Сопло и заслонка

Механизм сопла и заслонки представляет собой детектор смещения, который преобразует механическое движение в сигнал давления, закрывая отверстие сопла плоской пластиной, называемой заслонкой . Это ограничивает поток жидкости через сопло и генерирует сигнал давления.

Это широко используемый механический способ создания жидкостного усилителя с высоким коэффициентом усиления. В промышленных системах управления они сыграли важную роль в разработке пневматических ПИД-регуляторов и до сих пор широко используются в пневматических и гидравлических системах управления и контрольно -измерительных приборах .

Принцип работы

Базовый механизм пневматического детектора смещения сопла и заслонки

В принципе работы используется эффект высокого усиления, когда заслонка расположена на небольшом расстоянии от небольшого сопла под давлением, выпускающего жидкость.

Показанный пример — пневматический. На расстояниях менее миллиметра небольшое перемещение заслонки приводит к значительному изменению потока. Сопло подается из камеры, которая, в свою очередь, питается через ограничитель, поэтому изменения потока приводят к изменениям давления в камере. Для работы диаметр сопла должен быть больше, чем ограничительное отверстие. Высокий коэффициент усиления механизма с разомкнутым контуром можно сделать линейным с помощью сильфона обратной связи по давлению на заслонке для создания системы баланса сил с линейным выходным сигналом. «Живой» ноль 0,2 бар или 3 фунта на квадратный дюйм устанавливается пружиной смещения, которая обеспечивает работу устройства в линейной области.

Стандартные диапазоны давления 3–15 фунтов на квадратный дюйм (США) или 0,2–1,0 бар (метрические) обычно используются в пневматических ПИД-регуляторах, сервомеханизмах позиционирования клапанов и датчиках баланса сил.

Приложение

Схема, показывающая сопло и заслонку, используемые в контексте пропорционального контроллера с полевыми устройствами.

Пневматический ПИД-регулятор (трехчленный). Это стало возможным благодаря сопловому и заслоночному механизму.

Сопло и заслонка пневматического управления представляют собой простое устройство, не требующее технического обслуживания, которое хорошо работает в суровых промышленных условиях и не представляет опасности взрыва в опасных атмосферах. Они использовались в качестве промышленных усилителей-контроллеров на протяжении многих десятилетий, пока не появились практичные и надежные электронные усилители с высоким коэффициентом усиления. Однако они по-прежнему широко используются в полевых устройствах, таких как позиционеры регулирующих клапанов и преобразователи I в P и P в I.

Схема пропорционального регулятора показана здесь.

Заданное значение передается через заслонку через точку опоры, чтобы закрыть отверстие и увеличить давление в камере. Сильфон обратной связи сопротивляется, и выходной сигнал поступает на регулирующий клапан, который открывается при увеличении давления привода. По мере увеличения расхода сильфонное значение процесса противодействует заданному значению сильфона до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Это значение будет ниже заданного значения, поскольку для формирования выходного сигнала всегда должна быть ошибка. Добавление встроенного сильфона или сильфона «сброса» устранит эту ошибку.

Этот принцип также используется в управлении гидравлическими системами.

Ссылки

• Артур Акерс; Макс Гассман; Ричард Смит (2006). «7.4 Заслонка-форсунка» . Анализ гидравлической энергосистемы . ЦРК Пресс. стр. 182–184. ISBN  978-1-4200-1458-7 .
• СК Сингх (2003). «13.6 АСУ ТП» . Промышленные контрольно-измерительные приборы и контроль 2e . Тата МакГроу-Хилл Образование. стр. 481–495. ISBN  978-0070678200 .