氣壓傳動基礎(chǔ)知識課件

氣壓傳動基礎(chǔ)知識

氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量的傳遞和控制的一種傳動形式。

除了具有與液壓傳動一樣，操作控制方便，易于實現(xiàn)自動控制、中遠(yuǎn)程控制、過載保護(hù)等優(yōu)點外，還具有工作介質(zhì)處理方便，無介質(zhì)費(fèi)用、泄漏污染環(huán)境、介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充等優(yōu)勢。

但空氣的壓縮性極大的限制了氣壓傳動傳遞的功率，一般工作壓力較低（0.3～1MPa），總輸出力不宜大于10～40kN，且工作速度穩(wěn)定性較差。

應(yīng)用非常廣泛，尤其是輕工、食品工業(yè)、化工氣壓傳動基礎(chǔ)知識空氣的物理性質(zhì)理想氣體的狀態(tài)方程氣體的流動規(guī)律氣體在管道中的流動特性氣動元件的通流能力充、放氣溫度與時間的計算空氣的物理性質(zhì)空氣的組成主要成分有氮氣、氧氣和一定量的水蒸氣。含水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含水蒸氣的空氣稱為干空氣?？諝獾拿芏葘τ诟煽諝猞?ρo×273/（273+t）×p/0.1013空氣的粘度較液體的粘度小很多，且隨溫度的升高而升高?？諝獾膲嚎s性和膨脹性體積隨壓力和溫度而變化的性質(zhì)分別表征為壓縮性和膨脹性?？諝獾膲嚎s性和膨脹性遠(yuǎn)大于固體和液體的壓縮性和膨脹性。濕空氣所含水份的程度用濕度和含濕量來表示。濕度的表示方法有絕對濕度和相對濕度之分。壓縮空氣的析水量壓縮空氣一旦冷卻下來，相對濕度將大大增加，到溫度降到露點以后，水蒸氣就要凝析出來。理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程不計粘性的氣體稱為理想氣體?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的瞬間，有如下氣體狀態(tài)方程成立pV/T=常量或p=ρRT氣體狀態(tài)變化過程等溫過程

p1V1=p2V2=常量在等溫過程中，無內(nèi)能變化，加入系統(tǒng)的熱量全部變成氣體所做的功。在氣動系統(tǒng)中氣缸工作、管道輸送空氣等均可視為等溫過程。絕熱過程一定質(zhì)量的氣體和外界沒有熱量交換時的狀態(tài)變化過程叫做絕熱過程。

p1V1k

=p2V2k

=常量式中k為絕熱指數(shù)，對空氣來說k=1.4。氣動系統(tǒng)中快速充、排氣過程可視為絕熱過程。氣體的流動規(guī)律氣體流動基本方程連續(xù)性方程ρ1v1A1=ρ2v2A2

（注意ρ1≠ρ2）伯努利方程因氣體可以壓縮（ρ≠常數(shù)），又因氣體流動很快，來不及與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，按絕熱狀態(tài)計算，則有v2/2+gz

+kp/（k-1）ρ＋ghw=常數(shù)因氣體粘度小，不考慮摩擦阻力，則有

v2/2+gz

+kp/（k-1）ρ=常數(shù)在低速流動時，氣體可認(rèn)為是不可壓縮的（ρ＝常數(shù)），則有v2/2+gz

+p/ρ=常數(shù)

聲速與馬赫數(shù)聲音引起的波稱為“聲波”。聲波在介質(zhì)中的傳播速度稱為聲速。聲音傳播過程屬絕熱過程。對理想氣體來說，聲音在其中傳播的相對速度只與氣體的溫度有關(guān)。氣體的聲速c是隨氣體狀態(tài)參數(shù)的變化而變化的。氣流速度與當(dāng)?shù)芈曀伲╟=341m/s）之比稱為馬赫數(shù)，Ma＝v/cMa是氣體流動的一個重要參數(shù)，集中反映了氣流的壓縮性，Ma愈大，氣流密度變化越大。

當(dāng)v＜

c，Ma＜1時，稱為亞聲速流動；當(dāng)v＝c，Ma＝1時，稱為聲速流動，也叫臨界狀態(tài)流動；當(dāng)v

＞c，Ma＞1時，稱為超聲速流動。當(dāng)v≤50m/s時，不必考慮壓縮性。當(dāng)v≈140m/s時，應(yīng)考慮壓縮性。在氣動裝置中，氣體流動速度較低，且經(jīng)過壓縮，可以認(rèn)為不可壓縮；自由氣體經(jīng)空壓機(jī)壓縮的過程中是可壓縮的。

氣體在管道中的流動特性v1v2v1v2v2>v1v2<v1

v1v2v1v2v2<v1v2>v1

在超聲速流動時

(Ma>1)

在亞聲速流動時

(Ma<1)氣動元件的通流能力

氣動元件的通流能力，是指單位時間內(nèi)通過閥、管路等的氣體質(zhì)量。目前通流能力可以采用有效截面積S和質(zhì)量流量q表示。有效截面積由于實際流體存在粘性，流速的收縮比節(jié)流孔實際面積小，此最小截面積稱為有效截面積，它代表了節(jié)流孔的通流能力。有效截面積的簡化計算對于閥口或管路S=αA式中

α為收縮系數(shù)，由相關(guān)圖查出；A為孔口實際面積。多個元件組合后有效截面積的計算并聯(lián)元件

SR＝∑Si串聯(lián)元件1/SR2＝∑1/Si2

不可壓縮氣體通過節(jié)流小孔的流量當(dāng)氣體以較低的速度通過節(jié)流小孔時，可以不計其壓縮性，將其密度視為常數(shù)，由伯努利方程和連續(xù)性方程聯(lián)立推導(dǎo)的流量公式與液壓傳動的小孔流量公式有相同的表達(dá)形式工程中常采用近似公式：

qm=εcA

[2ρ(p1-p2)]1/2式中ε為空氣膨脹修正系數(shù)；c為流量系數(shù)；A為節(jié)流孔面積?？蓧嚎s氣體通過節(jié)流小孔（氣流達(dá)到聲速）的流量氣流在不同流速時應(yīng)采用有效截面積的流量計算公式。充氣、放氣溫度與時間的計算

在氣動系統(tǒng)中向氣罐、氣缸、管路及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)充氣，或由它們向外排氣所需的時間及溫度變化是正確利用氣動技術(shù)的重要問題。向定積容器充氣問題充氣時引起的溫度變化向容器充氣的過程視為絕熱過程，容器內(nèi)壓力由p1升高到p2，，容器內(nèi)溫度也由室溫T1升高到T2，充氣后的溫度為T2=kTs/［1+p1(k-1)/p2］式中

Ts為熱力學(xué)溫度，設(shè)定Ts=Ti；k為絕熱指數(shù)。但容器內(nèi)溫度下降至室溫，其內(nèi)的氣體壓力也要下降，下降后的穩(wěn)定值為p=p2T1/T2

充氣時間

容器內(nèi)壓力由p1充氣到p2所需總時間t＝t1+t2＝(1.285－p1／p2)ττ

＝5.217×10－3×（V/kS）(273/Ts)1/2

充氣時，容器中的壓力逐漸上升，充氣過程基本上分為聲速和亞聲速兩個充氣階段。當(dāng)容器中氣體壓力小于臨界壓力，在最小截面處氣流的速度都是聲速，流向容器的氣體流量將保持為常數(shù)。在容器中壓力達(dá)到臨界壓力以后，管中氣流的速度小于聲速，流動進(jìn)入亞聲速范圍，隨著容器中壓力的上升，充氣流量將逐漸降低。

容器的放氣

絕熱放氣時容器中的溫度變化容器內(nèi)空氣的初始溫度為T1，壓力為p1，經(jīng)絕熱放氣后溫度降低到T2，壓力降低到p2，則放氣后溫度為

T2=T1(p2/p1)（k-1）/k

但容器停止放氣，容器內(nèi)溫度上升到室溫，其內(nèi)的壓力也上升至pp=p2T1/T2放氣時間與充氣過程一樣，放氣過程也分為聲速和亞聲速兩個階段。容器由壓力p1將到大氣壓力pa所需絕熱放氣時間為T=t1+t2=｛（2k/k-1）［(p1/pe)(k-1)/2k-1)］+0.945(p1/1.013×105)(k-1)/2k｝ττ=5.217×10-3V(273/T1)1/2/kS式中pe

為放氣臨界壓力（1.92×105Pa)氣源裝置及氣動元件氣動系統(tǒng)由下面幾種元件及裝置組成氣源裝置壓縮空氣的發(fā)生裝置以及壓縮空氣的存貯、凈化的輔助裝置。它為系統(tǒng)提供合乎質(zhì)量要求的壓縮空氣。執(zhí)行元件將氣體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并完成做功動作的元件，如氣缸、氣馬達(dá)?？刂圃刂茪怏w壓力、流量及運(yùn)動方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動邏輯元件；感測、轉(zhuǎn)換、處理氣動信號的元器件，如氣動傳感器及信號處理裝置。氣動輔件氣動系統(tǒng)中的輔助元件，如消聲器、管道、接頭等。氣源裝置氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，是氣動系統(tǒng)的重要組成部分。氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的主要要求：具有一定壓力和流量，并具有一定的凈化程度。氣源裝置由以下四部分組成氣壓發(fā)生裝置——空氣壓縮機(jī)；凈化、貯存壓縮空氣的裝置和設(shè)備；管道系統(tǒng)；氣動三大件。

氣壓發(fā)生裝置空氣壓縮機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動機(jī)械使用?？諝鈮嚎s機(jī)的分類分容積型和速度型。常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1MPa；低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2MPa；高壓空壓機(jī)排氣壓力10MPa?？諝鈮嚎s機(jī)的選用原則依據(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)?？諌簷C(jī)輸出流量qVn＝(qVn0+qVn1)/(0.7～0.8)qVn0——

配管等處的泄漏量qVn1——

工作元件的總流量

壓縮空氣的凈化裝置和設(shè)備氣動系統(tǒng)對壓縮空氣質(zhì)量的要求：壓縮空氣要具有一定壓力和足夠的流量，具有一定的凈化程度。不同的氣動元件對雜質(zhì)顆粒的大小有具體的要求。混入壓縮空氣中的油分、水分、灰塵等雜質(zhì)會產(chǎn)生不良影響：混入壓縮空氣的油蒸汽可能聚集在貯氣罐、管道等處形成易燃物，有引起爆炸的危險，另一方面潤滑油被汽化后會形成一種有機(jī)酸，對金屬設(shè)備有腐蝕生銹的作用，影響設(shè)備壽命?；煸趬嚎s空氣中的雜質(zhì)沉積在元件的通道內(nèi)，減小了通道面積，增加了管道阻力。嚴(yán)重時會產(chǎn)生阻塞，使氣體壓力信號不能正常傳遞，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至失靈。壓縮空氣中含有的飽和水分，在一定條件下會凝結(jié)成水并聚集在個別管段內(nèi)。在北方的冬天，凝結(jié)的水分會使管道及附件結(jié)冰而損壞，影響氣動裝置正常工作。壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)對運(yùn)動部件會產(chǎn)生研磨作用，使這些元件因漏氣增加而效率降低，影響它們的使用壽命。因此必須要設(shè)置除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥的提高壓縮空氣質(zhì)量、進(jìn)行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。

壓縮空氣凈化設(shè)備

一般包括后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器。

后冷卻器將空氣壓縮機(jī)排出具有140℃～170℃的壓縮空氣降至40℃～50℃，壓縮空氣中的油霧和水氣亦凝析出來。冷卻方式有水冷和氣冷式兩種。

油水分離器主要利用回轉(zhuǎn)離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴及其他雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來。貯氣罐的主要作用是貯存一定數(shù)量的壓縮空氣，減少氣流脈動，減弱氣流脈動引起的管道振動，進(jìn)一步分離壓縮空氣的水分和油分。

干燥器的作用是進(jìn)一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分、顆粒雜質(zhì)等，使壓縮空氣干燥，用于對氣源質(zhì)量要求較高的氣動裝置、氣動儀表等。主要采用吸附、離心、機(jī)械降水及冷凍等方法。

管道系統(tǒng)和氣動三大件氣動三大件：分水過濾器，減壓閥，油霧器

管道系統(tǒng)布置原則

氣動三大件氣動三大件是壓縮空氣質(zhì)量的最后保證。分水過濾器作用是除去空氣中的灰塵、雜質(zhì)，并將空氣中的水分分離出來。原理：回轉(zhuǎn)離心、撞擊，性能指標(biāo)：過濾度、水分離率、濾灰效率、流量特性油霧器特殊的注油裝置。原理當(dāng)壓縮空氣流過時，它將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要的潤滑部件，達(dá)到潤滑的目的。性能指標(biāo)：流量特性、起霧油量減壓閥起減壓和穩(wěn)壓作用。氣動三大件的安裝連接次序：分水過濾器、減壓閥、油霧器。多數(shù)情況下，三件組合使用，也可以少于三件，只用一件或兩件。注意改正圖中錯誤氣動輔件消聲器氣缸、氣閥等工作時排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。噪聲的強(qiáng)弱隨排氣的速度、排氣量和空氣通道的形狀而變化。排氣的速度和功率越大，噪聲也越大，一般可達(dá)100～120dB，為了降低噪聲在排氣口要裝設(shè)消聲器。消聲器是通過阻尼或增加排氣面積來降低排氣的速度和功率，從而降低噪聲的。消聲器的類型：吸收型；膨脹干涉型；膨脹干涉吸收性。管道連接件包括管子和各種管接頭。管子可分為硬管和軟管。一些固定不動的、不需要經(jīng)常裝拆的地方使用硬管；連接運(yùn)動部件、希望裝拆方便的管路用軟管。常用的是紫銅管和尼龍管。管接頭分為卡套式、擴(kuò)口螺紋式、卡箍式、插入快換式等。氣動執(zhí)行元件

普通氣缸

膜片氣缸是一種用壓縮空氣推動非金屬膜片作往復(fù)運(yùn)動的氣缸，可以是單作用式，也可以是雙作用式。適用于氣動夾具、自動調(diào)節(jié)閥及短行程工作場合。

氣動執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。包括氣缸和氣馬達(dá)。實現(xiàn)直線運(yùn)動和做功的是氣缸；實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和做功的是氣馬達(dá)。氣缸的分類及典型結(jié)構(gòu)無桿氣缸

原理鋁制缸筒2沿軸向方向開槽，為防止內(nèi)部壓縮空氣泄漏和外部雜物侵入，槽被內(nèi)部抗壓密封件4和外部防塵密封件7密封，塑料的內(nèi)外密封件互相夾持固定著。無桿活塞3兩端帶有唇型密封圈，活塞兩端分別進(jìn)、排氣，活塞將在缸筒內(nèi)往復(fù)移動。通過缸筒槽的傳動舌片5，該運(yùn)動被傳遞到承受負(fù)載的導(dǎo)架6上。此時，傳動舌片將密封件4、7擠開，但它們在缸筒的兩端仍然是互相夾持的。因此傳動舌片與導(dǎo)架組件在氣缸上移動時無壓縮空氣泄漏。

特點由于獨特的設(shè)計，該氣缸只需要較小的安裝空間。

組成由缸筒2，防塵和抗壓密封件7、4，無桿活塞3，左右端蓋1，傳動舌片5，導(dǎo)架6等組成。

沖擊氣缸

由缸筒、活塞和固定在缸筒上的中蓋組成，中蓋上有一噴嘴。它能產(chǎn)生相當(dāng)大的沖力，可以充當(dāng)沖床使用。整個工作過程分為三個階段：復(fù)位段氣源由孔A供氣，孔B排氣，活塞上升至密封墊封住噴嘴，氣缸上腔成為密封的儲氣腔。儲能段氣源改由孔B進(jìn)氣，孔A排氣。由于上腔氣壓作用在噴嘴上面積較小，而下腔氣壓作用面積大，故使上腔貯存很高的能量。沖擊段上腔壓力繼續(xù)升高，下腔壓力繼續(xù)降低，當(dāng)上下腔壓力比大于活塞與噴嘴面積比時，活塞離開噴嘴，上腔氣體迅速充入活塞與中蓋間的空間?；钊麑⒁詷O大的加速度向下運(yùn)動。氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為活塞的動能，產(chǎn)生很大的沖擊力。

氣缸的工作特性氣缸的速度在運(yùn)動過程中氣缸活塞的速度是變化的，通常說氣缸速度是指活塞平均速度。氣缸的理論輸出力其計算公式與液壓缸相同。氣缸的效率和負(fù)載率氣缸實際所能輸出的力受摩擦力的影響，其影響程度用氣缸效率η表示，η與缸徑D和工作壓力p有關(guān)，D增大、p提高，η增大，一般在0.7～0.95之間。在研究氣缸性能和確定缸徑時，常用到負(fù)載率β的概念，定義β＝（氣缸實際負(fù)載F/氣缸理論輸出力F0）％。β的選取與氣缸的負(fù)載性質(zhì)及運(yùn)動速度有關(guān)氣缸的耗氣量指氣缸在往復(fù)運(yùn)動時所消耗的壓縮空氣量，其大小與氣缸性能無關(guān)，是選擇空壓機(jī)排量的重要依據(jù)。

氣馬達(dá)

氣動馬達(dá)的特點和應(yīng)用可無級調(diào)速；可雙向旋轉(zhuǎn)；有過載保護(hù)作用，過載時轉(zhuǎn)速降低或停轉(zhuǎn)；具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，可直接帶負(fù)載啟動；輸出功率相對較小，轉(zhuǎn)速范圍較寬；耗氣量大，效率低，噪聲大；工作可靠，操作方便。氣動馬達(dá)在使用中必須得到良好的潤滑

葉片式氣馬達(dá)的工作原理及特性葉片式氣馬達(dá)的工作原理與葉片式液壓馬達(dá)相似。特性曲線最大特點是具有軟特性：當(dāng)氣壓不變時，它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率均隨著外負(fù)載的變化而變化。氣動控制閥壓力控制閥減壓閥—氣動三大件之一，用于穩(wěn)定用氣壓力。溢流閥—只作安全閥用。順序閥—由于氣缸（馬達(dá)）的軟特性，很難用順序閥實現(xiàn)兩個執(zhí)行元件的順序動作

流量控制閥用于控制執(zhí)行元件運(yùn)動速度。節(jié)流閥單向節(jié)流閥排氣節(jié)流閥方向控制閥：換向閥氣壓控制換向閥（加壓控制、泄壓控制、差壓控制）電磁控制換向閥，電、氣控制換向閥機(jī)械控制換向閥人力控制換向閥

單向閥梭閥兩個單向閥的組合，相當(dāng)于“或門”?？焖倥艢忾y產(chǎn)品圖片氣動邏輯元件

氣動傳感器及氣動儀表氣動邏輯元件它是通過元件內(nèi)部的可動部件的動作改變氣流方向來實現(xiàn)一定邏輯功能的氣動控制元件。按結(jié)構(gòu)形式可分高壓截止式邏輯元件、膜片式邏輯元件、滑閥式邏輯元件和射流元件。氣動邏輯元件的特點元件流道孔道較大，抗污染能力較強(qiáng)（射流元件除外）；元件無功耗氣量低；帶負(fù)載能力強(qiáng)；連接、匹配方便簡單，調(diào)試容易，抗惡劣工作環(huán)境能力強(qiáng)；運(yùn)算速度較慢，在強(qiáng)烈沖擊和振動條件下，可能出現(xiàn)誤動作。高壓截止式邏輯元件是門當(dāng)a口有信號輸入，氣源氣流（圖示b口改為氣源p）就從S口輸出。邏輯表達(dá)式S=a邏輯符號

與門當(dāng)a、b同時有信號，S口有信號輸出；當(dāng)a、b口只有一個有氣信號時，S口均無信號輸出。邏輯表達(dá)式S=a·b

邏輯符號assab

它的動作是依靠氣壓信號推動閥芯或通過膜片變形推動閥芯動作，改變氣流通路來實現(xiàn)一定邏輯功能?；蜷T當(dāng)a、b口有一個有氣信號，S口就有信號輸出。若a、b兩個口均有輸入，則信號強(qiáng)者將關(guān)閉信號弱者的閥口，S口仍然有氣信號輸出。邏輯表達(dá)式S=a+b邏輯符號ab

s

非門當(dāng)a口有信號輸入，S口無信號輸出；當(dāng)a口無信號輸入，S口有信號輸出。邏輯表達(dá)式S=a

邏輯符號禁門a信號禁止b信號輸出；無a信號則有b信號輸出（將圖示氣源口p改為信號口b）。邏輯表達(dá)式S=a．b

邏輯符號asabs或非元件該元件有三個輸入口，一個輸出口，一個氣源口。三個輸入口中任一個有氣信號，S口就無輸出。邏輯表達(dá)式S=a+b+c邏輯符號

記憶元件－－“雙穩(wěn)”元件有控制信號a，氣源p從S1口輸出，撤除控制信號a，S1保持有輸出，也就是記憶了控制信號a，直到有了控制信號b，S1無輸出，S2有輸出。邏輯符號abcsabS1s2高壓截止式邏輯元件的特點閥芯的行程短，可通過較大的流量?？芍苯幼鳛橐话愠绦蚩刂朴眠壿嬒到y(tǒng)元件，對氣源污染情況要求低。一般都帶有顯示和手動裝置，便于檢查其工作情況和維修?？山M合使用，由幾個基本邏輯元件組合成一級標(biāo)準(zhǔn)單元，若干個標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)成邏輯控制器。其他邏輯元件高壓膜片式邏輯元件的可動部件是膜片，其基本單元是三門元件。整個元件有三個通道。當(dāng)a有信號，b與s的通路被切斷，s無輸出；當(dāng)a無信號，b輸入信號才從s口輸出。邏輯符號

射流元件是利用射流及其附壁效應(yīng)進(jìn)行控制的邏輯元件。最大的特點是無可動部件，抗振動、抗干擾能力強(qiáng)，但抗污染能力較弱，對氣源質(zhì)量要求高，限制了它的應(yīng)用。abs氣動傳感器和氣動儀表氣動儀表是生產(chǎn)過程自動化的一種技術(shù)工具。包括氣動變送單元，氣動調(diào)節(jié)單元，執(zhí)行單元。氣動變送單元包括傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分。傳感器將待測量的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣信號，再由轉(zhuǎn)換器將氣信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)氣信號。氣動調(diào)節(jié)單元將測量參數(shù)與給定參數(shù)進(jìn)行比較、計算、放大，使被控對象按一定的規(guī)律變化。執(zhí)行單元根據(jù)調(diào)節(jié)單元的輸出信號控制被控對象，實現(xiàn)調(diào)節(jié)作用。氣動變送單元---氣動傳感器氣動傳感器不接觸檢測元件，利用氣流在流動中所呈現(xiàn)的各種物理特性來測量各種物理量?？蓹z測尺寸精度、定位精度、記數(shù)、糾偏、測距、液位控制、判斷有無、工件尺寸分選、物料檢測等，尤其在檢測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

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時傳感器輸出最大，pc=ps；當(dāng)x增加時，輸出壓力pc減小，當(dāng)x=D/4時，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)用對物體的位移變化極為敏感，能分辨0.1μm微小距離變化，測量范圍在15μm左右，用于檢測零件尺寸、孔徑同心度、橢圓度等。

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)過噴嘴和信號輸出通道形成的環(huán)行通道射出時，在噴嘴上方形成一個旋渦，并對輸出管中氣體產(chǎn)生引射作用，輸出壓力pc降低。當(dāng)被測物接近噴嘴時，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)用測量距離大，最大檢測距離在5mm左右。適合測定x≈D處的物體，并可測量以每秒1200次通過的物體。能分辨0.03mm的微小距離的變化。

遮斷式傳感器工作原理

由發(fā)射管和接受管兩部分組成。利用被測物體擋住發(fā)射管射出的氣流，使接收管壓力為零，來測量物體邊界位置。當(dāng)發(fā)射管輸出氣流為層流時，要求氣源壓力小于0.01MPa，而且流量較小，測量距離小于20mm，不能受外界干擾。若提高氣源壓力至0.6MPa，則測量距離可達(dá)70mm，不受外界干擾，但接收信號需要放大。

應(yīng)用層流遮斷式傳感器檢測物體位置具有很高的靈敏度，檢測距離不得大于20mm。紊流遮斷式傳感器的檢測距離可加大，但耗氣量大，檢測靈敏度不及前者。氣動調(diào)節(jié)單元氣動調(diào)節(jié)單元是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。它將變送器送來的被控量與給定值比較，以一定的調(diào)節(jié)規(guī)律向執(zhí)行單元發(fā)出調(diào)節(jié)信號，使被控量在某一范圍內(nèi)或以一定規(guī)律變化。氣動調(diào)節(jié)單元有比例調(diào)節(jié)單元、積分調(diào)節(jié)單元、微分調(diào)節(jié)單元，并可將它們組合使用。

以比例調(diào)節(jié)單元為例。比例調(diào)節(jié)單元使輸出信號變化與輸入信號（給定值與測量值之差）在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。

比例環(huán)節(jié)的工作原理

氣源進(jìn)入比值器后，分為兩路，一路進(jìn)入放大器A室，球閥關(guān)閉A室與B室通路，另一路進(jìn)入背壓室D，并由噴嘴排向大氣。當(dāng)輸入信號進(jìn)入波紋管1并與裝在同一軸線上的彈簧12產(chǎn)生一合力作用在杠桿3上，形成一順時針力矩，使杠桿繞支點11產(chǎn)生微小偏轉(zhuǎn)，推動擋板7蓋向噴嘴6，背壓室D中壓力增大，并由膜片推動閥桿下移，球閥打開，氣源壓力經(jīng)A進(jìn)入B室，并作為比值器的輸出壓力。

同時，輸出力進(jìn)入波紋管4與彈簧10產(chǎn)生一反饋力作用在杠桿3上，產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)力矩，與輸入信號產(chǎn)生的力矩達(dá)到新的平衡。所以輸出信號與輸入信號成一比例。調(diào)整支點11的位置，可改變比值器的比例系數(shù)。氣動基本回路

與常用回路氣動系統(tǒng)一般由最簡單的基本回路組成。雖然基本回路相同，但由于組合方式不同，所得到的系統(tǒng)的性能卻各有差異。因此，要想設(shè)計出高性能的氣動系統(tǒng)，必須熟悉各種基本回路和經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐總結(jié)出的常用回路。氣動基本回路壓力和力控制回路換向回路速度控制回路位置控制回路基本邏輯回路

氣動常用回路安全保護(hù)回路同步動作回路往復(fù)動作回路記數(shù)回路振蕩回路壓力控制回路一次壓力控制回路電接觸式壓力表根據(jù)貯氣罐壓力控制空壓機(jī)的起、停，一旦貯氣罐壓力超過一定值時，溢流閥起安全保護(hù)作用。簡單壓力控制回路采用溢流式減壓閥對氣源實行定壓控制。

高低壓控制回路

由多個減壓閥控制，實行多個壓力同時輸出。高低壓切換回路利用換向閥和減壓閥實現(xiàn)高低壓切換輸出。過載保護(hù)回路正常工作時，閥1得電，使閥2換向，氣缸活塞桿外伸。如果活塞桿受壓的方向發(fā)生過載，則順序閥動作，閥3切換，閥2的控制氣體排出，在彈簧力作用下?lián)Q至圖示位置，使活塞桿縮回。力控制回路串聯(lián)氣缸回路通過控制電磁閥的通電個數(shù)，實現(xiàn)對分段式活塞缸的活塞桿輸出推力的控制。

氣動系統(tǒng)一般壓力較低，所以往往是通過改變執(zhí)行元件的受力面積來增加輸出力。

采用氣液增壓器的增力回路利用氣液增壓器1把較低的氣壓變?yōu)檩^高的液壓力，提高了氣液缸2的輸出力。

沖擊氣缸回路閥1得電，沖擊氣缸下腔由快速排氣閥2通大氣，閥3在氣壓作用下切換，氣罐4內(nèi)的壓縮空氣直接進(jìn)入沖擊氣缸，使活塞以極高的速度運(yùn)動，該活塞所具有的動能轉(zhuǎn)換成很大的沖擊力輸出，減壓閥5調(diào)節(jié)沖擊力的大小。換向回路

單作用氣缸換向回路

用三位五通換向閥可控制單作用氣缸伸、縮、任意位置停止。

雙作用氣缸換向回路用三位五通換向閥除控制雙作用缸伸、縮換向外，還可實現(xiàn)任意位置停止。速度控制回路氣動系統(tǒng)功率不大，主要用節(jié)流調(diào)速的調(diào)速方法。

氣閥調(diào)速回路單作用氣缸調(diào)速回路用兩個單向節(jié)流閥分別控制活塞桿的升降速度。

排氣節(jié)流閥調(diào)速回路通過兩個排氣節(jié)流閥控制氣缸伸縮的速度。

緩沖回路活塞快速向右運(yùn)動接近末端，壓下機(jī)動換向閥，氣體經(jīng)節(jié)流閥排氣，活塞低速運(yùn)動到終點。單作用氣缸快速返回回路活塞返回時，氣缸下腔通過快速排氣閥排氣。

氣液聯(lián)動速度控制回路由于氣體的可壓縮性，運(yùn)動速度不穩(wěn)定，定位精度不高。在氣動調(diào)速、定位不能滿足要求的場合，可采用氣液聯(lián)動。

氣液缸并聯(lián)且有中間位置停止的變速回路氣缸活塞桿端滑塊空套在液壓阻尼缸活塞桿上，當(dāng)氣缸運(yùn)動到調(diào)節(jié)螺母6處時，氣缸由快進(jìn)轉(zhuǎn)為慢進(jìn)。液壓阻尼缸流量由單向節(jié)流閥2控制，蓄能器能調(diào)節(jié)阻尼缸中油量的變化。

氣液缸串聯(lián)變速回路當(dāng)活塞桿右行到撞塊A碰到機(jī)動換向閥后開始作慢速運(yùn)動。改變撞塊的安裝位置，即可改變開始變速的位置。

氣液缸串聯(lián)調(diào)速回路

通過兩個單向節(jié)流閥，利用液壓油不可壓縮的特點，實現(xiàn)兩個方向的無級調(diào)速，油杯為補(bǔ)充漏油而設(shè)。位置控制回路采用串聯(lián)氣缸定位氣缸由多個不同行程的氣缸串聯(lián)而成。換向閥1、2、3依次得電和同時失電，可得到四個定位位置。

任意位置停止回路當(dāng)氣缸負(fù)載較小時，可選擇圖a所示回路，當(dāng)氣缸負(fù)載較大時，應(yīng)選擇圖b所示回路。當(dāng)停止位置要求精確時，可選擇前面所講的氣液阻尼缸任意位置停止回路?；具壿嫽芈钒踩Ｗo(hù)回路雙手操作回路只有同時按下兩個啟動用手動換向閥，氣缸才動作，對操作人員的手起到安全保護(hù)作用。應(yīng)用在沖床、鍛壓機(jī)床上。

互鎖回路該回路利用梭閥1、2、3和換向閥4、5、6實現(xiàn)互鎖，防止各缸活塞同時動作，保證只有一個活塞動作。同步動作回路簡單的同步回路采用剛性零件把兩尺寸相同的氣缸的活塞桿連接起來。

采用氣液組合缸的同步回路利用兩液壓缸油路串聯(lián)，來保證在負(fù)載F1、F2不相等時也能使工作臺上下運(yùn)動同步。蓄能器用于換向閥處于中位時為液壓缸補(bǔ)充泄漏。單往復(fù)動作回路按下手動閥，二位五通換向閥處于左位，氣缸外伸；當(dāng)活塞桿擋塊壓下機(jī)動閥后，二位五通換至右位，氣缸縮回，完成一次往復(fù)運(yùn)動。

連續(xù)往復(fù)動作回路手動閥1換向，高壓氣體經(jīng)閥3使閥2換向，氣缸活塞桿外伸，閥3復(fù)位，活塞桿擋塊壓下行程閥4時，閥2換至左位，活塞桿縮回，閥4復(fù)位，當(dāng)活塞桿縮回壓下行程閥3時，閥2再次換向，如此循環(huán)往復(fù)。往復(fù)動作回路記數(shù)回路

由氣動邏輯元件組成的一位二進(jìn)制記數(shù)回路設(shè)原始狀態(tài)雙穩(wěn)SW1的“0”端有輸出s0，”1”端無輸出。其輸出反饋使禁門J1有輸出，J2無輸出。因此，雙穩(wěn)SW2的“1”端有輸出，“0”端無輸出。當(dāng)有脈沖信號輸入給與門時，y1有輸出并切換SW1至“1”端，使s1有輸出。當(dāng)下一個脈沖信號輸入時，又使SW1呈現(xiàn)s0輸出狀態(tài)，就這樣使SW1交替輸出，起到分頻計數(shù)的作用。

由氣閥組成的二進(jìn)制記數(shù)回路

假定初始狀態(tài)為圖示狀態(tài)，第一次按下手動閥1，高壓氣體經(jīng)閥2、閥3到達(dá)閥4右側(cè)，使閥4切換至右位，s1輸出，第20位輸出為1。與此同時，閥3也被切換至右位，但此時閥3、4的右側(cè)都處于加壓狀態(tài)，因此閥4仍維持s1輸出狀態(tài)。當(dāng)松開閥1，或經(jīng)過一段時間后，單向節(jié)流閥7后的壓力升到一定值使閥2換向，單向閥5、6將隨之開啟，使閥3、4的左右兩側(cè)的空氣經(jīng)閥2（或閥1）排出。

第二次按下閥1，因閥3已被切換至右位，高壓氣體進(jìn)入閥3、4的左側(cè)，切換閥4使s0

輸出，s1無輸出，使20位變?yōu)?。閥4的輸出經(jīng)閥9、10到達(dá)閥11右側(cè)，使閥11切換至右位，使s3輸出，第21位為1。第三次按下閥1時，20位也變?yōu)?。

振蕩回路邏輯元件組成的振蕩回路1、3——三門2——氣容4——觸發(fā)器5、6——非門7——氣控?fù)Q向閥對應(yīng)的氣閥系統(tǒng)如下圖

振蕩頻率的高低可由節(jié)流閥R1、R2和氣容來調(diào)節(jié)，氣容、氣阻越大，振蕩頻率越低。

氣動非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計

氣壓傳動系統(tǒng)實例氣動非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計非時序邏輯問題的特點是：輸入變量取值是隨機(jī)的，沒有時間順序。系統(tǒng)輸出只與輸入變量的組合有關(guān)，與輸入變量取值的先后順序無關(guān)。設(shè)計步驟：分析問題——列真值表——寫邏輯函數(shù)——化簡邏輯函數(shù)——繪制邏輯原理圖——繪控制回路圖

非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計舉例一公共汽車門用氣動控制，司機(jī)和售票員各有一個氣動開關(guān)控制汽車門，要求：為安全起見，司機(jī)和售票員都發(fā)出關(guān)門信號，門才關(guān)；車到站，一人發(fā)出開門信號，門就開。若汽車門用單作用缸驅(qū)動，控制閥用手動二位三通換向閥。試設(shè)計該氣控回路。設(shè)：司機(jī)和售票員的氣動開關(guān)為a、b，開門信號記為“1”，關(guān)門信號為“0”，門開S記為“1”。列真值表abs000011101111寫邏輯函數(shù)并化簡：積和式S=ab+ab+ab=a+b

繪制邏輯原理圖abs

繪控制回路圖

非時序邏輯系統(tǒng)設(shè)計舉例二某生產(chǎn)自動線上要控制溫度、壓力、濃度三個參數(shù)，任意兩個或兩個以上達(dá)到上限，生產(chǎn)過程將發(fā)生事故，此時應(yīng)自動報警。設(shè)計自動報警氣控回路。設(shè)：溫度、壓力、濃度為三個輸入的邏輯變量a、b、c。達(dá)到上限記“1”，低于下限記“