氣動傳感技術的應用
發布時間：2017-09-01
根據流體靜力學和流體動力學的原理，把壓縮空氣作為煤介，將物理量轉換成氣動參量(壓力P、流量Q)的元件，稱為氣動傳感器。利用氣動傳感器對各種物理量進行檢測的技術可稱為氣動傳感技術。
由氣動傳感技術所引出的氣動檢測量儀，從大類分，有壓力式氣動量儀和流量式氣動量儀。壓力式氣動量儀中又有背壓式和差壓式之分;具體結構上又有水柱式、薄膜式、膜盒式和波紋管式等。流量式量儀主要有浮標式氣動量儀。這些量儀的放大倍率達數千倍至數萬倍。測量也從單參數測量發展到多參數測量;由靜態測量發展到動態測量;由單一的氣動測量發展到與機械、電子、光學等相組合的組合式量儀。
采用氣動檢測系統，可以減刁惻量誤差，提高測量精度和效率，且有利于實現檢測的自動化。
氣動傳感器的工作原理
氣動傳感器的基本結構為噴嘴擋板機構。普通噴嘴擋板機構如圖l所示。圖1一a為平行噴嘴檔板機構，圖1-b為不平行噴嘴擋板機構。經過潔凈干燥和穩壓處理的氣流，以恒定的壓力Pg從進氣噴嘴1進入測量系統，從測量噴嘴3逸入大氣。如果沒有擋板，氣流將通暢地流人大氣中。當擋板靠近測量噴嘴時，氣流受菌，在氣室:內雛成測量壓力(背壓)Pc，其值可按下式計算。
該式為噴嘴擋板機構的壓力特性方程。在確定的測量系統中，測量壓力Pc僅隨測量間隙z的變化而變化。其特性曲線如圖2一b所示。在Z0一Z1段，測t壓力與測量間隙成線性關系。
這一公式表明，當改變噴嘴擋板機構的進氣噴嘴和測量噴嘴的直徑時，可以得到不同斜率的Pc一Z線性段。因此，當用相應的壓力計測量出背壓Pc的值后，便能得到測量間隙z的大小，這就形成了壓力式氣動測量。
由實驗測定，當流過噴嘴擋板機構的氣流速度小于音速，且Pg=(1~1.89)Pc時。
這一公式表明，改變噴嘴擋板機構的測量噴嘴d的大小，可以改變Q一Z線性段的斜率.因此，當用相應的流量計測量出流量Q的值后，便能得知測量間隙z的大小，這就形成了流量式氣動mll量。所以氣動測量便有壓力式測量和流量式測量兩個分支。
對于不平行噴嘴擋板機構，上.述壓力特性方程和流量特性方程仍然適用。但當擋板蓋住測量噴嘴時，由于仍然存在著縫隙，所以仍有氣流流過。該流量相當于平行噴嘴擋板機構中測量間隙為某值zR時的流量，這個ZR就稱為當量間隙。因此也就有當量流量QR和當量氣室背壓PR(見圖2中的虛線)。在應用特性方程進行計算時，應考慮ZR的影響。因此，計算的測量間隙Z計=Z’+ZR(式中Z’為測量噴嘴端面到圓柱體擋板最高素線之間的距離)。
氣動傳感器的應用
利用氣動傳感器的工作原理，設計相應的氣動測量裝置，便可用于各種物理量的測量。在配置了多臺量儀(如多管浮標式氣動量儀)時，還可進行多參數同時測量。氣動測量的可靠性和測量精度，主要取決于氣動傳感器設計的正確、合理，以及制造精度和使用方法。
氣動量儀的使用場所很廣，可因不同物理量的測量和檢測控制的需要，而設計成不同的氣動測量、檢測控制裝置。最早使用氣動量儀是在長度測量上，圖3所示的氣動塞規，可檢測零件孔加工尺寸是否合格;不全形塞規則可檢測加工零件兩內表面之間的長度尺寸是否合格。
氣動環規則可以檢測零件軸徑加工尺寸是否合格;氣動卡規則可檢測加工零件兩外表面之間長度尺寸是否合格。
利用圖5所示的輪廓度測量裝置還可以對復雜型面的輪廓度進行檢測。測量裝置上測量噴嘴所處的型面為理輪正確型面。測量噴嘴布置在型面的特征部位，幾垂直于理輪正確型面。.每個測量噴嘴接有一臺氣動量儀。當實際型面與理輪正確型面貼合時，各測量噴嘴與實際型面便形成測量間隙z。從量儀卜反映出來的z值大小便可確知實際型面的制造誤差。
根據氣動傳感器的工作原理，還可以設計出相應的測量裝置，以實現對加工零件的圓度、圓柱度、平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、對稱度和位置度等形位誤差的檢測測。
利用噴嘴擋板機構可對流體壓力進行測量(見圖6)。當被檢測的具有一定壓力P的流體通入裝有膜片的密閉容器(圖6一a)、膜盒、(圖6一b)或波紋管(圖6一c)內部時，其上的平臺將產生位移，改變著測量間隙z的大小，通過氣動量儀的示值大小，經計算便可確知壓力P的量值。如果將圖6一b所示的膜盒機構組成圖7所示的機構，便組成了氣動放大器.保持恒壓Pg的工作氣流一路從恒節流孔2進人膜盒外部，并經調節閥6逸入大氣;另一路則從恒節流孔l進人膜盒內部，并經測量噴嘴8和擋板(工件)7之間的測量間隙2.逸人大氣。得到的膜盒內部壓力P1，也就是噴嘴檔板機構的背壓。改變測量間隙Z1，則改變了膜盒內部的壓力P1，也就改變了膜盒上平臺的位移量，同時改變了標準噴嘴4與頂桿3之間的間隙Z2。通常，問隙z:的變化量大于z1的變化量，從而起到放大作用。如果調整調節閥6的開度，改變膜盒外部的壓力PZ，可以調節膜盒上的平臺的位移量。從而起到調節放大器放大倍率的作用。
便組成了波紋管氣動轉換器。保持恒壓P8的工作氣流進人氣室4，從噴嘴3與頂桿2組成的噴嘴擋板機構流人大氣中。測量壓力Pc進人波紋管1后，波紋管伸長，推動頂桿產生相應的位移。當測量壓力Pc大到一定值后，使得頂桿與標誰噴嘴之間的間隙z等于零。這時，氣室內的氣流變成觸發信號P，c，從輸出口輸出。即完成了測量信號變觸發信號的轉換。擰動螺釘5，可以調節噴嘴3的位置，這就可以決定在測量壓力P。多大值時才有觸發信號(P，c)的輸出，也就調整了Pc的輸出觸發點。
可對容器液面位置進行檢測控制。液面顯示管3內放置一個帶有磁鋼5的浮子4，顯示管外側裝了一個帶有磁鋼6的杠桿7。杠桿的另一個端面與測量噴嘴2組成噴嘴擋板機構。當液面位置發生變化時，浮子上的磁鋼將上下移動，由于其位置的變化，就引起了兩個磁鋼之間吸引力的變化，從而引起擋板與噴嘴之間的間隙發生變化。
當液面最高時，兩個磁鋼的位置距離最近，杠桿擺動的幅度最大。設此時擋板完全蓋住噴嘴，則輸出壓力Pc(即圖l中的測量壓力)等于工作氣流壓力Pg’且經氣電轉換器輸出電信號，促使輸液機構仃止工作。當液面位置「降時，吸引磁力下降，擋板漸漸離開噴嘴，輸出壓力Pc下降。當Pc下降到預先調定的某一值時，氣電轉換器即有電信號輸出，接通輸液機構向容器輸液。
旋轉軸6旋轉時，在離心力作用下擺錘軍向外擴張，使得滑環3向下移動。滑環的上端面是個平面，與測量噴嘴l組成噴嘴擋板機構。保持恒壓Pg的工作氣流從進氣噴嘴2進入測量裝置。當旋轉軸轉速不同而引起離心力變化時，滑環位置也就變化，滑環與噴嘴之間的間隙大小也就發生變化，從而引起輸出壓力Pc發生變化。若將Pc與氣電轉換器相連，通過相應的機構就可控制軸的轉速范圍。
在溫度顯示儀表的表盤上設置噴嘴擋板機構，便形成了溫度控制裝置，如圖11所示。在動針上設置擋板，在定針上設置噴嘴，將氣室內的測量壓力Pc與氣電轉換器相連，隨著溫度升高，動針向定針轉動并接近定針，當檔板與噴嘴之間的距離進人設定的某個距離(如0.03毫米)時，其輸出壓力Pc為特定的輸出信號，這時的氣電轉換器輸出信號，控制加熱設備仃止加熱，實現對溫度的控制。
利用電學中電橋原理可組成氣橋系統，如圖12所示。保持恒壓Pg的工作氣流進入測量系統后分成兩路:一路經固定型節流孔(氣阻為Rl〕和可調節流閥(氣阻為R2)通入大氣;另一路經可調節流閥(氣阻為R3)進入測量裝置，經過噴嘴擋板機構通人大氣。若把噴嘴擋板機構的氣阻定為R4，這就組成了氣橋測量系統。
如果擋板(工件)的尺寸h為基本尺寸，則測量間隙z為理論標準量。調節氣阻R2、R3可使C點和D點處的壓力值相等，壓力差為零。如果在C、D間接上U形管差壓計，則兩管的液面差為零，這就是測量的零位狀態。但在實際零件加工中存在有加工誤差，使得實際的測量間隙偏離理論標準量，造成氣阻R4的變化，引起D處壓力值的變化，在C、D兩處產生壓力差，并以U形管的液面差顯示出來.
氣橋系統常用于在線檢測和控制某些加工產品的厚度，如紙張、塑料薄膜、玻璃板、冷軋鋼板、銅鋁等有色金屬板材;還可檢測各種冷拔絲的線徑。在印刷機械工作時，還用來檢測是否出現雙張，以防止印刷時出現白頁。
摘自：中國計量測控網
