 мм; нормальный номинальный расход — 45 л/мин, диапазон давлений — 0,2...0,7 МПа; время срабатывания при 0,6 МПа (вкл/выкл) — 12/30 мс; температура окружающей (рабочей) среды — 5...50°С; вес - 0,05 кг; напряжение питания — 24В (постоянный ток); тип защиты — IP40. Распределитель монтируется на плите индивидуального монтажа типа Элсктропневмораспределнтели s « 5 а) б) 8 о I (Р) 4.2 (А.В) * (R+S) 82,84 - отверстие питания - рабочие или выходные отверстия - отверстия выхлопа - отверстия выхлопа из линии управления в) Рисунок 4.38 AS-MZ-5-M5 (рисунок 4.38,6), размеры которой, а также габаритные размеры распределителя, приведены на рисунке 4.38.В. Вес плиты — 0,015 кг, материал — алюминий. Диаметр рабочих отверстий — М5, отверстий выхлопа из линий управления — МЗ. 4.2.6.5/4-распределитель с двусторонним электромагнитным пилотным управлением Рассмотренные конструкции распределителей имеют две позиции переключения, что необходимо учитывать при проектировании систем управления. км , „ ладя! является пятилинеиным (пятнкяналь- 5/4-распределитель (рисунок <^J^^ элементом. Наличие ным), четырехпозиционным ^^^^^iZZ^-moy,^^ построения третьей и четвертой позиции создает дополнительные возмож ^ систем управления. электромагнита, которые управля- Клапанныи распределитель сод^ж^иеннь,х четырех клапанных блоков. •от подачей воздуха к поршням попарно соедИ™" 4 39б) все четаре выход- При отключенном питании электромагнитов ^^^ у, (р11СуИок 4.39,в) дав- "bix канала перекрыты. При включении эле1^°* шни клапанных блоков, что ление р из входного отверстия 1 п0дае™" "'постугпению воздуха по канал> 4 приводит к открытию их запорных элементов и
Глава IV « рт~1Лт ItttI Tit I т/гГ~^ 3ZJ12 V'3 в одну из рабочих полостей цилиндра двустороннего действия. Вторая рабочая полость каналом 2 соединяется с выхлопным отверстием 3. При отключении Y1 и включении Y2 (рисунок 4.39,д) запиты- Рисунок 4.39 вается вторая рабочая полость цилиндра по каналу 2, а первая каналом 4 соединяется с выхлопным отверстием 5. Включением одновременно двух электромагнитов Y1 и Y2 (рисунок 4.39,г) (3-я позиция), достигается соединение полостей цилиндров с атмосферой при отключенном давлении, что дает возможность осуществить их продувку, и проверить при включенном давлении настройку системы управления (датчиков) путем перемещения вручную штока цилиндра. При аварийном отключении электрического питания эти распределители фиксируют штоки цилиндров в достигнутом положении. 4.3. Батарейный монтаж распределителен При батарейном монтаже обеспечивается централизованное питание и централизованный выхлоп, а благодаря малым габаритным размерам распределителей (монтажная ширина — 10...36 мм) — высокая компактность монтажа. Наличие централизованного выхлопа позволяет применять эффективные глушители шума, удовлетворяющие требованиям экологичности. Для батарейного монтажа ведущими фирмами мира, в т.ч. фирмой «Festo», разработаны конструкции компактных нормально открытых и нормально закрытых распределителей с электромагнитным управлением. На рисунке 4.40,а показан общий вид нормально закрытого 3/2- распределителя «Festo» для батарейного монтажа с прямым управлением типа MVH-3-1.7-AW-QS-4, эксплуатационные характеристики и размерные параметры которого такие же, как у описанного в предыдущем разделе 2/2-раснределителя типа MVH/MOVH с проходным сечением 1,7 мм и предназначенного для индивидуального монтажа. Электропневмораспредел нтр -, 223 **' . -# а) ^Монтажная Н-шина б) 10' 9 Рисунок 4.40 На Н-шине по DIN EN 50022 (DIN -немецкий W™™~' он может монтироваться в паре с распределителем типа ^WH04J-™^ крытый), имеющим те же габаритные и ^^^^^^SZ 4.40,6, показан пример размещения « ^^^ыШ-рьсп^™** типов, а на рисунке 4.40,в приведены Р^^рТ^лелителей с исполь- MVH-3-1.7-AW-QS-4 и пример формнр«"""Lfifg^-Sс отверстиями для зованнем шины 1 и концевых плит 8 типа ^^в(щуха централизованного подвода 5 и выхлопа 7 v*3™* исполнительных пневмати- Огверстия 6 предназначены для Ю***^*^ ^ ческих устройств (пневмоцилиндров, пневмок к^тактами под щтеккерные розет- Электромагнитные катушки 3 с ™°?и£аждай m распределителей снабжен ки имеют возможность поворота на W- ^разъемом 10 для пневмошлангов держателями 9 для информационных табТГ^яначеио для стяжного винта Диаметром 4 мм. Сквозное отверстие г^ю^.ятсти ц, фиксация которых в (шпильки) М4. Для ручного управления
.4 I лава IV жГ^Гки"ЮЧе,,0/ВЬ,КЛ'0ЧС,,° «*■**'"»•«« с помощью специальной сьем- (см ^ел^ТГТ М°НТаЖа ^^Р'»^ ISO-распредсли.елеи фирмы «besto. ^Гт^ wf ИСПШ1ИУКЯ1" с™«ИЩ.«е наборы модулей „ли, четырех .инора,- ^™1ТЯ WaMc^aM" "Рисое;ш„тель„ь,х елверсти, один иГкшорых (3 тюразмерс резьбовыми отверстиями 1/2"). представлен „арисунке4.41,а. Пример., «шарешюго монтажа ISO-раснределигелей даны на рисунке 441.6 и 442 Пример Комплжт кокцааых плит TtvibEV- •# . М<мт«жная плита TwiNEV Угловая монтажная плита TunNAVW Угловая присоад плита Тип NAW- Парагдо* плиты TnnNZV- Плвта с регулятором даалекия Для ISO-тмпораввроа 1.2 и 3 Плата-заглушка TwiNDV Дроссельная ПЛвТВ ДЛЯ ISO-гмпорозиагкч 1J2 и 3 * V?# "W *» Разделительная шайбе TwiNSC- а; 1 - Левая Trjixjoeaw плита 2 -Модуль плиты для батарейного монтажа NAV 3 - Плата-заглуижа NOV 4 - гЧмм* торцовая плита 5 -Монтажная плита с Фронтальными выходными отверстиями N AW 6 - Сгыаоаая no—piHOcn, no DIN ISO 5599/1 «*l 7 - Модуль плиты для батарейного монтажа с +роитал»иыми аынодя^х отверстиями 8 - Раасалитепьная шайба NSC 190 1 (В) - отверстие питания 4 2 (А.В) - рабочие или выходные отверстия 5 3 (R S) - отверстия выхлопа 1214 (Y.Z) - отверстия подвода воздуха управления б) Рисунок 4 41 225 мнем оярусноги батарейного мотажа пп„ " " ' выхлопныхОТвеРстияхК„Х.2-^"!?,аННарисУн^443 где . управлением (без электпомя,.,.,, ,Щевая плига. 3 — sn J' ~~ гаУшкли в тина LR-ZP- 5 - ХяГ ^ И *,Ил"»*« кльпан^Т**™™1" с "*-»- -ми катушки, ГГ^!^^-^Г1^?^--ия тина LR-ZP- 5 Г$оаГ ^ И "*™« м^Т4**"* '" с »*— "ь-ми катушки, Г-Л^ГеЛЬ^'^--^ГОР^^ .лектромап^„ымика^Я15>^-ель с м^Г^Г' ПЛЫТЯ •> ™- .яектрома.и^к^^Г^:^ С ^--^Р^еГм^ строра,ъемные соединения пР°ме*Угоч„ая ,w„Ta c дросселям^! бы" '-Левая ториови. „лита 2 "J**** n«w для батарейного монтажа типоразмера 3 3 - Промежуточная плита NZV 4' МодУль "литы для батарейного монтажа типоразмера 1 или 2 5 - Паевая торцсеа» плита Рисунок442 ИГ V Рисунок 4.43 Промежуточная плита типа GRO-ZP-3-150-B с подключенными к присоединениям R (5) и S (3) дросселями Д регулирования выхлопа для распределителей но DIN ISO 5599/1 (рисунок 4.44), выполненная из анодированного алюминия, устанавливается между распределителем и плитой с регулятором давления. Вес — 0,85 кг (типоразмер 3). При многоярусном монтаже с использованием lSO-распредеяителей с пнев- моуправлением, промежуточная плита с регулятором давления Грисунок 4.45.aj Для регулирования давления в пределах 0...1.2 МПа в соответствующих входах и выходах (в) монтируется между промежуточной плитой с дросселями и промежуточной плитой с электромагнитами и пилотными клапанами, управляющими подачей воздуха к распределителю (б). Использование промежуточных плит с элек- тромм икгами позволяет уменьшить высоту многоярусной батареи^Нормальный номинальный расход регулятора давления типоразмера 3 (рисунок 4.45.D составляет 1600л/мин(тип LR-ZP-P-D-3);Bec— 1.22кг „_,«., игпп„. При батарейном монтаже VDMA-ра^реде^ зуются монтажные плиты ^^ТгСмГиспс^ьзования типоразмера 01 (резь- вой поверхностью но VDMA-24563. Пример испош.^ ба 1/4") приведен на рисунке 4.46.В. качестве соединительного эле- Промежуточна* плита NZV »™°^™ моття типоразмеров 01 и 02 и меита между модулями плит для батарейного м имеет монтажную ширину 32 мм.
Глава IV а) ISO-распределитель . Плита дросселей Плита с регулятором давления Промежуточная плита с электромагнитами для ISO-распределителя Регулятор давления для линии 1 *?¥ «5 « 1 2312 Регулятор давления для линии 2 тгтА м s 4 1 a i о £ rte Регулятор давления для линии 4 ®я Г7Ср К5< i 2312 Регуляторы давлений для линий 2 и 4 Плита для батарейного ■ —_ монтажа со стыковой /^Л1 ~^, поверхностью по ^у' ' *^*"' DIN ISO 5599/2 Ч б) Разделительная шайба 14 5 * 1 2 312 г,5 . . 72.5 . | 119 1 - отверстие для присоединения манометра труб 1/8" 2 - регулировочный винт 3 - присоединительная стыковая поверх- -_| tl HOCTbnoDIN 5599/1 4 - винт с цилиндрической головкой невыладающий г) Рисунок 4.45 Электропневмораспределителн 227 Монтажная плита Тип NAW-...-VDMA Комплект концевых плит Тип NEW-.. -VDMA Ъ ^ Промежуточные плиты TwNZV-..-VDMA Заглушки для пустых мест Тип NDV- .-VDMA NSC- -VDMA а) б) 1 - набор торцовых плит NEV 2 - модуль плиты для батарейного монтажа NAW 3 - модуль плиты для батарейного монтажа NAW-VL 4 - плата заглушки NDV ' монтажная шина тип NRH-35-2000 /р) - отверстие питания (А,В) - рабочие или выходные отверстия ь з (R S) - отверстия выхлопа 1914 ГУД) -отверстияподвода воздуха управления -/, 21 | * ig° ■ t— Рисунок4.46 епекоытия общих линий 1.3, 5 между тор- Заглушки NSC применяются Д™ "«££юп> монтажа или между двумя пли- Цевой плитой и модулем плиты для ^aP' различных рабочих давлени^ тами для батарейного монтажа, напримерпри Р ^^ешпапс» (М При батарейном монтаже P^f^ (б), пример соединения которых (Рисунок 4.47,а), используется «ом™**™Шестигранником, "W«« "£ показан на (в). Стяжной болт 4 с -^Si-н ч» единения двух любых со- РУжной резьбой одного диаметра, пре
Глава IV А Штеккерные розетки сLED-мндика- Тип AW-ME-Ve Тип AW-VL-1/*,. цией вкл/выкл. Односторонний Заглушка -I* TimZP-ME-Ve-... л ТипЕР-ME-Ve Стяжной /^ болт Концевая плита • с резьоовыми отв. Заглушка Тип PRMEB-5 $е основная Концевая плита с отверстием4 под стяжной болт (глухая) а) б) 1-набор торцовых плит типЕР-МЕ-1/8 2 - плита основная тип AW-ME 1/8 3 - заглушка, тип PRMEB-5 4 - винт для соединения основных плит 5 - плита промежуточная тип ZP-MEH/B 6 - дополнительное отверстие питания 1 может быть выполнено в атом глухом отверстии 7 - направление для отдельной зоны давления для типа ZP-ME-1/B-Z 8 плита основная THnAW-VL-1/Вдля распределителей с пневмоуправлением £ Рисунок 4.47 При нормированном монтаже плит типов AW-ME-1/8 и AW-VL-1/8 (для распределителей с пневмоуправлением) должна быть выдержана следующая последовательность монтажа: 1. Торцовая плита с подводом питания. 2. Плита основная для монтажа распределителей с электроуправлением. 3. Плита основная для монтажа распределителей с пневмоуправлением. 4. Торцовая плита со стяжным винтом. Электропневмораспределителн TunCPElOlO-PRSE-l 229 fc- I Заглушка Тип СРЕ10 10-PRSB Переходник (штуцер) Элементы крепления (защелки) а) б) TnnCPE1010-PRSE-2 TnnCPE10lO-PRSG-2 Тип СРЕ1010-PRS-EP/ZP Рисунок 4.48
2;Ч Глава IV • тЮшитм** ■* ■■■—■— — ■ — ■ .—-*. — —— Промежуточная плита типа ZP-ME-I/8-P снабжена дополнительным отверстием ия по гвода воздуха (Р-присоединеиие) и устанавливается для увеличения расхода. Промежуточная плита типа ZP-ME-1/8-Z с отдельным Р-присоединением •устанавливается для питания различных зон давления. Отдельная зона давления показана на (в) позицией 7. Батарейный монтаж «Сотрас1-Ре1тогтапсе»-распределителей (рисунок 4.48.а) осуществляется с помощью набора плит, переходников (штуцеров) и элементов крепления (защелок), входящих в комплект поставки (б). Пример возможной комбинации распределителей, монтажных плит и вспомогательных элементов приведен на (в). Размерные параметры элементов монтажа для распределителей типа СРЕ10-М1Н-... даны на рисунке 4.49. 1 Ппит» иле 2 тц* «■ п и присоединении 4 Торцовая плита типа CPE10-PRS-EP/ZP 8 Зажимной винт для монтажной шины питания типа CPE10-PP.SG-2 5 Крепежное отверстие в 3.3 mm 9 Место для таблички. IBS 6x10 2 Пиита mini распределителя типа CPEMWRSE-1 6 Крышка-мглушка типа CPE10-PRSB 10 Элемент крепления ЗПлитавлв2и1-иы|»яиг»гвй 7 Монтажная шина для крепления no DIN It Задвижке rxnaCPE1fr-PRSE-2 en 50022 12 Ловители Рисунок 4.49 Для установки распределителей с резьбой М7, в отверстия R(5) и S(3) предварительно ввинчиваются переходники (штуцеры) с внутренним шестигранником под ключ, имеющие специальную кольцевую канавку под задвижку 11 вилочного типа, удерживающую распределитель от выпадания. Центральное отверстие распределителя Р( 1) используется для его центрирования относительно цилиндрического полого ловителя 12 на каждом модуле платы для батарейного монтажа. При больших длинах батареи распределителей, с целью придания ей большей жесткости, используется монтажная Н-шина по DIN EN50022, закрепление батареи на которой осуществляется с помощью винтов 8. При небольших размерах батареи закрепление на технологическом оборудовании производится с помощью специальных лапок с отверстиями 5. 4.4. Блочный монтаж распределителей В отличие от батарейного монтажа на одной плите блочного монтажа в зависимости от исполнения можно устанавливать от 2 до 10 распределителей (рисунок 4.50,а). Плиты имеют общее отверстие питания Р(1) и общие отверстия выхлопа каналов R(5) и S(3), а также общие отверстия выхлопа из линий управления, что Электропневмораспределитрпи 231 позволяет, в первую очередь, значительно уменьшит,, „„ коммуникации. *™еньшить длины пневматических Для миниатюрных распределители пользуются „литы л,™ тилораиеро. (р„Т" f^g™™6" («Fes.0.) подруг, количеством устанавливаем^^лгХТитГЙЛТГ'Т' *" "' поставки которых входят «глушкл (в,„, n^ZZLZ^t ГГ „арисуЗТ/"™ ^ ™га "**"■«*■•• » Е»Г™£« s ' ; Рэспторалители Типы PRS-ME-1/8-2 » I PRS-ME-1/8-4 PRS-ME-WW PRS-ME-VP.-8 PRS-ME-1/8-10 Тип PRB Затгшиа а) Тип PRS-ME-V,-2 PRS-ME-V,-4 PRS-ME-'/гв PRS-ME-'/,-e PRS-ME-V.-10 L,.MM 56 82 i2e 164 200 U.mm 46 82 116 154 190 rSSS »*»£« ««^ МЕН-ЯЕ-<4гР «iH.«.V^-S Рисунок 4 50 г) Рисунок * ->« й В ояда серии «Tiger 2000» испод Для блочного монтажа V^p^^^^nj^if^^*^ зуютсГр-ш.анка с общим питанием <pMg« * к'оторые может устан^шаться При использовании "Г-0^^^ зависимости от модификации от i Д ^ ^ в коМПЛект поставки п>
£лава1у Тип PAL-IM- 2-В PAL-IM- 4-B PAL-IM- 6-B PAL-1/4- 8-В PAL I/4-I0-B и. мм 73 :39 205 271 337 и. мм to: 167 233 299 365 U 187 253 з:9 385 в) Рисунок 4.51 MFH-5/3E-I/4-B MFH-S/3B-I/4-B MVH-S/3G-I/4-B MVH-5/3E-I/4-B MVH-5/3B-I/4-B JMFH-S-I/4-B JMVH-5-I/4-B |уть на 180° соединения (распределителя) входят- HHrnWT^ глушка с уплотнительным кольцом; крышка Упл°тнительным кольцом; за- При использовании плит типа' PRS на ^ Перекрытия свободного места, до 10 5/2 или 5/3-распределителей, номёнкла°ТОРЫе М°ЖеТ Устанавливаться от 2 4_52,в, в комплект поставки входит крышка (^Р& КОТОрых приведена на рисунке го места. Плита имеет общее отверстие питани^Т^ ДЛЯ пеРекРытия свободно- пше отверстия выхлопа из линий управления П ИС 0твеРс™я выхлопа и об- двух сторон. • иРИсоединение к ним возможно с В обоих случаях распределители привинчи„я винтами М5х75. Благодаря этому возможна поосг °Я К планке и плите двумя телей. Для предотвращения утечек воздуха в £rm " быстРая смена распредели- выхлопа укладываются фасонные уплотнения *" вокРУг отверстий питания и Электропневмораспределителн 233 Плита \ >«Р 1% : i. * ■) * 9 ]л 0Л* ' 4 t v Распределители «у Ъг^ь % ■* Заглушка Рисунок 4.52 («Festo») могут быть блочно смонтиро- Распоеделители серии «^ "V сК6Вщт отверстием питания (рисунок ваны либо на PAL-монтажны*ранках ^ с общим отверстием питания и 4 53) либо на PRS-плитах для ^ ие к которым возможно с обеих сторон обшим отверстием выхлопа, присоед ^^ быть установле„0 от 2 до 6Распределителей с "Р1*"* пустотелыми болтами (рисунки 4.53,4.54,6. в), «и^сянаг^нкахиг^^ ы ^ рдь.п КОЛпачковыми Свобод"^ места (болты)^могутщками (заглушками) .Через резьбовые присоеди- гайкГи а на PRS-плитах -- кр« подавать другое давление или среду "мо^ко^ (инертный газ)- Планк
:ч Глава IV \ 1 Тип PAL-5-V4-2 PAL-5-V4-4 Li,mm 72 136 | PAL-5-V4-6 200 L2,mm 100 164 228 L-З.мм 120 184 248 l~4,MM 94 158 222 На эти планки можно монтировать следующие типы распределителей "FESTO" : MFH-3-V4 MFH-5-V4 JH-5-V4 JMFDH-5-V4 MFH-3-1/4-S MFH-5-1/4-S JDH-5-V4 VUO-3-V4 VL-5-V4 JMFH-5-V4 Рисунок 4.53 Для миниатюрных 3/2-распределителей серии «Micro-Pneumatic» («Festo») используются плиты блочного монтажа типа PRMZ-3-M3-... (рисунок 4.55,а,б) на которых в зависимости от исполнения можно установить от 2 до 10 распределителей. Плиты имеют общее отверстие питания и общее отверстие выхлопа. Размеры плит приведены на (в). Диаметр отверстия питания Р( 1) — МЗ, отверстия выхлопа — М5. отверстия выхлопа из линии управления — М5. Для монтажа 3/2, 5/2 и 5/3-распределителей этой же серии предназначены монтажные плиты общий вид которых (б) и размеры (в) приведены на рисунке 4.56. Как и в предыдущей конструкции, плиты имеют отверстие выхлопа каналов R(5) и S(3), а также общие отверстия выхлопа из линии управления (82 и 84). Выходные отверстия МЗ находятся на распределителях. Свободные места перекрываются заглушками 1 типа PRMZB-5. Материал плит — алюминий. Электропневмораспределители 235 PRS-плита Линия питания \ .>- N\ Глушители >v влйниях выхлопа »# а) о 1 ПустотвПИ ВМИ1 тип VT-4»4>WS а Возможен монтаж следующих типов ЗвШЗвДИ»*!»—■ MFH-5-V. VL-S-'h JH-5-V4 JDH-5-V» JMFH-5-V» JMFDH-5-V» з Крыши распределителей можно повернуть на 180* Тип PRS-V4-2 PRS-V<-4 PRS-V4-2 Li мм 90 152.5 215.5 Ц2,мм|Вес,кг 75.е 1зг.б 0.59 0.9 201.4 j 1.23 Рисунок 4.54 а) % * б) Тип ^ PRMZ-3-HW PRMZ*J-M3-4 PRMZ-3-M3-6 PRMZ-3-M3-8 PRMZ-3-M3-10 L,.mm 32.5 Lj.mm 27.5 53.5 | 48.5 745 95.5 116,5 69.5 1 90,5 111,5 j Bec«r 002 I 003 0045 006 0.075 1 Тип MZH-3-0.4-K 2 Тип MZH-3-0.4-LED 3 Заглушка зЙ-отверстие выхлопа Рисунок 4.55 в)
I ;in*a 1\ 61 4.5. Распределители с пропорциональным управлением Необходимость использования в системах электропневмоавтоматнкн распре- тигелей с пропорциональным управлением (РПУ) вызвана требованиями повышения качества н точности реализуемых техпроцессов, гибкости технологических систем, надежности, уровня автоматшаипн. Использование в составе систем управления персональных ЭВМ и свободно программируемых контроллеров |СПК) вызывает необходимость расширения функциональных возможностей элементов хтектропневмоавтоматики. т.е. повышение их «интеллектуальности». Интенсификация работы технологического оборудования приводит к увели- скловых нагрузок и вибрациям его элементов. Благодаря регулированию уменьшается износ, так как оптимизнру ются механические нагрузки. «т- На рису нке 4.57 представлены общ„й «и-,1* ные размеры (в) 2/2 — пропорционального пегГ **** BIC"04eH,« tf» и габарь.- 6-010-В. имеющего елетующие характере™ " 1ЯК,ра ^"«мм типа МРРЕ-3 1/8- 0...0.6 \1Па. давление питания — 08 №*' ЛШшон вых«лных давлении — (постоянное); потребляемая Мощность — i Ти****** п,Пания — -•» В + 25% сигнала — О... 10 В (постоянное) или 4 ^п Г задаваем°е значение входного 0...60Г; вес — 0.65 кг: тип защиты - IPMR , ПМПер&^^ Р*604^ среды - на возможность подключения внешнего 'J^^^**™***™** неу^а.етворите.ьном качестве ТОлнро^^С^^ ^ "^ *** казан^вТ^ T^ZZT™ ^ * " W™™ напряжена по- казана на рису нке 4.;» /.г, расходные характеристики — на (д) Подключение РПУ к элементам vmwi>T»uU« ~. -*№ icnidM управления осуществляется с помошмп та- 4.57.с.ж) типа MPZ-I-.4 (SGH-6SW). спосооного генерировать 6+1 устанавливаемых аналоговых значении управляющих напряжении для РПУ типов МРРЕ- и MPYE-5-1/8. Модуль подает на выход заданные значения напряжения от 0 до 10 В. Напряжение на шести выходах (SP1-SP6). снабженных индикаторами рабочего состояния 5. настраиваются отдельно для каждого выхода десяти оборотными потенциометрами 3 н активизируются соответствующими дискретными управляющими сигналами. } станавлнвлемые значения напряжения иа выходах являются последовательно приоритетными: значение первой линии имеет высший приоритет, значение шестой — низший. Если огсу гству юг сигналы активизации линий 1—6 то на выход полается сигнал от внешнего задзтчнка. Ятя установки значения внешнего сигнала должен быть подключен потенциометр 2 J кОм < R< 10 кОм Задающий модуль имеет следующие хараюернстики: рабочее напряжение — 20...30 В постоянного тока: напряжение на выходе — 0...10 В. tv»k выхода — 5 мА; потребляемая мощность — 1.5 Вт при 24 В рабочего "ния: выход для питания от задзтчнка — 10 В ± 3%. 6 мА: сигнал от внешнего задатчика — 0...I0 В: входное сопротивление внешних задающих входов -- < 100 кОм: входное сопротивление линий л правления - < 3 кОм: температура окружающей среды - 0.. .60Т: вес — 0.14 кг: степень защиты — IP20 (D1X ШЬО) Модуль может монтироваться на i и G-шинах (поз.1. 2). Состояние включения показывает индикатор 4. ~ На рисунке 4.5S п^тавл™^^^^^^^ размеры (в) пропорционального >B'^^™mmm0TV пр„Вота (д). харак- «спользуемого в составе *Р™™ЖН^™^т сравнению с «ектро- тернзующегося простотой управления. ^Н0М,^Х^" ^Твободномч р.«*- механнческнм приводом. «^и^^ щенню его составляющих, таких как иней. с ПомОЩЬЮ которого органи- рення перемещении (датчик линейных персчеш зуется обратная связь). гАильгрованный сжатый воздух обо- Распределнтель испальзует 5 мкм ««V ^ ч правление и встроенный гащенный или без обогащения маслом. "^^ _ б мм: расход-ТОО д/мин± регулятор положения золотника: условныГnpi wm, |ттання_ \j В ± 25 * Ю*: допустимое входное давление — Ш м^ ^ ^ ^ среднем положении золотей постоянного тока: потребляемая мощность ' величин: напряжение — « при ц-з В (рисунок 4.58.D: «"""^^к-*-™°°м<>ТГ 0-. 10 В. постоянноеГток -4.-20 мА: "*J^5 20.. *0* и пр« ^сима ь- ле„„е током): предельная частота при **£ NC. ,^^,0~«^ ном паленин -120 Гц: время №«££1 рабочее тс* --£ -** «" ** при максимальном ходе золотника: ге"ш^(|С1:ТИпзаи«кты—"^ пуска - i коспО:ве<:— —
Гля] eaiv M16x0.75, -■<* i • а) •♦и ;_ц±л i»j— 1 1 i L-т- i ■ - & б) йз ft Ф- 4.5 ' » 119,1 129,1 ■t 62 гЬгЫ Труб. 1/8" В) г) 12 3 4 5 6 -Уцашсй пащок, 8 9 10 В—~ 1000 1200 Г~?^шпп Ч^^шша^ Рисунок 4.57 ж) а) щ и ШШ^ Ж. чз<£- б) Uw 1 700 600 § 500 I 400 „я 200 I 100 - ... ч ^ / t / / — !/ / f l - 0 I 23456789 10 Напряжение управления. V ** г) 26.8 ' 1 1 1 г 'Ч j 2rh к) " Система измерения перемещении Рисунок 4.58 Д) С помощью пропорционального распределителя может быть осуществлено бесступенчатое регулирование скорости штока пневмоцилиндра. Совместно с контроллером позиционирования (например, SPC 200) реализуется точная пнев- матическая система позиционирования. ,а„„„ы<л ™i ™™ Элекгоопневматический преобразователь компании SMC (Япония) [24]. типа ITV mS^SSTSS^«9S имеющий шесть модификаций состоит из рабо- v zuuu—juuu фисуник-*..» /, распределителей 4 и 5 с электро- тающих в паре ^^^°^^TZ^nV^^ 7, в которой рас- магнитным управление*^^^^Гжестким цензом посредством штока с положена мембрана 3, связая"™ и ^паном выхлопа 2. Выходной рабочий клапаном 1 подачи давленияi пит ^ связи соединен с камерой, располо- канал регулятора В (2) по ка ^^ давления 6, сиг„ал с которого поступает в женной под мембраной 3, и с д пос1упают напряжение питания, электрический блок управления. На него ж к^ныц СИгнал. Блок управления снабжен дис- управляющий аналоговый или ^ ^^ преобразователя. плеем, показывающим дав* ля прИВедена на рисунке 4.59,в. Блок-схема преооразо „ сигнал увеличивается, впускной распредели- Когда входной УправЛ*ой 5 — выключается. Давление питания через впуск- тель 4 включается, а выпус^ает в камеру управления 7 и действует на мембрану 3 ной распределитель 4 пОСТУ ез каНал обратной связи на мембрану действует сверху. Одновременно с1^)^овагеля в (2). Под действием возрастающего давле- давление на выходе npe^eM6paHa 3 перемещает шток вниз, отерьшает клапан I ния управления св€РХуВая пропорциональное увеличение давления на выходе подачи давления, в каналу обратной связи поступает в камеру под мем- В (2). Выходное Дввлени
240 Глава IV Указатель давления Напряжение питания Входной сигнал I Выходной электрический сигнал а) Входной «. управляв!»* »цХу- Давление питания I Блок управления Of Впускной клапан Выпускной клапан —' ' *-*■ Мембрана Главный клапан Датчик давления ■*■ Выходное давление в) Рисунок 4.59 браной и к датчику давления 6. После преобразования этот сигнал проходит в блок управления, где сравнивается с входным электрическим сигналом. Таким образом, перемещение мембраны 3 вниз, а вместе с этим и увеличение выходного давления, будет происходить до тех пор, пока мембрана не уравновесится под действием на нее давления сверху и снизу, и сигнал рассогласования в блоке управления между входным управляющим сигналом и сигналом обратной связи не станет равным нулю. При уменьшении входного управляющего электрического сигнала происходит включение распределителя 5 и выключение 4. В результате камера управления 7 через выпускной клапан 5 соединяется с атмосферой и давление в ней падает. Под действием пружины 8 клапан 1 закрывается, а клапан 2 открывается, соединяя рабочий канал В (2) преобразователя с выхлопом S(3), в результате чего давление на выходе уменьшается пропорционально уменьшению входного управляющего сигнала. На рисунке 4.60,а даны габаритные и присоединительные размеры преобразователя, а на (б) — рабочие характеристики. Электропневмораспределитр г». 241 М12Х1 jC/JBBUL ■той ■,,,.,[ , Линейность Гистерезис 5иафоюеи*шость П6 | 0,5 г: / / / / г ) 25 50 75 100 Входной сигнал dt полного диапазона р*гулмро**ни)| 1.0 0,5 0 -0,5 2 4 6 8 10 Коллктао J Ха^шстчжстага дваэраиии Характеристика давления fl.0 t if-0,5 £'-°с Деапемюмв „кмвсиьлв Стартовая ТОЧИЯ 1 .2 0,4 0.6 0.1 Давление на входе (МПа)
л % Г tana IV Технические характеристики ITV 2010 рабочая среда — 5 мкм отфильтро- шмкый сжатый воздух с содержанием мае за не более 1 мг/м*; диапазон регулирования — 0,005 0,5 МЛа, номинальный расход воздуха — 1150 л/мин; минимальное рабочее давление на выходе — 0,1 МПа, максимальное рабочее давление — 1.0 МПа. напряжение питания — 24 В ± 10% постоянною тока, входной сигнал аналоговое управление по току — 0 . 20 мА, по напряжению — 0.. 10 В, дискретное управление — 4 точки, выходной сигнал аналоговый выход — 1 ...5 В, гистерезис — S 0,5 % от полного диапазона регулирования, чувствительность — й 0,2 * от полного диапазона регулирования, вес — 0,35 кг; степень зашиты — IP65. Наличие в известных конструкциях пропорциональных распределителей (клапанов) упругих элементов (пружин) снижает их быстродействие, ухудшает линейность рабочей характеристики и приводит к увеличению габаритов. . . Представленный на рисунке 4.61 мало- •* габаритный пропорциональный электродина- с, '*"!| " I j 1 мический клапан характеризуется отсутстви- и'"~ D |] у л ем упругих элементов. Он состоит из корпуса Хч»- " t^r~ ' 4 с центральной втулкой 3, служащей на- л "*" правляющей для полого тонкостенного штока 5 ^~ — ^р | 2, образующих золотниковую пару с ради- 4 -.^ - , — 4 • альным зазором 0,003 мм, превращающуюся ^ _-i- в аэростатическую опору при поступлении *""" сжатого воздуха в радиальный зазор. ■ —- ' ' | К одному концу штока с помощью планки 5 -"" __t , i t прикреплена катушка 6, охваченная магнитоггро- 9 Ю — 5-** водом 7, 8, внутри которого размещен постоян- р^^^ ... ньж магнит большой мощности 9, а другой свободный конец выходит в полость крышки 1 с отверстием R для выхлопа воздуха в атмосферу. За счет разности диаметров Dt и D2 направляющих поясков Ю\ > Da масса штока с катушкой уравновешивается усилием, создаваемым давлением воздуха, поступающим в полость В втул и 3. Подача напряжения на катушку 6 приводит к втягиванию штока внутрь втулки и открытию доступа сжатого воздуха из канала Р к каналу А, связанному с исполнительным механизмом технологического оборудования. Увеличение давления на выходе А приводит к возрастанию усилия, действующего на верхний коней штока диаметром D,, вызывая тем самым его подъем и перекрытие нижним концом диаметром /?2 прохода воздуха от канала Р к каналу А. Уменьшение давления вызывает опускание штока под действием усилия, создаваемою элск- троткиамическим приводом, |раю«аниым постоянным магнитом и катушкой. Точность поддержания заданной величины давления на выходе обеспечивается отсутствием треиия в паре шток — втулка, а также линейным характером зависимости усилия электродинамического привода от подаваемого напряжения. 4j6. Пягвмоострова Пневмоостров — по многофункциональное ггерепрограммируемое модульное управляющее устройство, представляющее собой совокупность элементов пневмоавтоматики и электроники, имеющее встроенные коммутационные пяевматические и электрические многоканальные соединения, преднагначенное решения задач автоматизации й« интеллектуальной пневмоавтоматики предусматривает включение в «остам пмемоостровов встраиваемых свободно программируемых контроллеров *СП > иы* фирм в том числе Ferto и Siemen*. Трагипиоиное сое гниение ш гаигов как „.«. соединения имеют так е достаточно 6о',ьшоГ **" 3ahMMaeT »H*wo ««та. тегральной техники, к которой относятся ин ***** Пр°Х' Леии* сипияа у "*- прохож гения сигнала существенно меньшевВ^*Р°Ва '*"*" *ашлзд и Ч*"» резких перегибов (изломов) в местах соединеии "** ОН,ибок *ом Уиикамнк ног о отсоединения иг ганн/в, так как все каииЛ' " ШгтУжтетн «««опроизвояь- моитажиые платы, имеющие общий поиол^юя^ ««"«"«« встроены в Последнее обстоите гьство позвог^ет ^E^T^L"^ "^ "«*« ные выгонные пиевмофильтрг/ ™ „огГш^Г **«"*- **»W-™™*<' чена опасное, шм^^^^^^^^ "скаю- Ииевмоострова характеризуются многоварггантносшог^от^Г Так, например, пневмоострова^Юимс^е^^^^^^ 1 Пневмоострова с однотипным этническим разъемом (рисунок 462, работающие независимо от тина контро глера и подключающиеся с гкнюшью end циальиого кабеля. Бтодаря этому реализуется зашита от перелолюсовки CPV-яивв-оостро. ran Ю СР ри т п О .- .po.wM Рисунок 4 62 2. Пневмоострова с многопотгосным этектрическим разъемом ("рисунок 4 63) к которым управляющие сигналы от контроллера передаются по многожильному кабелю, что сокращает расходы при монтаже. CPV пимкюстров тип Ю СРА-ливвмоостро» т Й Мрммвиооетров * ||(У11г<иммооггри ти) 03 мп-оневноостров ца-пчипогтре #'' •»/ »♦#' .»',»" .* ;у9' *% втащит.» «ft» 2^S^-«^' МвКТОИЧвСМЯ ВХОДОВ римвемии »»»<•- 9 ,*,C2c*wt- ISO—опммМД I1 Ржу»» 46i
244 Глава IV 3, Пнеамоосгрова с разъемами для ^-интерфейса (рисунок 4.64), особенностью когороги является одновременная пере ичл данных и питания но 2 *c»ubHov\ кабелю. Благодаря определенной форме наос 1Я исключается возможность перено посовкн Носко 1ьк\ в аварийной сшуанни распределители дотжны ожесточиться, они имеют специальный вход ининня чтя кабеля. На каждый остров в AS-ннтсрфенсе выде»ясгся 4 адреса. По «тому одни пневмооефов можег СОтержать 4 моностабн 1ьны\ 5/2-распре ie пиеля и ш 2 любых раенрелелнгеля с 2 катхшками каждый. CPV пмеаиоострм трп W СРА пневмоостров тип 12 MoVMaxi-пневмоостров тип 03 I ■ Рисунок Л.Ы 4. Пневмоострова с разъемами Fcldbus (рисунок 4.65), предназначенные для подключения к узлам Feldbu*. и к блокам управления, позволяющие осуществлять децентрализованное подключение модулей ввода/вывода. Может быть подключено четыре блока с 16 входами и 16 выходами каждый. Кабель сети осуществляет передачу данных и напряжения питания. CPV-mwwioocTpoe тип в СРА-пневвоостров тип 12 МоУМахтневмоостров тип 03 '-' ! I Tigw-пмввиоостроа тип 02 без TtQef-пневмоострое тип 02 с эпект- lSO-пневмоостров тип 04В электрических входов рическими входами/выходами «■•» ш s • Рисунок 4.65 5. Пневмоострова со встроенным контроллером (рисунок 4.66). предназначенные для самостоятельного решения задач по замкнутому цикловому или гибкому управлению модулями. Минимальное число модулей входов и электрических выходов не должно превышать 12. UoYMw-nHMitOQCTpoB тип 03 Tqw-пнввмоострое тип 02 с эпект- ISO-пневмоостров тип 04В рическими входамиУвыходвыи . , . : ' — ,?tf J1 ? Рисунок 4.66 Эл ектропневмораспредел нтр , 245 4.6.1. Пневмоострова с однополосным присоаннишем К данному немо шению отноеятт т*»,. 4.67a.6. 4.68). отличающиеся монтаГныхмГГ^0"3 ™Па '0' 12 " 14 'P"CVHOK „а распределителей) ""*' ^^ Р3™* ,0- 12 «ли 14 мм (шиР„- Пневмоосгрова гипа 10 (рисунок 4.67. а) отличаются повышенным „оми- -Т.ым расходом по отношению к его габарит, Качество раГп^нт^ей CPVm vJTiM4'^ "Р,,ВадеНЫ ^Ч™*******» пневмоосгрова модификации CPV10-V1-4 (М.сго). в составе которого могут быть „скиьзованы Compact Performance-^^ З типов е условным проходом 4 мм. рабочим давлением 0.2...0.8 МПа и номинальным расходом 400 л/мин- ЗЯ-распределнтеш типа CPV10-M1H-3: 5/2-распределители моностабильные типа CPV10-MIH-5L- V2- распределители бистабильные типа CPV10-M1H-5J; 5/2-распределнтели бнга- бнльные с монтажной шириной 18 мм. Создание различных зон давления обеспечивается путем установки разделительных плит (рисунок 4.67.6). Резервирование свободных позиций осуществляется плитами-заглушками, вместо которых могут быть установлены распределители. реле или разделительная плита. Все распределители имеют вспомогательное фиксируемое или нефнксируемое ручное управление. Распределители используют давление управления, сжатый воздух для которого подается либо из линии питания, либо отдельно. Подача давления осуществляется через левую, правую или при необходимости через две торцовые плиты. Также может использоваться многоканальный пневморазъем, но в этом случае число распределителей должно быть четным. В случае внутреннего давления управления торцовые плиты не содержат дополнительных разъемов. Подача внешнего сжатого воздуха необходима при давлении питания меньше 03 МПа Пневмоострова данного типа могут содержать многообразные сочетания различных пневмораспределителей и электрических реле. Простота монтажа и обслуживания достигается благодаря съемным ннфоры* ционным табличкам и светонндикации состояния распределителей и реле Кроме однополюсных электрических разъемов передача У^вляющих сигналов к катушкам электромагнитов распределнт^ей возможна с по^нцью мно.о- полюсиых разъемов, разъемов Feldbus и AS-интерфеиса (рисунок 4.6«* РШН«П№« плита t 1S
24t> Глава IV H-.C?~m аО'У Oft , труб iw* И .', ilPyg-lZT * L . тру6 з/у -Пазы для крепления ■ табличек 3 Панель аля информационных табличек 4 Правая торице»* плита Рисунок 4.68 s Левая торцовая плита 1- Однополюсный разъем 2 - Многополюсный разъем 3 - Разъем Fekibus 4 - Разъем для AS-интерфейса 5 - Торцован плита 6 - Пакет распределителей 7 - Многоканальный пневматический разъем 8 - Одноканальный пневматический разъем типа QS 2 \. - / .*' ^^6 Рисунок 4.69 Электропневмораспределители 247 ШПя~т*~',~~»*тшштттт К данному исполнению пневмп™-™„ сунке 4.63. ■-—ровов относятся типы, приведенные на ри- В качестве примера, на рисунке 4 7П к СРА-10 на базе Compact Perfomz^-ozenZT*™™ пневм00СТР0в типа 12 тажным шагом 10 или 14 мм и homhJL"релелигслеи Различных типов с мон- ветственно. Пневмоостров l^T^ZZ " *° ™ ™ ^ СООТ' имеющих ручное дублирование, пил^ГеппяГГ^^^ '°Т 2 Д° 22)« стн от типа правой концевой ^Z^J^Tl ^^Л В подвод воздуха управления. Если давлад ■"" ВнеШний ет 0.3...0.8 МПа, то его можно исполГп^ НеВМ00С7р0ВаСОставля- , а и MIWKHO ИСПОЛЬЗОВаТЬ ДЛЯ внутреннего ПОЛВОла вочгп/*я упраааения. Если давление питания меньше 0,3 МПа ^ больТЛ 8 МПа "Те обходим дополнительный подвод воздуха управления. 4&»(пх10.5) 93+(п х 10.5) Рисунок470 зон давления, которые фор- Пневмоостров может иметь несколько различных зон давления, которые формируются с помощью монтажных плат с заглушками. Это "<^™^™™ различные усилия на штоках пневмошлиндров, ^^^"^pa^e явления и вакуума, -~™>^£^^7£^^ сжатого воздуха, возможность деаэрации (отвода вишу j (Рисунок 4.71). _ «плпествляется плитами-заглушками. Резервирование свободных позишш «Ч^* пониженного давления СРА-острова могут работать в режиме вакуум» или -°,09 до +0,3 МПа в следующих случаях: 1 ■ Давление питания подается •1азяра^\^шлиие 5/2-распределители 2- Используются моностабильные и оистаои 5/3-распределители. многополюснымн разъемами анало- Пневматическая часть пневмоостровов П|чна варианту с индивидуальными Р"3*™"*^ лев0й кошевой плите (рисунок Электрическая часть отличаетсЯ,Гд'ЫВАи) соединение которого с распре- 4-70,а) закреплен Multipol-разъем (MF-Агч от или
Глава IV ткувова еоздоа~ П|)име» использования «ели ■ одном пакете •жевиюоаепределителей действуют два реэиых давления Пример использования «спи только один теемораспределитель работает на другом давлении Пример использования, если требуется выпустить воздух в двух разных местах Дополнительна! секцн» 'деаэрации (отвода воздуха) Пример использования, если дополнительно требуется выпустить воздух только из одного пневмораспределителя Рисунок 4.71 Перемычка J^Sv, Распределитель Блок I тельиы» ■октактоа Блок пнеаметичасоп Рисунок 4 72 делителями осуществляется последовательными электрическими контактами и перемычками. В состав перемычек входят световые индикаторы, приспособления для ручного дублирования, разъемы катушек распределителей и зажимы для маркировочных табличек (рисунок 4.72). ISO-пневмоостров (исполнение 3) на базе распределителей 5 с монтажными плитами 3 для батарейного монтажа, представленный на рисунке 4.72, может содержать максимально 14 распределителей 1,2 и 3 типоразмеров с электроуправлением. . •'СйЙЛ^ ^Разделительная J шайба (заглуши) Рисунок 4.73 управлением. Электрические контакты электромагнитов, размещенных в промежуточных плитах, соединены внутри с многополюсным разъемом 1 через промежуточную плиту для подвода воздуха 2. Для использования вспомогательного давления питания необходимо переставить две перемычки на промежуточной плите 4. Источником давления управления может служить как основная линия питания, так и внешнее вспомогательное давление, которое также необходимо использовать, если основное давление питания меньше 0,3 МПа или больше 0,8 МПа. Создание зон различного давления на одном пневмоострове возможно, благодаря установке разделительной шайбы между двумя монтажными плитами (рисунок 4.73, б), которая вставляется в отверстие питания с правой стороны. Подача и отвод воздуха в этом случае осуществляются слева через промежуточную плиту (адаптер) 2, расположенную между монтажной плитой и узлом многополюсного разъема 1, а также через правую торцовую плиту 9. В ряде случаев разделительные шайбы используются для разделения каналов отвода воздуха 3 и 5 (рисунок ^Плита дросселей 6 предназначена для регулирования выхлопа в каналах 5(R) и 3(S Гпли?а?Гг2гулятором давления - для регулирования дарения в каналах -Mb), а плита / с регулятором л Свободные (резервные) 4(А) и 2(B), в канале 4(A), в канале 2(B) и в кан •монтажные плиты закрываются заглушками ».
Глава IV Данное исполнение не позволяет использовать отдельные электрические вхо- аы Тип защиты — IP65 Монтажный шаг распределителей — 43, 58,7 и 72 мм. Тшш распределителей, на базе которых может состоять пневмоостров: моно — млн бистабильные 5/2.5/3-распределители с расходом 1200, 2300,4500 л/мин. 4.6.3. Пневмоострова с AS-интерфейсом Протокол AS-интерфейс (AS-Interface) предназначен для экономичного объединения цифровых датчиков и исполнительных устройств на сетевом уровне с минимумом затрат. Основные преимущества AS-интерфейса (ASI): — только один кабель для передачи сигналов и питания; — быстрый монтаж с использованием прокалывания специального плоского двужильного кабеля, сечение которого не допускает переполюсовки; — отсутствие лишних разъемов, клеммных коробок; нет необходимости в разделке кабелей; — нет необходимости в модулях ввода/вывода контроллера; — минимальная длина пневматических линий с высоким быстродействием; — минимальные затраты для монтажа отдельных распределителей и небольших групп распределителей; — возможность значительного удаления управляемых распределителей и датчиков; — соответствие общепризнанному международному стандарту AS- International (Association); — стандартизованный протокол передачи; — отсутствие необходимости в специальном программном обеспечении; — быстрый обмен данных с временем опроса менее 5 мс. Структура сети ASI представлена на рисунке 4.74,а. Ведущий модуль ASI (б) устанавливается наряду с модулями ввода/вывода на Midi/Maxi — и ISO- пневмоостровах типов 04 и 05(в). Он обеспечивает связь между сетью ASI и пневмоостровами и является начальной точкой. К ведущему (Master) модулю может быть подключено до 124 периферийных (ведомых) устройств (модулей) (рисунок 4.74, в): 1. Сетевые разъемы, обеспечивающие подключение отдельных распределителей к ASI. К ним также подключаются датчики с помощью специальных кабелей. 2. Модули ввода/вывода (Е/А — модули) типа ASI-4E-B, предназначенные для непосредственного подключения и электроснабжения датчиков, имеющие следующие характеристики: 4 входа для плоского кабеля; напряжение питания — 26.5...31,6 В; потребляемый ток — max 200 мА; максимальный ток нагрузки для каждого выхода — 200 мА; напряжение дополнительного питания — 24 В ± 10 %; напряжение питания датчиков — 20...30 В, ток — 100 мА; устойчивость к коротким замыканиям; тип защиты IP67; вес — 0,3 кг. 3. СР-острова с разъемом ASI (рисунок 4.69), в состав которых могут входить 2 или 4 распределителя. 4. Модульные острова типа 03 с Midi/Maxi-распределителями и разъемом ASI (максимально 4 катушки электромагнитов). Характеристика ASI-разъема: напряжение питания — 26.5...31.6 В; потребляемый ток — max 17 мА; диапазон температур — 5 . .50 С; напряжение дополнительного питания — 24 В ± 10 %; ток дополнительного питания — max 360 мА в зависимости от типа распределителя; тип защиты — 1Р65. 5 Блок питания, предназначенный для электроснабжения сети ASI. Питание исполнительных устройств осуществляется по отдельной линии, что позволяет в аварийных случаях их отключать без нарушения работы ASI. Jj^rP^E^ejBjHo^acnpeae.! жители '**м,мстров «о оз ;::: Коибмниров. разъем катушки распред (Wmooctrm f*tm ВЛ-мадул L.-J ВЛчкздть б; I, Пневмоостров с Fi Ведувдш сети AS-кнтврфейсл 0 G^?- Ья-00 ^ гл- *Г>С'' ) I Л" * » в) Рисуио"4 74
""О Глава IV Ьлок питания имеет встроенную схему защиты от продолжительного короткого замыкания и перегрузок, а также индикацию напряжения. Используемый для питания сети блок Festo типа AS1-CNT-115/230 ВАС (переменный ток) имеет следующие параметры: вход (напряжение питания) — 115/230 В. 47..63 Гц; температура от — 10 до +55°С; к.п.д. — 87 % при номинальном напряжении питания: время срабатывания — менее 2 мс; задержка — более 10 мс: тип защиты — IP20; вес — 1,2 кг. На рисунке 4.75 представлен внешний вид, габаритные и присоединительные размеры пневмоострова типа 03 с разъемом ASI, выполненным заодно с левой торцовой плитой 1, основу которого соста&чяют Midi и Maxi — распределители 2 и 7, соответственно, с внешним вспомогательным давлением управления (5/2 и 5/3- распределители), которое подается через адаптерную 5 или правую торцовую плиту 8. В обоих случаях максимальное значение вспомогательного давления составляет 0,5 МПа. Для его поддержки предназначены специальные регуляторы давления 3, которые вместе с глушителями 4 в линиях выхлопа устанавливаются на адаптерной или правой торцовой плите. Для Maxi-распределителей установка регулятора давления скуществляется только на платах-адаптерах. Монтаж распределителей осуществляется только попарно на соответствующих плитах 6 для блочного монтажа. В составе пневмоострова могут быть максимально 4 катушки электромагнитов, т.е. 2 биста- бильных или 4 моностабильных распределителя. 1 (Р) - Канал питания А 2 (А.В) - Рабочие (выходные) каналы ~~~*~ 3 5 (R S) - Каналы выхлопе us 1412 - Каналы вспомогательного управления 235 84 82 - Каналы выхлопа потока управления *_) I- «8«|ч36»п»50»Я»3 Рисунок 4.75 4.6.4. Пневмоострова с разъемом Feldbus 4.69) осноЗнаустшии^^Г^ *°"„П°ташFe,dbus <РИС*Н™ 4-64. как можно ближек n^Zu^ZTT' Ь"***^™™ находиться линии пневматической части системы , "^^ П°ЛуЧИТЬ ОСОбенно коР°теие шлангам, уменьшить потер*"«шы^Г™ **" ""^ И ОТВОДа В03^а ™> Z =====2==S==" нием питания 24 В, током 0,5 А и защитой от короткого замыкания: — модули ввода, имеющие 16 входов и разъемы 8 х Ml2; — модули ввода, имеющие 16 входов и разъемы 16 х М8: — модули ввода, имеющие 8 входов и разъемы 8 х Ml 2. Общий вид с габаритными размерами узла Feldbus типов CP-FB-...-E показан на рисунке 4.76,6. На рисунке 4.77 показан пневмоостров типа 03 на базе Midi- и Maxi- 5/2 и 5/3-распределителей с цилиндрическим золотником. Он может иметь до 26 моностабильных распределителей. Возможны исполнения, при которых могут быть зарезервированы свободные посадочные места для распределители, закрываемые заглушками 9. Плиты для батарейного монтажа имеют общие для всех распределителей каналы питания и выхлопа, а также линию выхлопа для давления управления. Линии выхлопа могут подключаться к торцовой или промежуточной плите. Состояние распределителей индицируется светодиодами. Напряжение питания распределителей — 24 В постоянного тока: тип зашиты — IP65; потребляемая мощность: для Midi 1,5 Вт. для Maxi — 2,2 Br, условный проход: Midi—4 мм. Maxi — 7 мм; номинальный расход: Midi — 500 л/мин, Maxi —1250 л/мин: рабочее давление: Midi — 04 0 8 МПа и от — 0,09 до + 1.0 МПа — для вспомогательного даатения: Maxi — 04 I 'МПа и от — 0 009 до + 1.0 МПа — для вспомогательного; управляющее давление - 0.4. ..0,5 МП* время вклУвыкл.: дая Midi -10...20 мс. Maxi -18...55 мс Максимальное число модулей входов/выходов 8 (не должно превышать 12). Переход от условного прохода 4,0 мм (Midi) к условному проходу 7.0 мм * 1ерелид ui у „„„JL. ю атаптеоа 2 Пневмоостров может содержать не (Maxi) осуществляется с помощью адаптера л.1Ш /1 пятояагаться более оттого адаптера. При этом Midi-распределители 7 должны располагаться ьолее одного адаптера р располагаются Maxi-распределители 4. рядом с узлом Feldbus 1 и только за м»>' £" менее устанавливается При отсутствии Midi-распределителей адаптер та межд/узлом^еШЫ* и монтажно= ^^™дмигаи с отд_ В основном в составе пневМ^^еГдаааения из каната питания нлн ной подачей вспомогательного упр ^^ т адаптере j или на отдельно, которое не должно "^"^^ятордаапения 3. правой торцовой плите 5 устанавли незавиСимой от электрической. Монтаж- Пневматическая часть выполНе на ПЛитах батарейного монтажа 6. В распределителей осуществляется по ^еств>ет два ТИпа плит для батарейного зависимости от условного пР°хода * 1Ителен (1 катушка). 2 адреса: для биста- монтажа: для моностабильных PacflJ*u.' Если одни из двух распределите- бильных распределителей (2 катушки* ^ бистзбильныч распределителен, лей бистабильный. то и плита ^"^„^б^ьный. однн адрес остается неис- Если при этом второй РаспРеД^ов происходит автоматически, пользованным. Распределение адр
I лава IV • iMWHiriNKMt (пимиоостром) - алмтричккм IV Коду» иод» - »миалм (8iUtf) - »ииалм (KiMQ -V »#' Ммрм *ымда , twarat (toMO) % У ™^^ Типы CP-FB05-E CP-FB06-E СР FB09-E CP-FB11-E CP-FB13-E CP-FB14-E ~»6 Рисунок 4 76 Электропневморасп еделш ели Рисунок 4.77 Монтажная схема пневмоострова со стороны конечной правой плиты 5 изображена на рисунке 4.78,6. Создание зон различного давления для Midi- распределителей, в том числе и для вакуума, осуществляется с помощью промежуточной плиты (рисунок 4.79). Блоки с более низким давлением должаы рас- Рисуно1с4 78
.]S6 Глава IV Рисунок 4.79 полагаться ближе к электрической части пнемоострова. Создание различных зон давления для Maxi-распределителей осуществляется с помощью разделительной шайбы (заглушки), которая устанавливается в монтажную плиту для батарейного монтажа справа (рисунок 4.80). Подача давления осуществляется через адаптер 2 и правую торцовую плиту. При создании более двух зон давления используется промежуточная плита 10 (рисунок 4.77) и разделительная шайба (заглушка). Монтаж пневмоостровов 3 на технологическом оборудовании, например, на столах сборных модулей автоматической линии 1 (рисунок 4.78,а), производится с помощью крепежных элементов 2. Управление работой островов может осущест- М акси-распределнтель Олеюроразъем Заглушка Рисунок 4.80 вляться от одного ведущего (Master) пневмоострова со встроенным контроллером. В состав представленного на рис. 4.81 пневмоострова типа 11FB-02 с разъемом Feldbus, светоидикатором, схемой защиты и разъемами для ввода/вывода могут входить 4... 14 распределителей с электроуправлением. Резервные позиции закрываются заглушками или заменяются плитами с реле. Плита для блочного монтажа имеет общие для всех распределителей каналы питания и выхлопа, а также линию выхлопа для пневматического каскада предварительного усиления. Линии Электропневмораспргп^,,.^ „ц Тип IIFB-02-1/4 -4 IIF8-02-1/4 -6 IIFB-02-1/4 -в IIFB-02- 1/4 -10 IIF8-02-1/4 -12 IIF6-02-1/4 -14 И1-Й-02- 1/4 -1в Li .мм 237 303 369 435 501 587 633 1-2,мм 222 283 354 420 486 5S2 618 1 (PJ - Канал питания 4 2 (AJ3) - Рабочие (выходные) каналы 3,5 (R£) - Каналы выхлопа 14.12 - Каналы аашып#»лапыут'управления (только тип S) 84.62 Каналы выхлопа лото» управления 1- Узел Feslo Feldbus 2- Сетевой разъем 3- Основной предохранитель 4- Панель иирм^аивг'ииыа табличек 5- Цсльвггагелыкия ручное управление 7- Распределитель с электроупраалением 6- Бистабильный распределитель с ЭУ или 5/З^распраделиталь 9- Плита реле 10 - Плита-заглушка 11 - Болт пустотелый Рисунок 4.81 выхлопа могут подключаться с двух сторон. Каждому распределителю вцделено 2 разъема для подключения датчиков положения. Возможно различное распределение разъемов между распределителями и независимое обращение каждому из разъемов. Пневмоострова имеют две независимые линии питания. При аварийном отключении напряжение питания датчиков не изменяется. задачи так и в 4.6.5. Пневмоострова со встроенными контроллерами Пневмоострова этого типа могут работать как самостоятельно, решая Управления циклом работы одной автоматической единицы оборудования ., режиме ведущего (Master) для группы программируемых остРот^^р' мый). Максимальное числ!, модулей ^^J^M^E При* число распределителей - 26. **^*^£^sJL и разъемом «^«иовишибя» модулей вво- Peldbus помимо цифровых возможно подключение Да/вывода и модуля AS-интерфейса. многофункционального Midi/Maxi- На рисунке 4.82 приведен состав ^ и ^^„„cckhx выходов пневмоострова типа 03. Состояние распредс также отрабатывает сигна- °пределяется встроенным SPS-контроллером. у g можно осуществ. лы обратной связи от датчиков. С помощью *екю - ■"ять управление и энергоснабжение. 17
^> Глава IV рвслв. nmoptsaepa вМтвп ШЖ JUT2H распоед wopuwpa Май I пи «ПК ЛТН дополнительны» подвод возду«а ■ встроенный гяумпель ■мата с регулятором ' вдалеке акта дросселей с обр клапанам СР-1«т« ■еду» юодоа модуль выыдоа ■одуль пропори концевая плата (различные исполнений) Эиагтрвчеекав часть - 1 _ 12 БА-модуль - Выходы поеыш. мощности - Аналоговый БА-нодуль - Многополюсный разъеы - АБнитерфем: - FeytHC-подютючвнне - Контроллер Рисунок 4.82 На рисунке 4.83 изображен пневмоостров типа VIFB-03-...-SF3 со встроенным в управляющий блок типа SF3 контроллером Festo, имеющим следующие Житар \ Модули веога/вывода f Управляют^ блок Плита для Плита для блочного блочного монтажа МТ2Н монтажа JMT2H <МЮ») МТ2Н, JMT2H (MAXI) о- й- о О' Рисунок 4.83 данные: номинальное напряжение питания - 24 В, постоянное, допустимый диапазон „а пряжении питания _ I8...30 В; время аварий! r^SCSrt ; рабочая память ^ и EEPROM-I28kB для программ, модулей сообщении, драйверов (I команда = 4 20 байт); время обработки 1024 команд - около 1 мс; меркеры (внутренние переменные — 512 (все постоянные); таймеры - 32 (все постоянные); временной диапазон — от ПП1 ™ 655,35 с; счетчики — 32 (постоянные); диапазон отсчета — 0...65535; регистры — 128 из которых 100 — постоянные: программируемые входы/выходы — цифровые и аналоговые- локальные — 128(64) входов /128(64) выходов цифровых; ASI-124 входа /124 выхода, циф- 'Г- 'i* /■" .7» J - *п {"■ ff*,'r)fritr> .-<>"5 «А т \: •г /' г ш ~т^ •, т*—* 0 0 0 р 0 0 *■* "^ >r H rt H1 о~Н КМ Я МП И( Н> t j am рун- м^-м J-н м> - /?jta jflfc *«Як a^ofc «*^ *^ о 0 ф 0 ф ф Т^ML J_i_i Овил 0- О» '- Сетевой разъем 24 в 2- Омжсягплсафвинлмганв/юввва/^вывоваидэтчи- ков з- СмоЛлиг используете еш выхода 0 5 А) «- Свободе; ислолыуемые вых входа) 5- Рвпвмыдапиюв: 2оаэъемгна. можны различное ни »Щ|М^'11 ДЛЯВЖМЯЫХСи*№ЛР& D99- распледвла— ;■!>■«■ мекд» рас- «ввцомом nperf »ов> обращение разъем i интерфейс V.24/RS 232 или к каждому enury в- XiMVKxrwae (Чхаырявла токовая петля 7- Разъем FeWbus »мврф«*о V24/RS 4В5 или SMEC L2-DP Рисунсж 4.84 «о „tTvonnn- FeIdbib-1048 (no 128x2 каналов на ровые; аналоговые - 36 входов /12 ™££*Г^Л) FSV200; диагностика с станцию); средство программирования (Software; resio ro ^ помощью FST 200 или прикладных программ пользова™* ,_ов „с,™. Изображенный на рисунке 4.84 "Р^^^ГГ^^^З, ными контроллером Festo (или ыи*»/" ^"ь* пневмоосгровов. В составе предназначен для работы с группой "Р^^Гаспределителей с электроуправ- пневмоострова может быть от 4 до 16 ^ ^ ^ ^^„и с реле. Исполь- леннем. Резервные позиции занимаются w"y ^^ связн управляющего блока н 3Уемый интерфейс Feldbus (RS485; предназиач^^ FeJdbus передают сигналы к Децентрализованных пневмоосгровов. Уза размерные параметры такие же, как отдельным катушкам электромагнитов и рел • rDHCyHOK4.81). « У пневмоострова типа 11FB-02 с разъемом Feldbus (рнсу
Г.иапн IV 4Л. Расчеж н проектирование мемроммнитов с втяжным якорем 4. Л. Коистр>киия .лсмрочя. ии.ов с важным якорем В «п.гавс кончтпкжвных элементов ЭИР в качестве приводных злекфомат- mm» i JM) получили применение ЭМ с втяжным якорем и плоским стопом (рисунок 4.8«) При *том якорь и стоп снабжаю 1ся опорными элементами (уплоше- млК перекрытия входных и выходных сопел подачи ежаiого воздуха (на dhvvhkc н« показаны). Эта особенность консгрукшвного исполнения приводит к отказу от использования конических стопой, которые в ряде случаев более предпочтительны, чем птоские стопы, так как обеспечивают при одних и тех же габаритах ЭМ большие по величине тговые усилия. >М с втяжным якорем состоят из неподвижной части магнитопровода (корпуса, ф. стона), подвижной (якоря), катушки, каркаса и направляющей якоря. Корпхсы выполняются цельными или составными. На рисунке 4.85,а, представлена конструкция приводного ЭМ фирмы «ФЕСТО», включающая в себя цельный штампованный корпус 4 в виде чашки, внутри которой размещены обмотка 5 с каркасом 7, поп (сердечник) 6 с ферромагнитным шунтом (ФМШ) в виде воротничка высотой /»«, направляющая I с якорем 3 и пружиной возврата 2. Ш\нт способствует увеличению тягового усилия в начале хода якоря. После уста- D, * ^-* *'f*]f-ti *^i •i -. ,x=tl li б) Рисунок 4.85 новки внутрь корпуса, катушка заливается специальным компаундом. Направляющая 1 и стоп 6 выполнены в виде одной детали, но из разных материалов: первая — из немагнитного, второй — из магнитного. В качестве соединения используется мелкомодульное резьбовое соединение с последующей механической обработкой. Якорь снабжен по концам запорными элементами. Другое исполнение ЭМ (рисунок 4.85,6) предусматривает наличие точеного корпуса 3, выполненного совместно со стопом, и фланца 2. Внутри корпуса размещена с радиальным зазором Л катушка 4 с каркасом 5, который является направ- ■яющеи для якоря I. r Детали Mai ннтонровода изготавливаются в большинстве случаев из низкоуг- 2шГ(1 iDCT'S°7eX""4eCKHX СТаЛеЙ МаР°К: Ш864; 2°864; I0880; 20880; 11895: В п«^Я уВ£ЛИчения быстРодействия используется кремнистая стал., марки ЭЗЮ. о ряде случаев применяются железоннкелевые сплавы (пермаллои) с высокой машитнон проницаемостью марок 45Н. 79НМ, 80НХС и др. мио™2Г!Г ВЫпол"яются каркасными и бескаркасными, однообмоточными и миог^бмс™чными_ Наибольшее распространение получили провода марок ПЭВ- CTnuirrv-r/^ ' ,,B~R в электромагнитах с высокой и повышенной генло- п2^дТ5т^сй^с ,,олиамадной —' мяр°к ПЭТимид ™™TZZ7™™ZZ? т "емегалли ческих матерйалов -текстолита-ге' телями из тъ "0лиамиднои или кремний-органической основе с наполни- риало.-^! МИ фторопласта- атакже из металлических немагнитных матера бронзы, латуни, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали и др. Направляющей якоря является , ржавеющей сали. Наиболее ..Г ,0,,№с«»1ая агулка к. я метр якоря. 11ри люб? "*Ч""-надсн бере,ся оп,„Ч||0 п . . ,.w «ЫШ:,1™ Г^""МВ ™»*-« - си- ■ иннаяенла. нповления 'У 8 вакууме «* Ма,е„,™H„№,„T„,№)MnwiMcwa ^^ пи юв При наличии в качестве исходных данных hT — тятвой силы в начале ходя якоря, б» — хода якоря, U— расчетного напряжения питания н 0Л/в — допустимого превышения температуры при продолжительном включении, нроеюимй расчет втяжного ЭМ с плоским стопом сводится к определению следующих параметров |20J. 1. Конструктивный фактор кНа\м. (4.1) (4.2) Для втяжного ЭМ с плоским стопом должно выполняться условие „„ ~м 6.5...1|.0<А-Ф<31,3...47: для зм с коническим стоном 0,15... 1,5 <КФ< 6,5... II Рациональная форма сгош ЭМ с втяжным якорем ивнеиг от КФ и усеченно сти конуса ц (рисунок 4.86). У 2. Диаметр якоря с! = 1,79 • 10~3/Fr/B6 , м,(4.3) где Въ = 0,7... I, I Тл — магнитная индукция в рабочем зазоре, принимаемая в указанных пределах с целью одновременного обеспечения минимальных габаритных размеров, объема, массы и потерь МДС. 3. Наружный диаметр ЭМ 0.02 ОМ 0Ш01 0J 04 0.» I 1 4 < 10 20 *0 (О |М Гр,,ц"\, Рисунок 4 86 4. Длина ЭМ D = 2d. м. (4.4) зазор: (4.5) где 5 = 5„ + б„„ — рабочий ,.. б„„ = (0,05...0,1) бя — толщина немагнитной прокладки нз латуни, нержавеющей стали н Других материалов, помещаемой между якорем и стопом для предотвращения «залнпа- иия» якоря в приподнятом положении из-за остаточного магнетизма; Б„ =•().!5...0,5 мм нерабочий (нарамгный) зазор между якорем и направляющей. Удельное сопротивление "амогочного провода р для конкретного превышения температуры GA.„ рассчиты ваетея е помощью выражения С2 DA e.t 04 I 1Л М ■• 1« 1 Л Т. Рисунок 4 87
Глава IV *С р = рр(1+а0е).0мм, (4.6) *>: Рисунок. 4 88 I 7S 10"* Омм - удетьное сопротивление медного провода при 20°С; ' tXo = 0.004 1/сС — температурный коэффициент ме 1ного провода. Для удобства расчетов можно пользоваться рисунком 4.89. " Удельная мощность рассеяния и„д и превышение температуры G электромагнита при продолжительном режиме работы взаимосвязаны (рисунок 4.88). По заданному G и условиям теплопередачи (кривая 1 — плохие; кривая 2 — средние; кривая 3 — хорошие) можно найти п^. 5. Определяется отношение UD, которое должно находиться в пределах: /VD = 0.7...1,8. (4-7) 6. Максимальная магнитная индукция В = ад>.Тл, (4-8) где ф — погравочный коэффициент, учитывающий потери МДС, зависящий от магнитной индукции и имеющий максимальные значения (минимальные потери МДС) при индукциях в рабочем зазоре 0,3...0,8 Тл (кривая 1) (рисунок 4.87) и максимальной индукции 0.35...0,95 Тл (кривая 2) для наиболее распространенных электрических сталей. 7. Внутренний диаметр магнитопровода D, = 0.87 D, м . (4-9> 8. Толщина фланца (торцовой части корпуса) C=0,12D,m. (4-Ю) 9. Средний диаметр катушки Dtp = [(Di - 2А) + (d + 2b)]/2 , м , (4-10 гд Д = IO.025...0.2) 10 — зазор между катушкой и корпусом, м; Ъ = (0,05.. -0,25) Ш — толшина цилиндрической части каркаса, м. 10. Высота катушки hk = [(D, - 2А) - (d + 2b)]/2), м 11. Длина катушки lK=L-2(b,+C),M, - толщина щеки каркаса, м. (4.12) (4.13) г ~Ь,=<0 0.2)10 12. Длина стопа U = (0,3...0,55)/K,M, <4Л4> 13. Диаметр провода dfV, = l,78103>/pD£pB(6 + 6n)/f/ ,м. <415> После расчета полученное значение округляется в сторону ближайшего стандартного диаметра по таблице проводов [5]. Здесь же находятся сечение провода q диаметр провода в изоляции d„. 14. Число витков катушки co=0,865/A/<U- (41б> 15. Длина обмоточного провода ^=л£>ср-со.м. (4П) 14. Сопротивление катушки «o = np0Dcpbsiq = l W-*DLPio/dl,,OM. <4,8) tp шке 263 по данной мето- Погрешность расчета ос "~ ~~~ где F„ = cm/в Fr ~Vo4>2F;s I (6+5 ,2 н M <W/K0~ полная МПС ыъ *UT|V • Н , ,л in, 4.7.3. Пример расчета втяжн«г« ^, втяжного ЭМ с плоским етопом Задача. создающего гяговуГс^^оТпп^^" ВТЯЖНОГ° ЭМ с ™«*им етопом Допустимом превышенни^пера "ыРе ST™ r№ ""^ " = 24 * и имеющего ход якоря Ья = 1,5 - 1(Г3 м ~ СРеЛНИХ условиях теплоотдачи Решение. I. Определяем конструктивный фактор ЭМ, используя (4 I, ^ = 1-10-37^7^=,.,о-з7о^1и^=0,2кН^/м 11ользуясь рисунком 4.86, для КФ = 0 2 кН0-5/» ™™ жен иметь ФМШнликоничес^А. определяем, что ЭМ дол- стопа задана ^ЦТ^^^ТМа'^-Т,ОШ^{^ 4.85,а). конструкции ЭМ необходимо иметь ФМШ (рисунок 2. На основании (4.3) рассчитываем диаметр якоря: ^=I,79-I0-VFr/fi6,M Принимая Вь = 1,0 Тл, получаем d = 1,79-КГ3 = V60/I.0 = 13.87 103. м. Принимаем J = 14 ■ 10 м. 3. Наружный диаметр ЭМ на основании (4.4) равен: D = 2d = 2- 14 = 28- Ю'\. 4. Длина электромагнита с учетом (4.5) равна: L = 8,7 -103(б+б„ yjFr-pKD'-n^), м. Ход якоря 8Я= 1,5 ■ Ю~3 м; величину ~ паразитного зазора б„ берем равной 0,2 мм. '■» Используя зависимость на рисунке 4.89, .'?„ яя„мяыпm„minm,„ ,v' находим р ДЛЯ Заданного превышения Рисунок 4 89 температуры 6 = 50°С: р = 2,1 • 10 Омм. Используя графики на рнсунке^.88, находим Ли, для 6 = 50°С и средних условий теплопередачи: я,,, = 500 Вт/м". Тогда ^___ L = 8,7103(1.5l0-3+0.2l0-3)V(60-2,ll0-8)/[(28l0-3)3-500] = = 8,7 1,7 д/п.5 10*=50.286 Ю-3 м. -з Принимаем L = 50 • 10 м. 5. Определяем отношение Ltf>. которое в соответствии с рекомендациями (4.7 олжно быть в п еделах от 0,7 до 1.8. р т* о» м
л^ц Глава IV UD = 50/28 = 1.786. что соответствует рекомендациям. б С помощью (4.8) находим максимальную магнитную индукцию: Поправочный коэффициенг ф определяем с помощью графика на рисунке 4.87. Для В6 - 1,0 Тл. используя кривую 1. получаем ф = 0.85. Тогда Я =1.0/0,85 = 1.18 Тл. 7. Внутренний диаметр магнитопровода £>, = 0.87 D = 0,87 • 28 • Ю"' = 24.36 • 10 3 м. 8. При наличии фланца фисунок 4.85) его толщина определяется соотношением (4.10): С = 0.12 D = 0.12 - 28 ■ 10_3 = 3,36 • 10~ м. 9. Параметры катушки рассчитываются с помощью выражений (4.11—4.13). Средний диаметр катушки: D„ = [(D, - 2А) + (d + 2tf)]/2, м. -2 -2 Принимая Д = 0,1 • 10 м и Ъ = 0,2 • 10 м, получаем: Д, = [(24.36 - 10~Э - 2 • 1 - 10 3) + (14 - 10~3 + 2 • 2 • 10 3)]/2 = . = 122.36 - 10~3 + 18 ■ 10"')/2 = 20,18 • 10^ м. Высота катушки hK = Krf, - 2А) -(d + 2fc)]/2 = [(24,36 • 10 3 - 2 • I • 10~3) - - (14 • 10~3 + 2 ■ 2 ■ 10_3)]/2 = (22,36 - I0~3 - 18 • 10 3)/2 = 2,18 • 10_3 м. Длина катушки IK = L-2(bl + Q. Принимая толщину щеки каркаса Ь\ = 0,1 • 10 ~ м, получаем: К = 50 ■ Ю"3 - 2(1 -10 3 + 3,36 - 10 3) = 41,28 • 10 3 м. 10. С помощью соотношения (4.14) находим длину стопа: 1сг = 0,4 ■ 1К = 0.4 - 41,28 ■ 103 = 16,5 - 10~3 м. 11. Используя (4.15), рассчитываем диаметр намоточного провода: d = 1.78 • I tfJpDlp№+b„)/U = = 1,78 103А/2,110-8-20,1810-3-1,18(1,510-3+0,210-3)/24 = = 0.335-10_3м = 0,335 мм. Выбираем в качестве ближайшего стандартного диаметра по таблице проводов [5] провод марки ПЭВ-1 диаметром d^ = 0,33 мм, сечением q = 0,11 мм2 = = 1.1 • 10 м\ Диаметр провода в изоляции dU3 = 0,37 мм. 12. Используя выражение (4.16), находим число витков катушки: ю=ОД6ЯЛ /<£, =0,8б510-3-41,2810-3-2,1810-,/(0,37-10-3)2 =568. 13. С помощью (4.17) рассчитываем длину обмоточного провода: 1^„ = nDrpco = 3,14 ■ 20,18 • 10-3 - 568 = 36 м. 14. Сопротивление катушки определяется с помощью выражения (4.18): /?о = 7 - l0~*D(o/q = 7 • 10~8 - 20,18 • 10~3 - 568 /1,1 - W'1 = 7,30 Ом. 15. Производится поверочный расчет, заключающийся в определении тягового усилия, создаваемого ЭМ с рассчитанными параметрами, с использованием выражения (4.19): Электропневморяспредел и гели Площадь сечения якоря: 5 = nv/2/4 = 3.l4-(14 10 3)2/4 = 154,0-l<rV. Полная магнитодвижущая сила(МДС) катушки: F„ = <о(///^ =568-24/7,3 = 1867 А. Подстановка полученных значений S и FM jsaei следующее значение Ff. FT =l,25710-*0.85218672-154-10-6/2(U-lO-3+0,2-lO-3)2 = = 487,5 Ю-6 / 5,78 10^ = 84.3H. т.е. ЭМ с рассчитанными параметрами позволяет получить требуемое тяговое усилие^ =60 Н.
UHEBMVllWFCKHE НСПОДИИТТЛЬНЫК УСТРОЙСТВА Пневматические исполнительные устройства предназначены для преобразования знергии сжатого воздуха в механическое линейное перемещение или вращение. Они используются для приведения в движение рабочих opianoB машин, выполнения различных основных и вспомогательных операций. Линейное перемещение обеспечивается пневмоцилиндрами, поворотное движение — исполнительными устройствами, имеющими в качестве рабочего opiana лопасть или шестерню с рейкой. В пневмоцилиндрах одностороннего действия давление сжатого воздуха действует на поршень только в одном направлении, в обратную сторону поршень со штоком перемещается под действием пружины или внешних сил. Пневмоцилннд- ры с пружинным возвратом используют для выполнения небольших перемещений и с небольшими развиваемыми усилиями, зак как встроенная пружина, сжимаясь, значительно снижает усилие, развиваемое поршнем. В пневмоцилиндрах двустороннего действия перемещение поршня со штоком под действием сжатого воздуха происходит в прямом и обратном направлениях. Поворотные пневмодвигатели могут быть поршневыми и лопастными. Кроме названных выше типов, в промышленности используются также пнев- моустройства специального назначения. К ним относятся бесштоковые цилиндры, позииионные цилиндры, пневмокаретки, цилиндры с полым штоком, с тормозом и пневмозахваты. В процессе монтажа, наладки н эксплуатации пневматических исполнительных устройств необходимо предусматривать ряд конструктивных мер безопасности [37]. Чтобы свести к минимуму риск нанесения травм персоналу, рекомендуется применять защитные ограждения. При высокой скорости движения рабочего органа устройства или в случае больших инерционных нагрузок, собственный демпфер пневмодвигателя может оказаться недостаточным для смягчения удара. Для снижения скорости рабочего органа до включения собственного демпфера рекомендуется использовать схемы замедления или устанавливать наружные демпферы, ослабляющие удар. В последнем случае конструкция должна обладать достаточной жесткостью. Во избежание травм персонала, повреждения оборудования н объектов производства, необходимо предусматривать конструктивные меры, обеспечивающие собтюдение безопасности прн падении давления. Такие меры особенно необходимы в системах с подвешенными грузами и в подъемно-транспортных механизмах. Если пневмопривод управляется с помощью трехпозицнонных пневморас- пределителей, у которых в нейтральном положении все выходы сообщены с выхлопом, или возобновляет работу после того, как давление в пневмосистеме было сброшено, возможен резкий рывок рабочего органа с места и затем его движение с чрезмерно высокой скоростью. Это обусловлено тем, что в одну полость цилиндра подано высокое давление, в то время как в другой полости давление отсутствует, и нет никакого противодействия движению поршня, которое обычно бывает при вытеснении воздуха нз полости пневмоцнлиндра. В -лих случаях необходимо предусматривать меры против резких рывков, например, применяя устройства плавной подачи воздуха. Все виды нагрузок на шток поршня должны быть приложены только в осевом направлении. Неизбежные боковые нагрузки, приложенные к концу штока, не должны превышать значения, допустимые для каждого тина пневмоцнлиндра. Не рекомендуется использовать пневмоцилиндр как амортизатор. -Ji!^^^ 26? Ьели в ппевмоцилиндре есп вот при условии, чзо штк доходит^о г«Г',1Ь,ИДеГ1|фср,0НМ0ЖСТ',а6ша'Ь70',ЬК1' длина хода поршня определяйся какими? г? ° "°"ожсния- Hvrmmy. если ходимоубеди.ься, что^«Z^^^^—™' K^ n^SZZSZZS?» - ~=^SS-. клапане ВОз- демпфером, ul ^o^ZT^ZZTZ^ "^^ P™"M регулировочным винтом демпфераТккаПо м™7 ° ™"теМШМ »° W уплотнения цилиндра. МОЖСТ "ривести к "<>вРежде»и.о вести^нол^'"'ИВ8Т" Ре"'б°ВОе СОеЛИ"еНИе на концс ™« Дуется привести его в полностью утонленое положение. При затяжке шток не должен вра- При техническом обслуживании оборудования необходимо прежде всего убедиться, что в результате отключения питания не произойдет падение транспортируемых объектов или узлов оборудования, находящихся в поднятом или неустойчивом положении. Только после этого можно отключать электрическое и пневматическое питание, обязательно удостоверившись в том, что давление в сне- теме полностью сброшено. 5.1. Свойства воздуха Рабочим телом для исполнительных устройств электропневмоавтоматнки служит сжатый воздух, представляющий собой смесь из азота и кислорода (по объему примерно 78% и 21%, соответственно) и других газов, содержащихся в небольших количествах (аргон, углекислый газ и др.), а также водяного пара. Основными и наиболее распространенными параметрами сжатого воздуха являются температура, давление и удельный объем (или плотность). Давление представляет собой силу, действующую по нормали к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности. Атмосфера Земли на ее поверхности развивает давление в одну физическую атмосферу (ра). Давление, отсчитываемое сверх величины атмосферного давления, называется избыточным или манометрическим {ры) и указывается в технических характеристиках пневматических устройств. Полное давление равно сумме избыточного и атмосферного давления [I3.27J: (51) Полное давление газа" пропорционально его абсолютной температуре Т и концентрации молекул „, которую можно определить как отношение: n=MV, (- J где /у—число молекул, находящихся в сосуде; V- объем сосуда. Давление р газа равно: _. р = кпТ. СИ|Па = н/м2 l/м2 Дж/К К ™.™ поставляет собой постоянную Больц- Коэффициент пропорциональности представля мана, равную: -2i п llf Ы ,380662- .0 Дж/К. заключенного в ||ем воздуха. в Чаще известен объем V сосуда и ым паш (отсутствует межмолеку- "редположенни. что воздух является ид ^^ бып onpemneilo по лярное взаимодействие), давление р внутр Формуле Кдвдейрона: ^ R j V (54J p=mRT/V, си(,1а кг Дж/кгК К м1'
,s I .'III till \ r* R — универсалию* i аммя иосгомпия 11 <я no • ivx.i /?■ -Я7 Дж/hi К). Кии.рпя равна внешней pi «те, совершаемой мри ihkuMuiuom ■wu'iuut щшм кшнчрам чет воидуч» при илрсватш со на I ip» чус; *"— к-мнери.ур.. и 1рлдусих Ксдыш нМвбслмюТНая темпера гура) Нулевая температура ни Цельсию и фн iiih«« о- ,«27з.15вк. Lew конценграцня iaia в сосуде раина nvlm. iv n«»>ili"w Диичснпс u iiihOM со суде тоже рвано нулю Можно счт.мь. чт на поверите ш Чемлн сосуд облпцае! некоторой ногенциалыюн 4icpi«cfl. тк как иееь окружающим сю нощух imxu'un ся пол атмосферным (.шлепнем и. »м«дм и сосуд, МОЖО синершть риишу Так рпботаюг мпошс вакуумные ycipoiiciiiii. например, пакуумные нршюды, вакуумные присоски и 1 И 1и»орят. чт ни ycipoiiciua paooiaior на ршрежсннС С\к>л бу iei также оила'ипь потенциальном тершем, если дииленне ruin mivipii нот» буди больше лмоеферною (i.e. р„>и). Ччссь им ыкже можег сонернщп, раиогу, н»» уже при выли te hi ci icy in в ашосферул .с. прннесш и дсииинс ус i рои ства. раоопшшшс на нш нсганпе Иоскольку Co'iMiiiiHciiui ycipoiicni промышленном i'ickipohhchmoihmomiiihkh рабоиет на ii.ii кеч апис, а Mai шмраныюе давление сущее i пенно больше атмосфер ною, при pneterc усилий удиино нилыииа1ъс>1 щиыючнмм давлением. И 1ермо динамических расчешх полмукнея полным давлением. В системе СИ ечшпщен щмерення давления служи г нпскиль (11а). ПиС- каль равен чанленшо. выпиваемому ciuioii u III (пыикш). ршиюмерпо раенреде ленной но нормальной к иен нонерхносш площадью I м2 (I I la ■ I 11/м"). Соошошсния межлу единицами давления ирниедсны и 1аблнцс5.1 11 3.37|. Таблица 5.1. Coui iiuuicintc между единицами данленн» 1 к! с/см" Гдиницы г I Бар I Па 1 psi (фуи I -сила/кв.дюйм) I мм pi ст I м.м под.ст кГс/см ? 1 1.02 1.0210 Г 0.07 1,Зо Ю 10 lian 0.УН 10 0.07 133,3-10 9.81 К) г Па У.8И0 10 0.У-10 133.3 9.HI J*± 4.22 14.5 1.45-К) I 19,34 К) 1,4210 т MM pi.C'1. 735,6 750.3 7.5-10 51.71 I 7.J010 Г 5.2. Основные ирмодиишичсскис «иконы Uu ми».их случая* уравнении сосшяния идеальных <аюв в ппепмоаи.ома.п кс Можно истин, ниш и> с доспи очной ючно cn-iu и для реальных i ниш. Ьоилсм и Ш>2 1. вЛтлип, и -juicm нет ниснми oi nciu Марионом в lf>76 i uu «bpun нии было yciaiioiuiciio, чт если тч шнпмнл нскишрый нерионачальнмй оГп.см V» н имел Дай пенис /»„, т после ежлшя до обьеми V| Ciо даилспис />,. мри услопнн. чт icMiiepaiy pa i a ia ме и iMciuiC i ся (И 3 о г С |» М и ч с - е к и Й н р it ц с с с ). поиыси 1 ем до величины, при минреп iipiiiiiiiiviciinc начальном» иСьсмн и Доплати «|удс1 равно прон шедепню конеч JIUI 'НЧ.СМН идаилеиия (рисунок 5.1,и). /*toVto-#»iV,. (5.5) I'ttcyilOK V( >1нсц|МИ111Ч1ЧЧ<|1г 1м-1Ю'11Ц1м"1Ы1Ы1' у*1 mjli-11 ^*У Фрипцу ICKJ1M ученым Ж. Щ,,,,,, .м „ ,7к7г , шннмне. IKW т«пп,.„| „ullCM ,„„,„' 'ZLvc'T *'"'""" "*"' "'" """ "" .пении ,1ер«оп,1ча,ьно„ .еЛ„,,р{1,ур. ,'2 , и """ ужя№ктп """ >Wl«" .ил,ененнтк*ш,-р,нуры<р„су„о^^^ о,куш Г,Л'° '''"' "'", V"C,",Sl- (<W IIjni неимемпом пшлепип „, ,«Лв|,„Ыи „..„„есс пы,р,„шшс -тжлстс пер.и.пачшн.п,,, ь,м<1 ,„ ,„,„„,,„„, ,(1,м11С1С|П,т1„! „ И „„, млн уменьшенши ибьемм пр„„„,,„ тию „ 1MCncnlllo lMluVatypu „ ,,,wni4 V|//, V.//j при />вакы. (ун) )т oi.ni,» yt iiiiioiiiienii Ж. I eii Люсспцнм в IH02 тду. 11рн и;, и а « a i п о м прицессе lie» lciuioofiMcim между ст. .емои и окру жнющен гредоп. Пршмижснно можно счннш. iLwiduaiiiMM процесс u iieiciuioiuo LMipunaiiiioii ciicicMf. если он осущеешляекм i w,iu оыпро. ч,,,, ,сцло..(.мсн монду ciicieMoii м окружающей cpeiufi праынчесш не успение г происходим. Адцнош iii-iii процесс описываемся уринненнсм />V ■- "ним . (5.У) где А — н< кавпель ii/Ul'iu'iii.i, рапным uiIiuiucmmiii и-плосмкост пил нрн нисшян НОМ '(НВЛСППН /> К1СНЛОСМКОС1Н IIJUI npll HOCIONIIIIOM OtliCMC V, lllOICpMU'lCChMH. НЮОирПЫН, МЮХОрНЫН И КЛНиОНШЫИ ПроЦСССЫ ЯР'1ЯМ1СМ чистыми случаями пол и i puiuioi о мроцесси(01 ijk4i мполичц! тын) ' им процесс инпсынаегся уриинемнем |дс и — покишгель поди фоны, при и ml — процесс поли ipoiiiii.ni, при ««О — Процесс и юбарнмн: при «■ I — и нлермичеекпй. при н» too— пючорныН 5.J. Исючгнпе ежи юю кшплуха черп о i игре ни* IICIIOUHI.IMH еиишошеимямп. пеоокоднмымв длл оннсиинн рнНшы ипеимиш чеекп.ч ycipotieiu. являннея cool шипения, шшсыишощне тконы дпнження иим\ XII. Принимаемся, чт тмдуч являсия идеилымм! жидкое i ьи>,и.е. шкоП жидкосм.ю. и потри» чистки неремспшюа'я очна оптсипммю Друтн ч i|»c Пня. Предположим, чю движение ус ниииштнтч» в cuoiienia жидкое п. .. дншюм сечеппм оспноп-я нисгояннымн. i.e. давлен.* и .cMiicpuiypa не шмгмнюнж ОГм» нтчпм чгрс cp.fi. р. г. еоо.ненмиешю. еко^чмь дциадшт жнчкос.в. дииле.п.,, ускорение силы .«жест, пло.поеп. >м./(кос,н и н-ео.у над нл.н-кос.ыо о,ече„1. Уранпепне 1;ерпуллп в д„фферс,Щ!ШЛ..нон фо,.ме. .....рижшощее .«кон еочранйми тети. нн. iniiiicbiniirica и индс 11 'I: Д1+*^^ а о. №и» 2 р М,„с,рпро„.п.пе .ттуривнеш». ,,.е. ..ьфнжгине ткош, ...н.дешш «.им*... , ...и.чттнииннч. iiiHVieiiiii'Wfi cobmf ни л И Mil '-'»•'■'"» '/-'№,,-,,,X;iZ- "•<"' hiiich сумме.,.„„,.,« скор,км «anup.iHjijiiiuacMbl ^шll)l0'■'Иk">h"•,м'l,", '
Глава V ного fi пьезометрического \^~ и геометрического г. Учитывая низкую 2g* gP плотность w оздуха. величиной с обычно пренебрегают. Поэтому, 2g J5P (5.13) Для идеальной жидкости запас энергии в каждом сечении потока остается неизменным У реальных жидкостей, имеющих трение, запас энергии от сечения к сечеиию по направлению потока убывает. Уравнение для реальной жидкости между двумя произвольными сечениями потока имеет вид: с;-с. I dp + Н 2g ' SP Pi 12 О, (5.14) где Нц=Н1-Н2 — потери энергии. (5.15) Обычно гидравлические потери Н12 принимают пропорциональными изменению кинетической энергии, т.е. Hn=Zfl2g, (5.16) где величина ^ называется коэффициентом гидравлических потерь; с — средняя скорость в сечении потока. В случае истечения воздуха из резервуара с достаточно большими размерами (рисунок 5.2) скоростью воздуха перед отверстием можно пренебречь и тогда с — ё ! л/Гч (5.17) : ф называется к о э ф ф и - -а Рисунок 5.2 циентом скорости. В каналах пневматических сопротивлений скорость течения воздуха сравнительно велика, и поэтому, с достаточной степенью точности можно считать, что теплообмен между протекающим воздухом и стенками канала отсутствует и, следовательно, истечение происходит по адиабатическому закону. Поэтому, можно записать: JL- Р\ р=-"жр \/к (5.18) Р Р, р{ где * показатель адиабаты; р, р, _ плотности воздуха в различных сечениях. Сучетом (5.18) уравнение (5.17) приобретает вид: С = ф 1 Массовый расход воздуха 2RTk к-\ -М k-Y к Gm=Fcp2, где F- площадь сечения А-А; р2-плотность Подставив (5.19) в (5.20), поручаем: (5.19) (5.20) воздуха в сечении А-А. Gm=4>FPy (5.21) В полученном выражении за плотность воздуха в сечении отверстия площадью F принята плотность в среде, куда происходит истечение. На самом деле плотность воздуха в этом сечении иная. Выравнивание плотности воздуха в струе с плотностью воздуха окружающей среды происходит в сечении Б-Б, расположенном на некотором расстоянии от отверстия. При этом площадь сечения Б-Б меньше площади отверстия F. Отношение сжатого сечения к расчетному называют коэффициентом сжатия струи. Произведение коэффициента сжатия на коэффициент скорости называют коэффициентом расхода р.. Таким образом, для уточнения в формулу для определения расхода Ст вместо ф следует ввести ц.. На практике приходится рассчитывать расход воздуха не для отверстия с тонкими стенками, а для различных видов дросселирующих сопротивлений, 0,4 имею