Элементы сопло-заслонка. 
Пневматические системы автоматики

Много параметров автоматических систем, таких, как поток, давление, температура, уровень, могут быть преобразованы в малые перемещения. Элемент сопло-заслонка позволяет преобразовать эти перемещения в изменение давления, используя свойства соответствующего дросселя. В этом смысле этот элемент является универсальным преобразователем и датчиком в пневматических автоматических системах управления.

Схема элемента сопло-заслонка приведена на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Схема элемента сопло-заслонка:

• 1 — канал питания: 2 — дроссель; 3 — измерительная камера;
• 4 — сопло: 5 — заслонка; 6 — выходной канал

Давление питания поступает через дроссель в измерительную камеру. Струя сжатого воздуха проходит через сопло, формируя давление в измерительной камере, которое зависит от положения заслонки X, перемещение которой является входным сигналом. При приближении заслонки к соплу давление Р на выходе возрастает.

Объем V представляет собой объем трубопровода от датчика к индикатору. Уравнение для массового расхода данной системы можно записать в виде

Эту же величину дня идеального газа можно выразить как.

где w = 29 — молекулярный вес воздуха, R — универсальная газовая постоянная, Т- абсолютная температура среды.

Уравнение массового расхода через дроссель:

где Ср — конструктивный коэффициент, d₀ — диаметр дросселя, р — плотность воздуха.

Уравнение массового расхода через сопло:

где dfi — диаметр сопла, Р_а — атмосферное давление.

В статическом состоянии dP/dt and m равны нулю, поэтому.

Поскольку избыточное давление атмосферы равно нулю, из последнего уравнения получим:

Отсюда выводится соотношение между выходным давлением и перемещением заслонки:

Типовая аппроксимация соотношения между выходным давлением и перемещением заслонки приведена на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Зависимость выходного давления от перемещения заслонки

Если сопло полностью перекрывается заслонкой, то выходное давление равно давлению питания. Минимально возможное выходное давление может быть ниже атмосферного при диаметре сопла больше диаметра дросселя, так как в этом случае появляется эжекционный эффект. Обычно в качестве рабочей зоны характеристики выбирают зону X_w, поскольку она является наиболее линейной и обладает высокой чувствительностью.

При необходимости расширения рабочей зоны входных перемещений используется конструкция с кольцевым каналом питания (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Конструкция с кольцевым каналом питания:

/ - корпус; 2 — вход канала питания; 3 — кольцевой канал; 4 — заслонка; 5 — измерительный канал

Давление питания поступает в кольцевой канал со спиральной нарезкой, что позволяет на выходе сопловой части получить струю, способную отражаться от заслонки в измерительный канал с расстояний до 5 мм.

Выходное давление может подаваться на пневмоэлектрический переключатель, коммутирующий управляющие цепи при заданном давлении переключения. Промышленные переключатели имеют рабочий диапазон давлений от — 0,9 до 12 бар при допустимом диапазоне температур от — 20 до + 60 С°.