Электро- и пневмосиловые преобразователи

ГСП

Для преобразования измерительной информации в унифициро-

ванный сигнал в ГСП применяются преобразователи, работающие по

принципу силовой компенсации.

Электросиловой преобразователь ГСП (рис. 9.1) преобразует уси-

лие, развиваемое измерительным устройством ИУ, в электрический

сигнал (ток). В основу преобразования «сила—ток» положен принцип

силовой компенсации. Измеряемое усилие F преобразуется в пере-

мещение подвижного сердечника 4 индикатора рассогласования 5,

представляющего собой дифференциально-трансформаторный пре-

образователь, на первичную обмотку которого подается питание, а две

вторичные обмотки подключены к входу усилителя 6. Это усилие F

через подвижную опору 2 уравновешивается усилием обратной связи

Foc, развиваемым магнитоэлектрическим преобразователем, состоя-

щим из стержневого постоянного магнита 8 с П-образным магнито-

проводом, в зазоре которого расположена катушка 7, жестко закреп-

ленная на рычаге 9. Обмотка рамки соединена с выходом электрон-

ного усилителя 6. При изменении значения F равновесие рычажной

системы нарушается, что приводит к перемещению рычага 1 и укреп-

ленного на нем сердечника 4 из магнитомягкого материала. Переме-

щение сердечника 4 преобразуется индикатором перемещения 5 в

электрический сигнал, поступающий на вход электронного усилите-

ля 6, который его усиливает и преобразует в ток /ВЬ1Х, подаваемый в

линию связи и на вход магнитоэлектрического элемента обратной

связи. При протекании тока /вых по катушке 7 элемента обратной свя-

зи формируется усилие обратной связи Foc

где В — магнитная индукция; I — средняя длина витка катушки;

n — число витков катушки. Перемещение рычага 1 под действием

усилий F и Foc происходит до тех пор, пока не наступит состояние

равновесия:

где l₁ и 1г — плечи рычагов соответственно от точки действия силы F

до неподвижной опоры и от точки действия силы Foc (подвижная

опора 2) до неподвижной опоры.

В состоянии равновесия выходной сигнал преобразователя

«сила—ток» связан с измеряемым усилием F зависимостью

Таким образом, постоянный ток /вых пропорционален усилию F,

а следовательно, и значению измеряемой физической величины. На-

стройка преобразователя на заданный предел измерения осуществля-

ется перемещением подвижной опоры 2. Начальное значение вы-

ходного сигнала преобразователя устанавливается натяжением пру-

жины 3 (корректора нуля).

Пневмосиловой преобразователь ГСП (рис. 9.2) преобразует уси-

лие, развиваемое измерительным устройством ИУ, в пневматический

сигнал. Измеряемая физическая величина (давление, температура,

расход и др.) преобразуется в измерительном устройстве ИУ в про-

порциональное усилие F, которое воздействует на рычаг 1 и связан-

ную с ним заслонку 4. Если заслонка прикрывает неподвижное

сопло 5, что соответствует увеличению силы F, то давление Р0 в

пневмоусилителе 6 увеличивается (при полностью закрытой заслон-

ке давление Р0 равно давлению питания Рпит). Воздух под этим дав-

лением поступает в сильфон обратной связи 7 и является выходным

сигналом Рвык преобразователя. Усилие обратной связи Foc через ры-

чаг 8 передается рычагу 1 и уравновешивает усилие F, воспринимае-

мое рычагом 1 от измерительного устройства ИУ. Таким образом,

положение заслонки 4 относительно сопла 5 и давление Рвых в про-

цессе измерения в каждый момент соответствует значению измеряе-

мой физической величины. При минимальном усилии F заслонка

полностью открывает сопло, полость пневмоусилителя сообщается с

атмосферой и давление Р{) становится равным барометрическому

давлению.

Пределы измерения входного усилия F настраиваются перемеще-

нием подвижной опоры 2. Начальное значение выходного сигнала

Р,шх устанавливается натяжением пружины 3 (корректора нуля).

Для состояния равновесия рычага 1 можно записать

где F, Foc — усилия, развиваемые измерительным устройством ИУ и

сильфоном обратной связи /соответственно; l₁, l2 — плечи этих уси-

лий. Усилие Fnc может быть выражено как

где Рвых — давление выхода; Sэф— эффективная площадь сильфона

обратной связи 7.

Тогда давление выхода может быть представлено как

Диапазон изменения унифицированного пневматического сигна-

ла составляет 0,02 ... 0,1 МПа, поэтому при F= 0 с помощью натяже-

ния пружины 3 (корректора нуля) производится настройка нулевого

сигнала преобразователя. С учетом этой настройки окончательное

выражение для статической характеристики имеет вид

В пневмосиловом преобразователе можно изменять диапазон пре-

образования в пределах ± (10—20) % за счет изменения соотношения

l₁ / l₂ в результате перемещения точки опоры 2.