Датчики температуры. лабораторная номер 4 автоматика. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования морской государственный университет
 Скачать 4.61 Mb.
|
 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени адмирала Г.И. Невельского (МГУ им. адм. Г.И.Невельского) Судомеханический факультет Кафедра эксплуатации автоматизированных судовых энергетических установок Лабораторная работа №4 УСИЛИТЕЛИ РЕГУЛЯТОРОВ Проверил преподаватель Чемодаков А.Л. Выполнил курсант 02.41 группы Овчинников. Владивосток 2022 г. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ Основной функцией регулятора является поддержание заданного значения регулируемого параметра путем воздействия на регулирующий орган (клапан, заслонку, топливную рейку и т. д.) объекта регулирования. В зависимости от того, какой элемент регулятора вырабатывает регулирующее воздействие, они делятся на регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия непосредственно измеритель перемещает регулирующий орган. Такие регуляторы отличаются простотой конструкции, однако не могут развивать значительное перестановочное усилие. Регуляторы непрямого действия имеют в своем составе усилитель (преобразователь), который за счет подвода к нему дополнительной энергии способен вырабатывать регулирующее воздействие необходимой величины и обеспечивать перемещение регулирующего органа с высокой скоростью. В зависимости от вида подводимой энергии усилители делятся на: гидравлические, использующие энергию рабочей жидкости (масла, воды, топлива); пневматические, работающие на сжатом воздухе; электрические (электронные), использующие электрическую энергию; комбинированные, использующие несколько видов энергии. По количеству ступеней усиления различают: одноступенчатые усилители; двухступенчатые усилители; трехступенчатые усилители Усилитель состоит из управляющего устройства и исполнительного устройства (сервомотора) (Рис. 1). Эти два элемента образуют одну ступень усилитель. Такой усилитель называется одноступенчатым Управляющее устройство, в зависимости от величины входного сигнала, направляет рабочую среду в исполнительное устройство, где и происходит усиление сигнала и преобразование в необходимый вид (обычно перемещение). Выходной сигнал используется как регулирующее воздействие  Для получения мощного выходного сигнала (регулирующего воздействия) используют усилители с несколькими ступенями усиления. Они называются двух-, трех-, многоступенчатыми. В этом случае выходной сигнал одной ступени является входным сигналом другой (Рис. 2).  ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ В гидравлических усилителях для преобразования и усиления сигнала используется потенциальная энергия рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости наибольшее распространение имеют масла (минеральные и синтетические), реже применяется вода (обычно в котельной автоматике) и топливо. Коэффициент усиления усилителя определяет величину изменения сигнала и зависит от давления рабочей среды и размеров исполнительного устройства. В зависимости от типа управляющего устройства гидравлические усилители делятся на золотниковые и струйные. По конструкции управляющего устройства золотниковые усилители подразделяются на усилители с отсечным и проточным (дроссельным) золотником. Струйные – на усилители со струйной трубкой и с заслонкой (Рис. 4).  ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ С ОТСЕЧНЫМ ЗОЛОТНИКОМ Особенностью отсечного золотника является то, что в нейтральном положении плунжера, его пояски перекрывают каналы подачи жидкости к сервомотору. Движение жидкости через золотник отсутствует (либо минимально из-за протечек). При перемещении плунжера окна во втулке золотника открываются, и жидкость поступает через канал к сервомотору, что вызывает его перемещение. Гидравлический усилитель с отсечным золотником и сервомотором двустороннего действия. В исходном состоянии (Рис. 6а) пояски плунжера перекрывают окна подачи рабочей жидкости к сервомотору. Жидкость в полостях сервомотора заперта и, соответственно, поршень 4 зафиксирован. При перемещении  плунжера, пояски 7 и 6 открывают окна, сообщая полости сервомотора через каналы 2 и 5 с напорной и сливной полостями золотника. Под действием разности давлений поршень 4 начинает перемещаться. Например, при перемещении плунжера вверх (Рис. 6б) поршневая (верхняя) полость сервомотора через канал 2 сообщится с напорной полостью золотника. Штоковая (нижняя) полость сервомотора через канал 5 сообщится с нижней сливной полостью золотника. Рабочая жидкость, поступая под давлением в поршневую полость сервомотора, вызовет его перемещение вниз. Жидкость из штоковой полости будет вытесняться через канал 5 и сливную полость сервомотора в бак рабочей жидкости (на рисунке не показан). Для остановки поршня необходимо переместить плунжер в исходное состояние. Гидравлический усилитель c отсечным золотником и сервомотором с дифференциальным поршнем.  На рис. 7 показано исходное состояние усилителя. Поясок 7 плунжера золотника перекрывает окно подачи рабочей жидкости в нижнюю поршневую полость сервомотора, тем самым, запирая там жидкость. Поэтому пор- 10 шень 5 неподвижен, несмотря на то, что верхняя полость сервомотора находится под давлением. При перемещении плунжера вниз, нижняя полость сервомотора сообщится через канал 6 с напорной полостью золотника. Давления в обеих полостях сервомотора будут одинаковыми. Из-за разных площадей поршня, усилие, создаваемое давлением в поршневой полости, будет больше, чем усилие от давления в штоковой полости. Поршень 5 начнет двигаться вверх. В случае перемещения штока плунжера 1 вверх канал 6 сообщится с нижней сливной полостью золотника, тем самым, давая возможность вытекать рабочей жидкости из нижней полости сервомотора. Поршень 5 начнет опускаться под действием давления в верхней полости Гидравлический усилитель с отсечным золотником и сервомотором одностороннего действия В исходном состоянии поясок 6 плунжера перекрывает окно подачи жидкости к сервомотору, запирая тем самым жидкость в рабочей (поршневой) полости сервомотора. Перемещение плунжера золотника вверх открывает окно и сообщает канал 5 со сливной полостью золотника. Поршень 4 под действием пружины движется вниз, вытесняя жидкость из нижней полости. Усилие, вырабатываемое сервомотор при движении поршня в этом направлении, определяется силой упругости пружины 3 и не зависит от давления рабочей жидкости. Смещение плунжера золотника вниз сообщит рабочую полость сервомотора с напорной (верхней) полостью золотника. Поршень сервомотора под действием рабочей жидкости начнет двигаться вверх, преодолевая действие пружины 3. Усилие, развиваемое поршнем, будет зависеть от давления рабочей жидкости  Гидравлический усилитель с отсечным золотником и двухцилиндровым сервомотором Усилитель отличается от предыдущего конструкцией исполнительного устройство, которое состоит из двух цилиндров разного диаметра 2, 7, поршни которых соединены общим штоком 4. Шток через рычаг поворачивает выходной вал 5. Рабочая среда подводится в управляющий золотник 10 и рабочую полость цилиндра с меньшим диаметром 2. Полость второго цилиндра (с большим диаметром) 7 через канал 8 соединена с управляющим золотником 10. В исходном состоянии поясок 9 плунжера перекрывает окно канала 8. Перемещение плунжера вниз сообщит канал 8 с напорной (верхней) полостью золотника 10. Рабочие полости обоих цилиндров окажутся под одинаковым давлением (давлением рабочей среды). Однако, из-за разных размеров цилиндров, усилие на нижнем поршне 6 будет больше усилия, развиваемого на верхнем 3, что вызовет их перемещение вверх. Выходной вал начнет поворачиваться по часовой стрелке. При обратном движении плунжера (вверх) полость нижнего цилиндра 7 сообщится со сливной полостью золотника. Откроется выход рабочей жид- 12 кости из полости нижнего цилиндра на слив. Под действием давления рабочей среды в верхнем цилиндре 2 поршни будут опускаться, поворачивая выходной вал 5 против часовой стрелки. Таким образом, движение поршней вверх обуславливается неравенством их площадей, а перемещение вниз – разностью давлений в рабочих полостях  . ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ С ПРОТОЧНЫМ ЗОЛОТНИКОМ Особенностью проточного, или дроссельного, золотника (Рис. 10) является постоянное движение жидкости через него. Полного перекрытия потока никогда не происходит. Сливное отверстие 3 втулки 2 золотника имеет значительную высоту и, соответственно, площадь. Рабочий поясок 6 плунжера лишь частично перекрывает его. Окно подвода рабочей жидкости 5 всегда полностью открыто. При перемещении плунжера 1 изменяется площадь проходного сечения сливного окно, что изменяет количество сливаемой жидкости. Это приводит к изменению давления в рабочей полости золотника, образованной поясками 4 и 6, что и является выходным сигналом. Например, поднятие плунжера увеличивает проходное сечения окна 3, тем самым, увеличивая количество сливаемой рабочей жидкости. Соответственно давление в рабочей полости золотника понижается. Проточный золотник обычно используется в паре с поршневым сервомотором одностороннего действия, у которого движение под действием рабочей среды осуществляется только в одну сторону. Обратное перемещение выполняется усилием возвращающей пружины Гидравлический усилитель с проточным (дроссельным) золотником. В исходном положении рабочий поясок 6 плунжера частично перекрывает сливное окно 7 (площадь проходного сечения составляет примерно 50 % от максимального). При этом количестве сливаемой жидкости давление в полости сервомотора, соответствующее давлению в полости золотника, создает усилие на поршень, равное усилию от пружины 3. Поршень неподвижен. При смещении плунжера золотника изменяется количество сливаемой жидкости. Это приводит к изменению давления в золотнике, канале 5 и полости сервомотора. Баланс сил на поршне 4 сервомотора нарушается и поршень перемещается. Например, при перемещении плунжера вверх, расход через сливное окно 7 увеличивается, давление в полости золотника, канале 5 и полости сервомотора уменьшается, и поршень 4 под действием пружины 3 движется вниз. Максимальное усилие, создаваемое при этом, будет определяться упругостью пружины  Двухступенчатый гидравлический усилитель с отсечными золотниками. Отсечной золотник 1 с поршневым сервомотор одностороннего действия 2 образуют первую ступень усиления. Вторая ступень состоит из золотника 7 и поршневого сервомотора двустороннего действия 12 с дифференциальным поршнем. Его правая (штоковая) полость всегда находится под рабочим давлением. Рычаги, соединяющие выходной вал 9 усилителя со штоком золотника 7 образуют отрицательную обратную связь, обеспечивающую пропорциональную зависимость между перемещениями плунжера золотника и штоком сервомотора второй ступени усиления  Двухступенчатый гидравлический усилитель с проточным и отсечным золотниками В исходном состоянии (показано на рисунке) положение рабочего пояска 11 плунжера создает баланс сил от давления жидкости и пружины на плунжере золотника 1. Пояски 12 и 13 перекрывают каналы подачи жидкости 3 и 6 к полостям сервомотора 4. Поршень 5 сервомотора неподвижен. Смещение плунжера и, соответственно, его пояска 11 изменяет количество сливаемой жидкости через окно 10, что приводит к изменению давление в полости золотника 9, канале 8 и нижней полости золотника 1. Баланс сил нарушается, и плунжер золотника смещается. Рабочие пояски 12, 13 открывают каналы 6 и 3, сообщая одну из полостей сервомотора 4 со сливной, а другую – с напорной полостью золотника 1. Под действием разности давлений в полостях сервомотора поршень 5 начинает двигаться. Такая схема обеспечивает высокую чувствительность к входному сигналу, при обеспечении значительного коэффициента усиления.  СТРУЙНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ. Действие струйных усилителей основано на преобразовании кинетической энергии струи рабочей жидкости в потенциальную энергию давления. Преимуществом таких усилителей перед золотниковыми является более высокая чувствительность. Однако они имеют меньший коэффициент усиления и не обеспечивают хорошую фиксацию исполнительного устройства. В качестве рабочей жидкости помимо масел может применяться вода (в котельной автоматике) и топливо (в автоматике топливных систем). Наибольшее распространение имеют усилители со струйной трубкой и усилители с заслонкой (струйные реле). Гидравлический усилитель со струйной трубкой. Усилитель работает следующим образом. При отсутствии управляющего сигнала (поворота входного вала 2) трубка 3 занимает нейтральное вертикальное положение. Вытекающая из трубки струя в одинаковой мере накрывает оба приемных отверстия. Поэтому давления в обоих каналах равны и поршень 6 сервомотора неподвижен. При повороте вала 2 конец трубки 3 смещается к одному из приемных отверстий. Большая часть струи поступает в одно из отверстий, вызывая увеличение давления в соответствующем канале и снижение в другом. Разные давления в полостях сервомотора вызывают движение поршня 6 в сторону меньшего. Во время работы устройства его корпус на треть заполнен рабочей жидкостью, что не допускает попадание воздуха в каналы и полости гидроцилиндра.  Струйный усилитель с заслонкой. В исходном состоянии оба отверстия перекрыты на одинаковую величину, поэтому давления в каналах 3, 6 одинаковы и поршень 5 неподвижен. Поворот входного вала 1 в любую из сторон приводит к горизонтальному смещению заслонки. Одно из приемных отверстий перекрывается в большей степени, чем другое. В перекрытом канале давление понижается, а в другом – повышается. Под действием разности давлений в полостях сервомотора поршень 5 начинает перемещаться, развивая необходимое перестановочное усилие на штоке сервомотора 4.  ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ. В пневматических усилителях в качестве рабочей среды используется сжатый воздух (рабочее давление до 6 бар). Простота получения и подготовки рабочей среды, высокая чувствительность обеспечили широкое их применение в технике. Недостатком пневмоусилителей является невысокий коэффициент усиления, поэтому наибольшее распространение нашли многоступенчатые схемы. В зависимости от конструкции управляющего устройства они подразделяются на золотниковые, клапанные и усилители типа «сопло-заслонка». В качестве исполнительного устройства применяют поршневые, мембранные и сильфонные сервомоторы одно- и двухстороннего действия. 22 Конструкция и принцип действия золотниковых пневматических усилителей аналогичны золотниковым гидравлическим, поэтому рассматриваться не будут. . КЛАПАННЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ. Управляющее устройство усилителей этого типа представляет собой клапан с одинарным (Рис. 16) или двойным (Рис. 19) запорным элементом. При его перемещении изменяется давление в рабочей полости, что приводит к движению исполнительное устройство. Пневматический усилитель клапанного типа. При перемещение штока 7 запорного элемента 1, количество воздуха, поступающего из полости В, будет отличаться от количество, выходящего в полость А, что приведет к изменению давления в полости Б. В свою очередь нарушится баланс сил на мембране 6, которая начнет перемещаться. Перестановочное усилие на штоке 4 будет определяться величиной изменения давления и упругостью пружины 5. Например, при перемещении штока 7 влево, запорный элемент 1 прикроет отверстие в полость А и увеличит проход для воздуха, поступающего из полости В. Давление в полости Б начнет возрастать. Это приведет к увеличению давления в рабочей полости сервомотора 3, под действием которого мембрана 6 начнет перемещаться вниз.  Одноступенчатый усилитель типа «сопло – заслонка» Элементы устройство изображены на рисунке в исходном состоянии. Заслонка 1 неподвижна. Зазор между ней и соплом таков, что давление в сопле и, соответственно, в верхней полости сервомотора создает усилие на мембране, равное усилию от пружины 6. При перемещении заслонки в сторону сопла, выход воздуха в атмосферу уменьшается, что вызывает увеличение давления в сопле и в верхней полости сервомотора. Баланс сил на мембране 7 нарушается и под действием увеличившегося усилия от давления мембрана движется вниз, перемещая выходной шток 5. Перемещение заслонки от сопла увеличивает зазор между ними. Расход воздуха в атмосферу увеличивается, давление в сопле и в верхней поло- 25 сти сервомотора 4 снижается. Усилие, действующее на мембрану 7 сверху, уменьшается и под действием пружины мембрана перемещается вверх.  МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ. Одноступенчатый пневматический усилитель не способен создать значительное перестановочное усилие. Поэтому в пневматических регуляторах, обычно, используют двух- или трехступенчатые усилители. В качестве первой ступени, из-за высокой чувствительности, применяют «сопло – заслонка», а во второй и третьей ступени – золотниковые и клапанные управляющие устройства, способные вместе с исполнительным устройством развивать большее усилие на выходе. Двухступенчатый пневматический усилитель регулятора температуры «Плайгер»  Пневматический двухступенчатый усилитель. Первая ступень усилителя представляет собой устройство «сопло – заслонка» и состоит из мембранной коробки 1 с мембраной 2 и сопла 13, установленногов нижней полости (А) коробки (Рис. 20). В эту полость через дроссель 3 подводится рабочий воздух и выпускается в атмосферу через сопло 13. Количество выходящего воздуха зависит от положения жесткого центра мембраны 2, который выполняет роль заслонки сопла. Давление из полости А по каналу передается во вторую ступень усилителя. Устройство управления второй ступени – клапанного типа. Внутреннее пространство устойства разбито на приемную камеру Б, рабочую полость Г и камеру Д, куда подводится рабочий воздух. Мембранный блок образован двумя мембранами 10 с общим жестким центром 11. Внутренняя полость блока сообщается с атмосферой. В камере Г находится сдвоенный клапан 9. Своими двумя посадочными конусными поверхностями он перекрывает отверстие в жестком центре 11 мембранного блока и отверстие, сообщающее 28 камеры Г и Д. Давление в камере Г зависит от положения клапана 9, которое определяется давлением в полости Б и усилием пружины  Многоступенчатый пневматический усилитель. Усилитель состоит из трех ступеней усиления. Первая ступень состоит из плоской заслонки 10 и сопла 9, в которое через дроссель 11 подается рабочий воздух. Сопло соединено каналом с полостью В управляющего устройства второй ступени 6. Полость В образована двумя сильфонами 7, имеющими общее донышко. Полость Г в сильфоне меньшего диаметра связана с атмосферой. Также в корпусе устройства 6 имеется рабочая камера Б и камера подвода воздуха А. Сдвоенный подпружиненный клапан 8 перекрывает отверстия, сообщающие между собой камеры А, Б и Г. Рабочая полость Б соединена трубопроводом с приемной полостью Д управляющего устройства третьей ступени 3 (усилителя мощности). Устройство 3 также клапанного типа с мембранным блоком и сдвоенным клапаном 1. Мембранный блок состоит из двух мембран разной площади 4 с общим жестким центром 5. Полость между мембранами 4 сообщается с атмосферой. Сдвоеннй клапан 1 перекрывает отверстия, сообщающие рабочую полость Е с камерой подвода воздуха Ж и полостью в мембранном блоке. Камера Е связана трубопроводом с рабочей полостью мембранного сервомотора 12.  |