氣動(dòng)課件 第五章氣氣動(dòng)轉(zhuǎn)換元件及比例閥

第5章氣動(dòng)轉(zhuǎn)換元件及比例閥

§5-1

氣動(dòng)傳感器§5-2

轉(zhuǎn)換器§5-3

氣動(dòng)放大器§5-4

氣動(dòng)變送器§5-5

氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)§5-6

氣動(dòng)比例閥§5-7

氣動(dòng)比例控制系統(tǒng)

燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－1氣動(dòng)傳感器

氣動(dòng)傳感器的工作原理是根據(jù)流場(chǎng)的變化，即利用流場(chǎng)中流體流速和壓力的改變，使傳感器輸出相應(yīng)的變化信號(hào)。常用的氣動(dòng)傳感器有背壓式傳感器和遮斷式傳感器兩種。背壓式傳感器是利用噴嘴—擋板結(jié)構(gòu)原理、描述流量和壓力的變化規(guī)律。遮斷式傳感器是根據(jù)層流和紊流的不同流場(chǎng)情況，輸出相應(yīng)的不同壓力信號(hào)。為了能適應(yīng)更多的測(cè)量場(chǎng)合，配合計(jì)算裝置，實(shí)現(xiàn)后續(xù)系統(tǒng)的各種要求。一般要求傳感器應(yīng)有足夠的靈敏度、精確度和有較強(qiáng)的抗干擾能力。燕山大學(xué)吳曉明教授主講氣動(dòng)變送單元---氣動(dòng)傳感器

氣動(dòng)傳感器不接觸檢測(cè)元件，利用氣流在流動(dòng)中所呈現(xiàn)的各種物理特性來(lái)測(cè)量各種物理量。可檢測(cè)尺寸精度、定位精度、記數(shù)、糾偏、測(cè)距、液位控制、判斷有無(wú)、工件尺寸分選、物料檢測(cè)等，尤其在檢測(cè)位置尺寸方面顯示出極大優(yōu)越性。按工作原理分：背壓式傳感器反射式傳感器遮斷式傳感器渦流式傳感器、射流偏轉(zhuǎn)式傳感器、氣聲傳感器等燕山大學(xué)吳曉明教授主講一、噴嘴－擋板式氣動(dòng)傳感器圖5－1噴嘴擋板式位移傳感器及其特性曲線燕山大學(xué)吳曉明教授主講

背壓式傳感器工作原理：它利用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的變節(jié)流原理工作，由噴嘴擋板、固定節(jié)流口、背壓室組成。輸出壓力為pc。當(dāng)x=0時(shí)傳感器輸出最大，pc=ps；當(dāng)x增加時(shí)，輸出壓力pc減小，當(dāng)x=D/4時(shí)，傳感器輸出壓力等于大氣壓。在x≤D/4以內(nèi)，特性曲線線性度較好，靈敏度高。（一般噴嘴為0.8~2.5mm，固定節(jié)流口約0.4mm）

應(yīng)用對(duì)物體的位移變化極為敏感，能分辨0.1μm微小距離變化，測(cè)量范圍在15μm左右，用于檢測(cè)零件尺寸、孔徑同心度、橢圓度等。燕山大學(xué)吳曉明教授主講背壓p與擋板距離x之間的關(guān)系(1)當(dāng)擋板完全靠上噴嘴時(shí)，此時(shí)x＝0，p達(dá)到最大值(p＝ps)。隨距離x的加大，背壓P逐漸下降，而當(dāng)x達(dá)到某一定值時(shí)，即流體流經(jīng)噴嘴和擋板間的環(huán)狀間隙的流通面積等于噴嘴內(nèi)徑面積時(shí)，再增大x值已對(duì)p影響不大，這時(shí)x可按下式求出：

x＝D／4(2)當(dāng)D／d＝ξ較大時(shí)，特性曲線較陡，靈敏度較高，而當(dāng)ξ較小時(shí)，特性曲線較平坦，靈敏度較低。但當(dāng)擋板全開(kāi)時(shí)，即x≥D／4時(shí)，p值達(dá)不到零值，這是由于噴嘴對(duì)氣流阻力作用所造成的。

燕山大學(xué)吳曉明教授主講(3)當(dāng)流量系數(shù)c1＝c2時(shí)，由式(5—1)可得當(dāng)

x／D＝0.144(d／D)2

時(shí)，噴嘴－擋板式傳感器具有最高的靈敏度，即在特性曲線上斜率最大，此時(shí)p＝0.75Ps。由上述分析可知，噴嘴—擋板式傳感器實(shí)際上是位移—壓力轉(zhuǎn)換元件，當(dāng)改變噴嘴和擋板之間距離x，可得變化的輸出壓力p。在設(shè)計(jì)噴嘴—擋板傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)靈敏度，耗氣量，信號(hào)壓力等要求適當(dāng)加以選擇。燕山大學(xué)吳曉明教授主講噴射式背壓傳感器圖5—2噴射式背壓傳感器及其特性曲線

圖5—2(a)為一種噴射式背壓傳感器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：直徑為d1的節(jié)流孔之后有一段直徑為d2(d2＞d1)的同心孔道，當(dāng)氣流由d1經(jīng)空腔射向孔d2再由噴嘴D噴出時(shí)，由于空腔內(nèi)氣流的卷吸作用而產(chǎn)生負(fù)壓，從而改善了其特性。這種傳感器的特性曲線示于圖5—2(b)上，其靈敏度和線性度較典型的噴嘴—擋板式傳感器，因此常用于位置和尺寸測(cè)量。燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、反射式傳感器

反射式傳感器基本結(jié)構(gòu)如圖5—3所示，其工作原理為：擋板(或被測(cè)對(duì)象)將氣流反射到中間輸管，根據(jù)反射回來(lái)的氣壓變化以判斷被測(cè)對(duì)象的距離或存在。無(wú)擋板存在時(shí)，噴嘴出口處有低壓旋渦區(qū)。擋板靠近時(shí)，氣流被擋板反射回來(lái)，進(jìn)入中間輸出管輸出。反射式傳感器有多種形式，其測(cè)量距離較背壓式傳感器大，特性曲線的線性度也較好，抗干擾能力強(qiáng)。適當(dāng)?shù)剡x擇其結(jié)構(gòu)尺寸，可得到較好的開(kāi)關(guān)特性，常用于數(shù)字輸出。燕山大學(xué)吳曉明教授主講反射式傳感器工作原理它也是利用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的變節(jié)流原理工作，由同心的圓環(huán)狀發(fā)射管和接收管（輸出管）組成。當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)噴嘴和信號(hào)輸出通道形成的環(huán)行通道射出時(shí)，在噴嘴上方形成一個(gè)旋渦，并對(duì)輸出管中氣體產(chǎn)生引射作用，輸出壓力pc降低。當(dāng)被測(cè)物接近噴嘴時(shí)，漩渦不能形成，氣體反而要流入輸出管，輸出壓力pc升高。

應(yīng)用測(cè)量距離大，最大檢測(cè)距離在5mm左右。適合測(cè)定x≈D處的物體，并可測(cè)量以每秒1200次通過(guò)的物體。能分辨0.03mm的微小距離的變化。燕山大學(xué)吳曉明教授主講三、動(dòng)量交換式傳感器圖5—4為用動(dòng)量交換原理測(cè)量氣體流速的方法。它由發(fā)射噴嘴和接收噴嘴組成。當(dāng)由發(fā)射噴嘴噴射出來(lái)的紊流射流在沒(méi)有外界氣流干擾時(shí)，兩個(gè)接收噴嘴所接受到的氣流相等．此時(shí)，二者的壓力差Δp＝0，而當(dāng)外界氣流(被測(cè)氣流)干擾時(shí)，使紊流射流發(fā)生偏轉(zhuǎn)(如虛線所示)，兩個(gè)接收噴嘴產(chǎn)生了壓差信號(hào)Δp

，干擾流速越大，其偏轉(zhuǎn)越嚴(yán)重，偏差壓力Δp越大，用這種方法能測(cè)出其他方法無(wú)法測(cè)量的極慢的氣流流動(dòng)。燕山大學(xué)吳曉明教授主講動(dòng)量交換原理測(cè)量流速測(cè)量物體示意圖

燕山大學(xué)吳曉明教授主講四、遮斷式傳感器

當(dāng)發(fā)射管細(xì)長(zhǎng)且內(nèi)壁光滑，氣源壓力較低時(shí)，氣流在管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)為層流流動(dòng)，并保持層流流動(dòng)射出發(fā)射管。在其同心軸線上裝有接收管，可接收到高壓力的恢復(fù)氣流。層流流動(dòng)在干擾的作用下，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定，因此，在進(jìn)行物體測(cè)量時(shí)，具有很高的靈敏度，亦即很小的物體位置變化就能得到很大的輸出壓力變化信號(hào)。燕山大學(xué)吳曉明教授主講遮斷式傳感器工作原理

由發(fā)射管和接受管兩部分組成。利用被測(cè)物體擋住發(fā)射管射出的氣流，使接收管壓力為零，來(lái)測(cè)量物體邊界位置。當(dāng)發(fā)射管輸出氣流為層流時(shí)，要求氣源壓力小于0.01MPa，而且流量較小，測(cè)量距離小于20mm，不能受外界干擾。若提高氣源壓力至0.6MPa，則測(cè)量距離可達(dá)70mm，不受外界干擾，但接收信號(hào)需要放大。應(yīng)用層流遮斷式傳感器檢測(cè)物體位置具有很高的靈敏度，檢測(cè)距離不得大于20mm。紊流遮斷式傳感器的檢測(cè)距離可加大，但耗氣量大，檢測(cè)靈敏度不及前者。燕山大學(xué)吳曉明教授主講防塵遮斷式傳感器燕山大學(xué)吳曉明教授主講防塵遮斷式傳感器圖5—7(a)為一種結(jié)合紊流和對(duì)沖放大器原理的壓力測(cè)量裝置，它可以防止灰塵污染。壓力為ps的氣流分成兩路，一路通發(fā)射管直接進(jìn)入空腔，形成層流流動(dòng)，另一路經(jīng)節(jié)流孔及文丘利管截面射入空腔，調(diào)節(jié)兩股射流，使在靠近后一股射流的出口處產(chǎn)生相互沖擊，此時(shí)文丘利管的后部有正壓p0輸出，灰塵不能進(jìn)入接收管，當(dāng)另一股控制射流(壓力為pc)射向靠近發(fā)射管的層流流速時(shí)，層流即變成紊流，使原先在接收管口處建立的沖擊面消失，輸出壓力下降?？刂茐毫c和輸出壓力p0之間的靜態(tài)特性如圖5—7(b)所示。燕山大學(xué)吳曉明教授主講遠(yuǎn)距離測(cè)量和帶鋼跑偏控制檢測(cè)燕山大學(xué)吳曉明教授主講五、超聲波式傳感器聲波發(fā)射器一般采用氣流沖擊尖劈一類的發(fā)聲器。圖5—11(a)是它的結(jié)構(gòu)示意圖，氣源經(jīng)過(guò)噴嘴形成射流沖擊在尖劈上，在尖劈的兩側(cè)形成方向相反、間距一定的渦流返回噴嘴方向，使原為直線的射流產(chǎn)生橫向波動(dòng)。其頻率決定于共振室的幾何形狀。共振室的長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的一半，即λ／2，射流方向與共振空垂直，尖劈有兩個(gè)，對(duì)射流振動(dòng)產(chǎn)生推挽作用。共振室的一端如被堵塞，可以增強(qiáng)單端發(fā)射聲波的強(qiáng)度。燕山大學(xué)吳曉明教授主講超聲波式傳感器燕山大學(xué)吳曉明教授主講超聲波式傳感器燕山大學(xué)吳曉明教授主講超聲波式傳感器氣源從輸入孔進(jìn)入，經(jīng)細(xì)長(zhǎng)管后形成一股拋物線形速度分布的層流附于相互作用室上壁，進(jìn)入輸出孔。在無(wú)干擾的情況下，輸出壓力較高。超聲波經(jīng)喇叭口輸入后，和發(fā)射噴管與相互作用室之間的射流相遇，形成紊流，并大部分從排氣孔排出。輸出壓力迅速下降。圖5－11(c)為接收器對(duì)超聲波頻率響應(yīng)特性曲線，圖中表明這一結(jié)構(gòu)形式的聲波接收器對(duì)頻率響應(yīng)是有選擇的，一般在50kHz左右最為敏感。故要求聲波發(fā)射器的輸出頻率應(yīng)在50kHz。燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－2轉(zhuǎn)換器一、氣－電轉(zhuǎn)換器氣—電轉(zhuǎn)換器是利用氣流信號(hào)來(lái)接通或關(guān)閉電路的控制元件，其功能是將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。氣—電轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)是氣信號(hào)，輸出信號(hào)是電信號(hào)。按照輸入氣流壓力的大小可分成低壓氣—電轉(zhuǎn)換器和高壓氣—電轉(zhuǎn)換器兩種。燕山大學(xué)吳曉明教授主講1）低壓氣－電轉(zhuǎn)換器低壓氣—電轉(zhuǎn)換器所接受的氣壓較低．一般小于0.1MPa，它通常被應(yīng)用于指示燈，顯示氣信號(hào)的存在。也可將輸出的電信號(hào)通過(guò)功率放大后帶動(dòng)其他的控制元件或電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖5—12為它的結(jié)構(gòu)原理圖，低壓氣—電轉(zhuǎn)換器是通過(guò)輸入壓力氣體使膜片變形，斷開(kāi)或接通電觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)氣—電轉(zhuǎn)換。燕山大學(xué)吳曉明教授主講2）高壓氣－電轉(zhuǎn)換器當(dāng)需輸入較高的氣壓信號(hào)(≥0.1MPa)才能動(dòng)作的氣—電轉(zhuǎn)換器稱為高壓氣－電轉(zhuǎn)換器，在系統(tǒng)中起信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用。圖5—13所示為一種高壓氣—電轉(zhuǎn)換器。當(dāng)氣信號(hào)輸入后，膜片受正壓而變形，推動(dòng)頂桿克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)。燕山大學(xué)吳曉明教授主講3）壓力繼電器壓力繼電器是一種信號(hào)壓力可調(diào)的高壓氣—電轉(zhuǎn)換器，在控制系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)工作氣壓高于或低于預(yù)定壓力值開(kāi)閉電觸點(diǎn)，輸出相應(yīng)電控信號(hào)，它不僅完成氣—電信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用，還起到了繼動(dòng)控制作用。燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、電－氣轉(zhuǎn)換器與氣—電轉(zhuǎn)換器相反，電－氣轉(zhuǎn)換器是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)的裝置。圖5—15所示為一種電－氣轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖，它是由電磁鐵和噴嘴－擋板機(jī)構(gòu)組成。線圈不通電時(shí)，由于彈性支承作用，銜鐵帶動(dòng)擋板離開(kāi)噴嘴，氣源來(lái)的氣體由噴嘴排向大氣。輸出端無(wú)氣體輸出。當(dāng)線圈通電時(shí)，銜鐵吸合橡皮擋板靠上噴嘴，由氣源來(lái)的氣體從輸口輸出，實(shí)現(xiàn)電—?dú)廪D(zhuǎn)換。它的功能猶如一個(gè)小型的電磁閥。燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－3氣動(dòng)放大器一、膜片式氣動(dòng)放大器圖5－16為膜片氣動(dòng)放大器工作原理圖，其工作原理是當(dāng)氣源進(jìn)入放大器后，一部分氣體進(jìn)入F室，另—部分氣體經(jīng)恒定節(jié)流孔進(jìn)入C室。當(dāng)A室無(wú)控制信號(hào)pc輸入時(shí)，進(jìn)入C室的氣體經(jīng)噴嘴流入B室再通過(guò)排氣孔a排向大氣，在F室內(nèi)的氣體壓力作用下，截止閥關(guān)閉，輸出口E無(wú)氣體輸出。當(dāng)控制信號(hào)pc輸入A室后，A、B空間的膜片在pc的作用下變形，堵住噴嘴，C室內(nèi)氣體不能排出，壓力隨之升高，達(dá)到一定壓力值時(shí)推動(dòng)C室下的膜片，打開(kāi)截止閥，接通p與E之間通道，高壓氣流從輸出口E輸出。當(dāng)控制信號(hào)壓力pc消失后，截止閥關(guān)閉，輸出口E與排氣口b接通排氣。燕山大學(xué)吳曉明教授主講膜片式氣動(dòng)放大器的燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、滑柱式氣動(dòng)放大器燕山大學(xué)吳曉明教授主講滑柱式雙控雙向氣動(dòng)放大器

圖5—l7是滑柱式雙控雙向氣動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)原理圖，它由膜片－噴嘴式放大器、二位五通滑閥構(gòu)成。這種氣動(dòng)放大器可以看成是一個(gè)微壓控制的二位五通氣動(dòng)控制閥。它的工作原理簡(jiǎn)述如下：壓力氣體由氣源輸入后分成兩路，一路直接輸出，另一路經(jīng)導(dǎo)氣孔6進(jìn)入滑柱中心通道，再經(jīng)滑柱兩端固定節(jié)流孔2，3進(jìn)入a腔和b。無(wú)控制信號(hào)時(shí)，a，b腔內(nèi)的氣體分別由噴嘴1，4噴出經(jīng)排氣孔排出。有控制信號(hào)pc假定作用于左端時(shí)，左端的膜片－噴嘴式放大器工作，a室內(nèi)的氣體壓力升高，推動(dòng)滑柱向右移動(dòng)，B口有壓力氣體輸出，A孔接通O口排氣。左端控制信號(hào)消失，a室內(nèi)壓力恢復(fù)原來(lái)的壓力并和b腔內(nèi)的壓力相等，滑柱保持不動(dòng)。當(dāng)右端有控制信號(hào)pc作用時(shí)，滑柱被推向左端，輸出換向。燕山大學(xué)吳曉明教授主講三、膜片—滑閥式氣動(dòng)放大器圖5—18為膜片—滑閥式氣動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)原理圖，在無(wú)控制信號(hào)pc輸入時(shí)，滑閥在彈簧力及自重的作用下，使輸出口p0與排氣孔相通，放大器無(wú)輸出。當(dāng)有控制信號(hào)pc輸入時(shí)，膜片在控制信號(hào)壓力pc的作用下，克服彈簧力、摩擦力及自重，使閥芯向上移動(dòng)，關(guān)閉輸出口p0與排氣口之間的通道，接通氣源與輸出口的通道，放大器輸出壓力氣體。圖5—18膜片—滑閥式氣動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)原理團(tuán)燕山大學(xué)吳曉明教授主講四、膜片式比例放大器燕山大學(xué)吳曉明教授主講五、對(duì)沖式放大器1、差壓對(duì)沖式放大器燕山大學(xué)吳曉明教授主講差壓對(duì)沖式放大器圖5—20(a)為差壓對(duì)沖式放大器工作原理圖，它是利用射流對(duì)沖原理實(shí)現(xiàn)比例放大。其工作原理簡(jiǎn)述如下：壓力為pl和p2兩股射流分別由噴嘴A及C射出，在氣室內(nèi)靠近B孔的附近互相沖擊，形成沖擊面輻射流場(chǎng)，沖擊面產(chǎn)生的位置和向外輻射的強(qiáng)度取決于兩股射流pl和p2之間的壓差。當(dāng)p2固定，增大p1時(shí)，沖擊面將向B孔方向移動(dòng)、匯集在右邊氣室內(nèi)的氣體壓力上升，輸出壓力p0增大。其特性曲線如圖5－20(b)所示。差壓對(duì)沖式放大器適用于pl和p2間微小差壓的放大，其線性度好，且無(wú)滯后，是氣動(dòng)傳感器和測(cè)量系統(tǒng)之間一種較好的放大器。燕山大學(xué)吳曉明教授主講2、等沖式放大器燕山大學(xué)吳曉明教授主講等沖式放大器當(dāng)放大器的控制信號(hào)壓力為零時(shí)，由l1，l2射出的層流流束因動(dòng)量相等，沖擊面處在中間位置而匯合于接收屏A的空腔中，經(jīng)輸出通道F流向負(fù)載，成為輸出。由于左右兩發(fā)射管射流出口至接收屏A的距離只有發(fā)射直徑的8～18倍，因而，流束進(jìn)入接收屏A之前，幾乎沒(méi)有散射現(xiàn)象產(chǎn)生，放大器有較高的壓力恢復(fù)和流量恢復(fù)的能力。當(dāng)進(jìn)入控制通道E有一微小控制信號(hào)時(shí)，由于控制信號(hào)側(cè)向沖擊左端層流流束，使這股射流在其下游靠近接收屏A處出現(xiàn)散射現(xiàn)象，動(dòng)量密度減小，造成兩股射流的沖擊面向左移動(dòng)到接收屏A外的自由空間(或部分移到自由空間)，輸出通道的壓力p0立時(shí)迅速下降，此時(shí)輸出壓力消失。燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－4氣動(dòng)變送器氣動(dòng)變送器的作用是將測(cè)得的各種物理參數(shù)精確地變換成氣動(dòng)儀表的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)后，送到顯示儀表或調(diào)節(jié)裝置中。它在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中能連續(xù)測(cè)量各種參數(shù)，如壓差、流量、溫度等物理參數(shù)，其測(cè)量精度可達(dá)1.0級(jí)(1％)，在氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。燕山大學(xué)吳曉明教授主講變送器是單元組合儀表中不可缺少的單元，其作用是將檢測(cè)元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送到顯示儀表或控制裝置進(jìn)行顯示、記錄或控制。由于變量種類多，因此，變送器的類型也較多溫度變送器壓力變送器液位變送器流量變送器燕山大學(xué)吳曉明教授主講一、差壓變送器通用性強(qiáng)，可以連續(xù)測(cè)量差壓、正壓、負(fù)壓、液位、密度等變量，將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，作為顯示儀表、控制器或運(yùn)算器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)以上變量的顯示、記錄或控制，燕山大學(xué)吳曉明教授主講力矩平衡式差壓變送器原理：力矩平衡組成：測(cè)量部分、杠杠系統(tǒng)、位移檢測(cè)放大、或波紋管反饋機(jī)構(gòu)（氣動(dòng)差壓變送器）。燕山大學(xué)吳曉明教授主講1、工作原理測(cè)量部分將被測(cè)差壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的作用力，該力與反饋機(jī)構(gòu)輸出的作用力一起作用于杠桿，引起杠桿發(fā)生微小偏移，再經(jīng)過(guò)位移檢測(cè)放大器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的氣壓輸出。如方框圖所示。燕山大學(xué)吳曉明教授主講力矩平衡式差壓變送器方框圖

燕山大學(xué)吳曉明教授主講

燕山大學(xué)吳曉明教授主講當(dāng)被測(cè)對(duì)象的壓力p1，p2被分別引進(jìn)變送器的正負(fù)壓腔作用于檢測(cè)元件上時(shí)(參見(jiàn)圖5—22)，在壓差的作用下，產(chǎn)生了測(cè)量力，這個(gè)力通過(guò)拉桿1帶動(dòng)主杠桿3圍繞支點(diǎn)2轉(zhuǎn)動(dòng)，使得擋板5與噴嘴4之間的距離發(fā)生變化，從而改變了氣流過(guò)流面積，噴嘴背壓發(fā)生變化，氣動(dòng)放大器的輸出壓力p0也將隨之改變。放大器的輸出壓力氣體一部分通過(guò)管道輸入到顯示儀表或調(diào)節(jié)器中，實(shí)現(xiàn)指示、記錄或調(diào)節(jié)作用。另一部分進(jìn)入反饋波紋管產(chǎn)生反饋力通過(guò)杠桿7和調(diào)節(jié)滑塊6作用在主杠桿3上，產(chǎn)生反饋力矩，反饋力矩與測(cè)量力作用在主杠桿3上產(chǎn)生的測(cè)量力矩相平衡。下面將要看到，由于采用了上述結(jié)構(gòu)原理，變送器的輸出壓力p0與被測(cè)壓差Δp＝p1－p2之間存在著一定的比例關(guān)系。

燕山大學(xué)吳曉明教授主講測(cè)量范圍的調(diào)定是通過(guò)移動(dòng)調(diào)節(jié)滑塊6，改變反饋力的轉(zhuǎn)換比，即改變反饋力矩，實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)滑塊6向主杠桿支點(diǎn)2方向移動(dòng)時(shí)，量程將減小，遠(yuǎn)離支點(diǎn)2時(shí)，量程將加大。最大量程與最小量程之間的比值可達(dá)10倍。因此，根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)一只變送器具有多量程的要求。凋零彈簧8是用來(lái)調(diào)整零位初始?jí)毫?，彈?上裝有可調(diào)螺釘，當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，初始?jí)毫⒃黾?，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，初始?jí)毫p少。被測(cè)壓差變?yōu)榱銜r(shí)，變送器的輸出為0.02MPa，此值是通過(guò)調(diào)零彈簧8實(shí)現(xiàn)的。其測(cè)量范圍為萬(wàn)分之零點(diǎn)幾MPa到幾MPa，此值應(yīng)視壓差計(jì)的規(guī)格確定。燕山大學(xué)吳曉明教授主講2、差壓式變速器的特性分析燕山大學(xué)吳曉明教授主講由方塊圖5—23可求得輸入為壓差Δp，輸出為p0間的傳遞函數(shù)為：燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、壓力變送器壓力變送器由測(cè)量部分和氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分組成，轉(zhuǎn)換部分與差壓式相同。在測(cè)量系統(tǒng)中，壓力變送器是用來(lái)測(cè)量各種流體的壓力，并將其比例地轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)儀表的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)(0.02～0.1MPa)。也可根據(jù)系統(tǒng)的需要送到有關(guān)的環(huán)節(jié)中。燕山大學(xué)吳曉明教授主講壓力變送器圖5—24為波紋管式壓力變送器測(cè)量部分結(jié)構(gòu)原理圖，當(dāng)被測(cè)壓力p進(jìn)入測(cè)量部分后，推動(dòng)波紋管1產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量力，通過(guò)推桿2作用在主杠桿3上并傳遞給氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分。燕山大學(xué)吳曉明教授主講絕對(duì)式壓力變送器測(cè)量部分原理圖燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－5氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可以分成兩大類，即模擬測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)。模擬測(cè)量系統(tǒng)是將測(cè)得參數(shù)(例如尺寸)轉(zhuǎn)換成另一種參數(shù)(如壓差)讀出，就可以知道測(cè)得參數(shù)的數(shù)值。數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)并不給出具體的數(shù)值，而是以“是”、“非”，“開(kāi)”、“關(guān)”等定性信號(hào)給出。通常以“1”代表是，以“0”代表“非”。燕山大學(xué)吳曉明教授主講一、模擬測(cè)量系統(tǒng)1、浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x圖5—26是該氣動(dòng)量?jī)x的結(jié)構(gòu)原理圖。氣體從氣源經(jīng)流量計(jì)從測(cè)量探頭及工件之間的間隙溢出。工件尺寸越大，則間隙x越小，流出的氣體就越少，浮標(biāo)下降。因此可根據(jù)浮標(biāo)的位置獲知工件尺寸。燕山大學(xué)吳曉明教授主講2、氣橋測(cè)量?jī)x燕山大學(xué)吳曉明教授主講氣橋測(cè)量?jī)x氣流由A點(diǎn)分兩路流入，一路經(jīng)氣阻R1，R2到在達(dá)B點(diǎn)，另一路流經(jīng)R3，R4至B點(diǎn)，匯集于B點(diǎn)，用差壓計(jì)來(lái)檢測(cè)C點(diǎn)及D之間的壓差Δp。當(dāng)A點(diǎn)的壓力不變時(shí)，C點(diǎn)的壓力pc只與氣阻R1，R2的相對(duì)大小有關(guān)，D點(diǎn)的壓刀pD只與氣阻R3，R4有關(guān)。那么通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇氣阻R1，R2，R3，R4，總可以使pc＝pD，即壓差Δp

＝0，這時(shí)氣橋處于平衡狀態(tài)。而當(dāng)某個(gè)氣阻發(fā)生變化，氣橋便失去平衡，壓差Δp

≠0，根據(jù)壓差的符號(hào)及其大小，就可以獲得該氣阻變化量的大小。如果這個(gè)氣阻對(duì)應(yīng)著一定的某物理量．則差壓Δp就標(biāo)志著該物理量對(duì)原來(lái)氣橋平衡時(shí)的數(shù)值的變化量。例如當(dāng)用氣橋測(cè)量?jī)x測(cè)量工件尺寸時(shí)，在某一定基準(zhǔn)尺寸工件下調(diào)節(jié)氣橋使其處于平衡狀態(tài)，換一個(gè)工件時(shí)，根據(jù)壓差Δp

＞0，Δp

＝0，或Δp

＜0，就可以判斷出這個(gè)工件的尺寸是大于、等于還是小于基準(zhǔn)工件尺寸。氣橋是一種很重要的比較式測(cè)量工具．應(yīng)用氣橋測(cè)量?jī)x可以連續(xù)測(cè)量生產(chǎn)中的紗線，銅絲等的直徑，如圖5－28所示。燕山大學(xué)吳曉明教授主講3、伺服測(cè)量?jī)x燕山大學(xué)吳曉明教授主講伺服測(cè)量?jī)x圖5—29為伺服測(cè)量?jī)x的原理圖。它是由氣阻R1，R2，R3及及探頭(R4)組成氣橋，探頭位置的變化將使C、D兩點(diǎn)間產(chǎn)生壓差Δp，通過(guò)對(duì)沖式放大器及膜片放大器放大后，送人彈性膜盒使探頭自動(dòng)調(diào)整，由于彈性膜盒的伸縮與盒內(nèi)壓力大小存在著準(zhǔn)確的線性關(guān)系，因此盒內(nèi)壓力就可以表示伸縮距離，這個(gè)壓力p0對(duì)應(yīng)著一定的工件尺寸。這類測(cè)量?jī)x可用于機(jī)械加工中的定位，尺寸測(cè)量，生產(chǎn)線上板料厚度的測(cè)量和控制，工件按尺寸等級(jí)進(jìn)行分選等。燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)1、氣橋雙張檢測(cè)系統(tǒng)燕山大學(xué)吳曉明教授主講氣橋雙張檢測(cè)系統(tǒng)氣橋雙張檢測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，供氣閥由機(jī)器自動(dòng)壓下，檢測(cè)裝置與氣泵相接，此時(shí)氣流分別由R2和吸頭吸入。由R2進(jìn)入的氣流經(jīng)過(guò)C室R1、閥門至A，然后進(jìn)入氣泵。由吸頭吸入的氣流經(jīng)D室、R3到達(dá)A，然后進(jìn)入氣泵。當(dāng)吸頭中無(wú)紙張或只有一張時(shí)，吸頭上總有一孔通大氣，這時(shí)吸頭阻抗R4較小，而R2為小孔，所以D室內(nèi)的壓力比C室內(nèi)的壓力大。膜片上升，當(dāng)雙張紙進(jìn)入吸頭時(shí)，上下氣孔同時(shí)被堵死，此時(shí)氣阻R4變大，造成D室內(nèi)的壓力比C室低，膜片下降，接通限位開(kāi)關(guān)，發(fā)出信號(hào)，使雙張紙離開(kāi)印刷機(jī)械。燕山大學(xué)吳曉明教授主講

燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－6氣動(dòng)比例閥一、膜片式電－氣比例閥1、通道2、園板閥3、膜片組件4、固定節(jié)流孔5、噴嘴6、力馬達(dá)組件7、復(fù)位彈簧燕山大學(xué)吳曉明教授主講膜片式電－氣比例閥靜態(tài)特性燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、電－氣比例調(diào)節(jié)器

l、擋板2、噴嘴

3、噴嘴背壓腔

4、膜片5、排氣閥

6、內(nèi)閥7、閥座

8、壓力傳感器9、控制器10、固定節(jié)流孔燕山大學(xué)吳曉明教授主講IT200系列電氣比例調(diào)節(jié)器靜態(tài)特性曲線燕山大學(xué)吳曉明教授主講IT400系列電—?dú)獗壤{(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理圖1、內(nèi)閥2、小型調(diào)節(jié)器3、固定節(jié)流孔4、擋板5、噴嘴6、背壓腔7、膜片8、排氣閥9、閥座10、壓力傳感器11、控制器燕山大學(xué)吳曉明教授主講IT400系列電—?dú)獗壤{(diào)節(jié)器靜態(tài)特性燕山大學(xué)吳曉明教授主講三、滑柱式電—?dú)獗壤y和膜片式電—?dú)獗壤y一樣，滑柱式電－氣比例閥是通過(guò)比例電磁鐵的驅(qū)動(dòng)力與輸入電信號(hào)成比例地變化，控制滑閥的開(kāi)口量，從而實(shí)現(xiàn)電—?dú)獗壤y的輸出流量或輸出壓力和控制輸人信號(hào)成線性比例關(guān)系。圖5－38為滑柱式電—?dú)獗壤y，這種結(jié)構(gòu)型式的比例閥有流量型(VEF)和壓力型(VEP)兩種，從通道數(shù)分，又分為兩位兩通(VEF2)和兩位三通(VEF3，VEP3)兩種。燕山大學(xué)吳曉明教授主講滑柱式電—?dú)獗壤y

1、閥體

2、輔助板

3、閥芯

4、閥套5、線圈6、線圈帽7、可動(dòng)電磁鐵8、閥蓋9、襯套10、軸套組件11、墊圈12、彈簧

14，15，16、O型密封圈燕山大學(xué)吳曉明教授主講燕山大學(xué)吳曉明教授主講

1、電—?dú)饬髁勘壤y電—?dú)饬髁勘壤y的工作原理是比例電磁鐵在控制輸入信號(hào)的激勵(lì)下，產(chǎn)生一個(gè)吸引力直接驅(qū)動(dòng)閥芯位移，并與作用在閥芯上的彈簧力相平衡。利用閥芯位移與彈簧力和比例電磁鐵的吸引力與控制輸入信號(hào)的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電氣比例閥的輸出流量與控制輸入信號(hào)成線性比例關(guān)系。圖5—39為各型號(hào)電—?dú)饬髁勘壤y的流量特性曲線。圖中所示的是控制輸入電流與有效斷面積的特性曲線。燕山大學(xué)吳曉明教授主講燕山大學(xué)吳曉明教授主講電—?dú)饬髁勘壤y特性曲線燕山大學(xué)吳曉明教授主講

2、電氣壓力比例閥

滑柱式電—?dú)鈮毫Ρ壤y閥芯中間設(shè)置壓力反饋通道，輸出壓力通過(guò)壓力反饋通道作用在閥芯上。比例電磁鐵在輸入信號(hào)的作用下產(chǎn)生一吸引力直接作用在閥芯上并與反饋力相平衡。如果反饋力大于電磁鐵的吸引力時(shí)，說(shuō)明輸出壓力大于所希望的壓力值，此時(shí)輸出口與排氣口相通，使輸出壓力降低，而當(dāng)反饋力小于電磁鐵的吸引力時(shí)，說(shuō)明輸出壓力小于所希望的壓力值，閥芯在吸引力的作用下，使輸出口與供氣口相通，輸出壓力上升。而當(dāng)上述兩個(gè)力平衡時(shí)，此時(shí)的輸出壓力即為所希望的壓力值。由于電磁鐵的吸引力與控制輸入信號(hào)是線件的，從而實(shí)現(xiàn)了輸出壓力與控制輸入信號(hào)成比例關(guān)系。圖5—40為電—?dú)鈮毫Ρ壤y特性曲線。圖5—40(a)為各型號(hào)的壓力特性曲線，(b)為VEP3121—1—02型的壓力比例閥在供氣壓力為10×10－5MPa下的壓力—流量特性曲線。燕山大學(xué)吳曉明教授主講電—?dú)鈮毫Ρ壤y特性曲線燕山大學(xué)吳曉明教授主講先導(dǎo)式電－氣比例閥1、閥體2、閥芯3、反饋板4、輔助板

5、彈簧6，7，8墊圈12、先導(dǎo)閥

13、墊圈14、鎖緊螺帽15、接線柱16、過(guò)濾器17、襯墊燕山大學(xué)吳曉明教授主講先導(dǎo)式電—?dú)獗壤y先導(dǎo)式電—?dú)獗壤y是由直動(dòng)型比例閥作為它的先導(dǎo)閥，控制主閥芯一端的壓力，另端由剛度較大的彈簧(流量形)或由輸出壓力的反饋力來(lái)平衡，實(shí)現(xiàn)輸出流量或壓力與輸入控制信號(hào)成比例關(guān)系。燕山大學(xué)吳曉明教授主講§5－7氣動(dòng)比例控制系統(tǒng)比例控制技術(shù)在液壓控制系統(tǒng)中已得到廣泛地應(yīng)用，并巳取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。而氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，由于氣體可壓縮性大，非線性嚴(yán)重，固有頻率低及不易穩(wěn)定等缺點(diǎn)，使比例控制技術(shù)在氣動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了限制，研究進(jìn)展速度相對(duì)緩慢。但由于比例控制閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，維修方便，它相當(dāng)于在普通的壓力閥，流量閥上裝上可以自動(dòng)地連續(xù)控制的比例電磁鐵(力馬達(dá))以代替原有的電磁控制部分，便可按輸入控制信號(hào)連續(xù)按比例地對(duì)輸出壓力或流量進(jìn)行控制。它是一種介于普通的開(kāi)關(guān)式控制閥和伺服控制閥之間的控制元件。目前我國(guó)氣動(dòng)比例控制系統(tǒng)正處在開(kāi)發(fā)和研究階段，為盡快發(fā)展我國(guó)氣動(dòng)控制技術(shù)，這里列舉些應(yīng)用實(shí)例，供學(xué)習(xí)時(shí)參考。燕山大學(xué)吳曉明教授主講一、氣動(dòng)負(fù)載模擬器圖5－43為氣動(dòng)負(fù)載模擬器工作原理圖，它由電—?dú)鈮毫Ρ壤y、控制器、放大器、氣動(dòng)換向閥、執(zhí)行元件等主要部件組成。根據(jù)載荷譜給定控制輸入信號(hào)，電—?dú)鈮毫Ρ壤y根據(jù)輸入信號(hào)按比例地控制執(zhí)行元件的工作壓力對(duì)被試對(duì)象進(jìn)行加載試驗(yàn)。燕山大學(xué)吳曉明教授主講二、印刷、造紙機(jī)械中卷紙張力控制燕山大學(xué)吳曉明教授主講卷紙張力控制在印刷、造紙工藝中，