Динамические характеристики пневматических приборов

Основными характеристиками динамических свойств пневматических приборов являются время срабатывания и амплитудно-частотная характеристика.

Время срабатывания – это интервал времени, необходимый для стабилизации давления и расхода воздуха в приборе, а также положения чувствительного элемента и указателя прибора с момента установления определенного измерительного зазора.

Амплитудно-частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды колебаний чувствительного элемента и указателя прибора от частоты изменения синусоидального изменяющегося размера.

При установке детали на измерительную позицию скачком изменяется площадь проходного сечения измерительного зазора, В соответствии с новой площадью зазора устанавливается новый расход воздуха через него. Если новый зазор меньше первоначального, то расход воздуха, протекающего через измерительный зазор, уменьшается, что приводит к увеличению массы воздуха в измерительной камере и, следовательно, к увеличению давления в ней. Такое увеличение давления происходит до тех пор, пока оно не достигнет значения, соответствующего равновесным расходам воздуха, протекающего через измерительное и входное сопла.

Перемещение указательного органа прибора происходит также одновременно с изменением давления в измерительной камере. В существующих приборах это давление изменяется в течение длительного времени (не меньше 0,3–0,5 с). А инерционность механических преобразователей давления, электромагнитных реле не превышает нескольких сотых секунды. Поэтому основным показателем времени срабатывания пневматических приборов является время изменения давления в измерительной камере, т. е. время заполнения или опустошения камеры, которое зависит от ее объема, а также от изменения этого объема в процессе срабатывания, от диаметра входного сопла, измерительного зазора и рабочего давления.

Объем измерительной камеры, как и рабочее давление, определяет количество воздуха, находящегося в измерительной камере за время срабатывания, поэтому последнее возрастает с увеличением объема измерительной камеры. У большинства пневматических приборов этот объем составляет 20–100 см³.

Увеличение площади отверстия входного сопла приводит к уменьшению времени срабатывания прибора. Как показывают расчеты и эксперименты, время стабилизации измерительного давления обратно пропорционально площади проходного сечения входного сопла.

Увеличение рабочего давления сопровождается при прочих равных условиях возрастанием времени срабатывания.

Экспериментально установлено, что время срабатывания t является непрерывной функцией измерительного зазора Z, достигающей максимума при измерительном зазоре, соответствующем точке наибольшей чувствительности K_z. Эта точка находится приблизительно в середине прямолинейного участка характеристики p = φ(Z). На краях прямолинейного участка характеристики время срабатывания уменьшается на 10–20%.

Для определения времени срабатывания приборов с упругими чувствительными элементами пользуются экспериментальными данными, которые приведены в табл. 14. Данные табл. 14 относятся к объему измерительной камеры V = 106 см³. При расчете для объема V₁ время срабатывания изменяется в V₁/V раз.

Таблица 14

Время срабатывания приборов с упругими чувствительными элементами

(d₂ = 2 мм)

d1, мм	P, МПа	t, с		d1, мм	P, МПа	t, с
0,50	0,05 0,10 0,15 0,20	5,0 6,5 9,4 11,0		1,00	0,05 0,10 0,15 0,20	1,7 2,6 2,9 3,4
0,60	0,05 0,10 0,15 0,20	3,6 4,9 6,8 7,5		1,20	0,05 0,10 0,15 0,20	1,2 1,7 2,2 2,4
0,70	0,05 0,10 0,15 0,20	3,2 4,4 5,4 6,3		1,50	0,05 0,10 0,15 0,20	0,8 1,1 1,6 1,7
0,80	0,05 0,10 0,15 0,20	2,8 4,1 4,4 4,8

При непрерывном автоматическом контроле овальности или огранки в процессе вращения детали регистрацию овальности или огранки можно начинать только по истечении времени срабатывания, а при назначении угловой скорости необходимо учитывать амплитудно-частотную характеристику прибора.

При контроле овальности или огранки детали в процессе ее вращения динамическая амплитуда движения чувствительного элемента прибора A_дин меньше статической A_ст.

Разность A_ст – A_дин тем больше, чем выше частота колебания контролируемого размера. Если бы настройку прибора проводили в статических условиях, то при контроле возникла бы систематическая погрешность, определяемая указанной разностью амплитуд.

Систематическую погрешность исключают путем настройки прибора при тех же числах оборотов, при которых проводят контроль. Если стремиться к повышению производительности контроля путем увеличения числа оборотов детали, то относительная погрешность прибора при уменьшении A_дин/A_ст возрастает обратно пропорционально этой величине. Это обусловлено тем, что допуск на форму обычно невелик и часто составляет 0,002–0,003 мм; кроме того, с целью повышения быстродействия прибора стремятся использовать входные сопла с возможно большими отверстиями, что приводит к снижению чувствительности прибора, а следовательно, к уменьшению A_ст, Крайне малая амплитуда A_дин становится соизмеримой с порогом чувствительности прибора. Качественная зависимость времени срабатывания и амплитудно-частотной характеристики от диаметра отверстия входного сопла, измерительного зазора, рабочего давления и объема измерительной камеры не изменяется.

На основе опыта конструирования пневматических приборов рекомендуется выбирать параметры пневматической измерительной схемы и числа оборотов детали такими, чтобы

Практически это условие выполнимо при

На основе большого числа экспериментальных кривых (n – частота колебаний контролируемого параметра) получено следующее эмпирическое уравнение:

где n – число периодов в минуту синусоидального изменяющегося размера; выражение справедливо при n<300;

b – коэффициент, зависящий от параметров пневматической измерительной схемы. В табл. 15 приведены его экспериментальные значения при d₂ = 2 мм.

Таблица 15

Экспериментальные значения коэффициента (d₂ = 2 мм)

d1, мм	P, МПа	b		d1, мм	P, МПа	b
0,70	0,05 0,10 0,15 0,20	0,00393 0,00551 0,00618 0,00686		1,20	0,05 0,10 0,15 0,20	0,00067 0,00108 0,00131 0,00151
0,80	0,05 0,10 0,15 0,20	0,00212 0,00375 0,00502		1,50	0,05 0,10 0,15 0,20	0,00039 0,00053 0,00064 0,00075
1,00	0,05 0,10 0,15 0,20	0,00133 0,00195 0,00258 0,00320

9. Расчет метрологических характеристик средств измерений.