定義
標準
單元是按儀表在自動控制系統和自動調節系統中的作用劃分的,各單元間使用統一標準的(20~100千帕)氣壓信號。這些單元經過不同的組合,可構成不同複雜程度的各種自動檢測系統和
自動調節系統。氣動單元組合儀表廣泛套用於各種工業生產自動化
過程,特別適宜用在易燃、易爆的場合,還常通過轉換單元與電動單元組合儀表聯用。
發展狀況
以壓縮空氣作為能源的氣動儀表已有較長的歷史。19世紀末出現氣動薄膜調節閥。20世紀初有了指示、紀錄型的調節儀表,當時採用大型圓圖記錄方式,可進行兩位調節和比例調節,30年代又增加了積分、微分調節作用,並研製出氣動感測器,使簡單的
基地式儀表的功能進一步完善,主要套用於調節熱工生產過程的工藝參數(如溫度、壓力、流量、液位等),曾稱為熱工調節儀表。40年代末出現了尺寸為6×6英寸的指示調節儀表,並帶有自動-手動切換機構,將整套的基地式儀表按功能劃分成若干獨立工作的單元。60年代出現了條型、密集安裝、具有偏差指示、可與計算機聯用的各種新型氣動單元組合儀表,外形尺寸與電動單元組合儀表趨向統一。70年代氣動單元組合儀表廣泛採用集成氣路、矢量機構等新型部件,技術性能大為提高。中國在60年代研製的氣動單元組合儀表經歷了Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的發展過程,在工業生產中得到了廣泛的套用。
組成
氣動單元組合儀表主要由 7類具有獨立功能的單元組成(圖1)。 ① 變送單元 又稱變送器。它將各種生產過程中被測量參數(如溫度、壓力、流量、物位等)轉換成標準壓力信號(20~100千帕),傳送給其他單元。下表列出常用的氣動變送器品種。
② 調節單元 根據
被調量與給定值的偏差,按一定調節規律運算(如比例、積分、微分或它們的組合等),輸出一個調節信號給執行器,實現系統的自動調節。常用的調節器有
比例調節器、
微分調節器、
積分調節器、比例積分調節器和
PID調節器。
③ 顯示單元 用於指示、記錄或累積計算被測參數、給定值、調節器輸出或閥門位置信號等。帶有調節單元的顯示單元具有控制中心的作用。有的顯示單元具有報警功能。
④ 計算單元 對幾個標準的信號進行加、減、乘、除、開方等數學運算,常用於被測參數綜合計算和按計算值調節的系統中。
⑤ 定值單元 輸出一個固定的或按時間程式變化的給定值給調節單元,實現系統的定值調節和程式調節。
⑥ 輔助單元 配合其他單元完成信號遠距離傳送,實現信號選擇、限幅、切換和手動操作等輔助功能,能增加整套氣動單元組合儀表的靈活性。
⑦ 轉換單元 將電動調節儀表的標準信號(0~10毫安或4~20毫安)轉換為氣動儀表的標準信號,以組成電動、氣動儀表混合使用的調節系統(見
電動單元組合儀表)。
噴嘴檔板機構
用於測量微小位移的氣動部件,在氣動單元組合儀表的各類單元中均有採用。它由恆節流孔、噴嘴和檔板組成(圖2)。壓力為P0的壓縮空氣經過恆節流孔,通過噴嘴流入大氣,改變檔板與噴嘴之間的距離s,能改變環室的輸出壓力P1(P1稱為背壓)。s一般在0.007毫米內變化,可獲得20~100千帕的P1值。因此大多數氣動儀表都採用噴嘴檔板機構作為微小位移的檢測機構。在液壓伺服機構中它也有廣泛的套用。
氣動放大器 它對輸入的氣壓信號進行壓力和功率放大;是變送單元和轉換單元的重要部件,也是一般氣動儀表的重要部件,常與噴嘴-檔板機構連用,將噴嘴的背壓放大,作為儀表的輸出信號或儀表內部信號。圖3是變送單元使用的放大器原理圖。噴嘴和檔板間的距離改變引起背壓P1改變,推動膜片和閥桿移動,改變C室錐閥和A室球閥的開度。A室的空氣一部分進入B室作為輸出信號,另一部分通過錐閥進入C室排入大氣。輸出信號的大小決定於兩個閥的開度,即與輸入信號P1成比例。放大倍數一般為6~30。錐閥一般不關死,工作時一直有氣流排入大氣,稱為泄氣型放大器。調節單元常使用另一種不泄氣的放大器。
特點
氣動單元組合儀表的優點是:①利用力平衡原理(見
力平衡式感測器),精度高,工作可靠。②按組合原理設計,在構成系統時有較大靈活性和通用性。③採用壓縮空氣作能源,能直接驅動氣動執行器,工作平穩,具有防爆、防火、防核輻射等性能。④氣路簡單,價格低廉。氣動單元組合儀表的缺點是:氣源需要除油、除水、除塵的淨化裝置;信號傳送速度慢;最大傳送距離只有300米;與計算機連用不方便。