Динамические характеристики пневматических приборов

Основными характеристиками динамических свойств пневматических приборов являются время срабатывания и амплитудно-частотная характеристика.

Время срабатывания – это интервал времени, необходимый для стабилизации давления и расхода воздуха в приборе, а также положения чувствительного элемента и указателя прибора с момента установления определенного измерительного зазора.

Амплитудно-частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды колебаний чувствительного элемента и указателя прибора от частоты изменения синусоидального изменяющегося размера.

При установке детали на измерительную позицию скачком изменяется площадь проходного сечения измерительного зазора, В соответствии с новой площадью зазора устанавливается новый расход воздуха через него. Если новый зазор меньше первоначального, то расход воздуха, протекающего через измерительный зазор, уменьшается, что приводит к увеличению массы воздуха в измерительной камере и, следовательно, к увеличению давления в ней. Такое увеличение давления происходит до тех пор, пока оно не достигнет значения, соответствующего равновесным расходам воздуха, протекающего через измерительное и входное сопла.

Перемещение указательного органа прибора происходит также одновременно с изменением давления в измерительной камере. В существующих приборах это давление изменяется в течение длительного времени (не меньше 0,3–0,5 с). А инерционность механических преобразователей давления, электромагнитных реле не превышает нескольких сотых секунды. Поэтому основным показателем времени срабатывания пневматических приборов является время изменения давления в измерительной камере, т. е. время заполнения или опустошения камеры, которое зависит от ее объема, а также от изменения этого объема в процессе срабатывания, от диаметра входного сопла, измерительного зазора и рабочего давления.

Объем измерительной камеры, как и рабочее давление, определяет количество воздуха, находящегося в измерительной камере за время срабатывания, поэтому последнее возрастает с увеличением объема измерительной камеры. У большинства пневматических приборов этот объем составляет 20–100 см³.

Увеличение площади отверстия входного сопла приводит к уменьшению времени срабатывания прибора. Как показывают расчеты и эксперименты, время стабилизации измерительного давления обратно пропорционально площади проходного сечения входного сопла.

Увеличение рабочего давления сопровождается при прочих равных условиях возрастанием времени срабатывания.

Экспериментально установлено, что время срабатывания t является непрерывной функцией измерительного зазора Z, достигающей максимума при измерительном зазоре, соответствующем точке наибольшей чувствительности K_z. Эта точка находится приблизительно в середине прямолинейного участка характеристики p = φ(Z). На краях прямолинейного участка характеристики время срабатывания уменьшается на 10–20%.

Для определения времени срабатывания приборов с упругими чувствительными элементами пользуются экспериментальными данными, которые приведены в табл. 14. Данные табл. 14 относятся к объему измерительной камеры V = 106 см³. При расчете для объема V ₁ время срабатывания изменяется в V ₁/ V раз.

Таблица 14

Время срабатывания приборов с упругими чувствительными элементами

(d ₂ = 2 мм)

При непрерывном автоматическом контроле овальности или огранки в процессе вращения детали регистрацию овальности или огранки можно начинать только по истечении времени срабатывания, а при назначении угловой скорости необходимо учитывать амплитудно-частотную характеристику прибора.

При контроле овальности или огранки детали в процессе ее вращения динамическая амплитуда движения чувствительного элемента прибора A _дин меньше статической A _ст.

Разность A _ст – A _дин тем больше, чем выше частота колебания контролируемого размера. Если бы настройку прибора проводили в статических условиях, то при контроле возникла бы систематическая погрешность, определяемая указанной разностью амплитуд.

Систематическую погрешность исключают путем настройки прибора при тех же числах оборотов, при которых проводят контроль. Если стремиться к повышению производительности контроля путем увеличения числа оборотов детали, то относительная погрешность прибора при уменьшении A _дин/ A _ст возрастает обратно пропорционально этой величине. Это обусловлено тем, что допуск на форму обычно невелик и часто составляет 0,002–0,003 мм; кроме того, с целью повышения быстродействия прибора стремятся использовать входные сопла с возможно большими отверстиями, что приводит к снижению чувствительности прибора, а следовательно, к уменьшению A _ст, Крайне малая амплитуда A _дин становится соизмеримой с порогом чувствительности прибора. Качественная зависимость времени срабатывания и амплитудно-частотной характеристики от диаметра отверстия входного сопла, измерительного зазора, рабочего давления и объема измерительной камеры не изменяется.

На основе опыта конструирования пневматических приборов рекомендуется выбирать параметры пневматической измерительной схемы и числа оборотов детали такими, чтобы

Практически это условие выполнимо при

На основе большого числа экспериментальных кривых (n – частота колебаний контролируемого параметра) получено следующее эмпирическое уравнение:

где n – число периодов в минуту синусоидального изменяющегося размера; выражение справедливо при n <300;

b – коэффициент, зависящий от параметров пневматической измерительной схемы. В табл. 15 приведены его экспериментальные значения при d ₂ = 2 мм.

Таблица 15

Экспериментальные значения коэффициента (d ₂ = 2 мм)

9. Расчет метрологических характеристик средств измерений.