Chương 2. Các nguyên lý chuyển đổi vμ khuếch đại
2.4. Chuyển đổi khí nén
2.4.1. Nguyên lý chuyển đổi
Nếu không khí từ nguồn ổn áp có áp suất H chảy qua lỗ F1 vào phòng khí, rồi chảy qua lỗ F2 ra ngoài thì áp suất h trong phòng khí sẽ phụ thuộc vào quan hệ giữa 2 tiết diện F1 và F2.
Nếu trị số F1 cố định, F2 thay đổi thì áp suất h trong phòng sẽ biến đổi phụ thuộc vào kích th−ớc của F2.
Nếu ta chắn dòng khí từ F2 ra bằng mặt phẳng cố định N thì áp suất h trong phòng thay đổi theo khoảng cách Z của mẫu N và F2 theo qui luật tuyến tính khí
17 18
b
a
đảm bảo điều kiện sau:
4
2 2 2
Z d
d π
π ≤ .
Hình 2-32. Các kiểu chuyển đổi khí nén.
Tức là khi Z 4 d2
≤ sẽ đảm bảo cho kết cấu vòi phun tấm chắn còn có tác dụng.
Trong chuyển đổi kiểu thứ nhất F1 gọi là đầu phun vào, F2- đầu phun ra; còn ở tr−ờng hợp hai F2 gọi là đầu phun đo.
ứng dụng: chuyển đổi thứ nhất có thể dùng đo kích thước của các lỗ F2. Trường hợp sau dùng để đo kích thước. Lúc đó chi tiết đo giữ vai trò mặt cản N.
Chuyển đổi này có các −u điểm sau:
• Độ chính xác cao (có thể kiểm tra kích thước đến 0,1 μm).
• Có thể kiểm tra không tiếp xúc đ−ợc các kích th−ớc rất mỏng nh− các
đai thép, phim, lá chì, lá cao su, lá mica... cũng nh− các mặt có độ chính xác rất cao.
• Có thể dùng kiểm tra các kích th−ớc kiểm tra nh− đ−ờng kính và tiết diện lỗ nhỏ, sâu...
• Có thể đồng thời kiểm tra một số thông số.
• Có thể dùng kiểm tra tự động và khống chế gia công.
• Có thể thay đổi tỷ số truyền bằng cách đổi đầu phun mà không cần thay đổi kết cấu máy đo.
• Máy khá ổn định.
Phần lớn các máy khí nén đ−ợc dùng đo theo ph−ơng pháp không tiếp xúc và đo so sánh.
H
F1
h F2
d1
d2 d1 d2
h F2
F1 H
N
a) b) Z
2.4.2. Các máy đo kiểu khí nén
Phần chuyển đổi đã trình bày về nguyên tắc ứng dụng dòng khí nén vào đo lường, đó là xác định biến thiên lưu lượng khí G khi kích thước F2 hay Z biến đổi hoặc xác định biến thiên áp suất h khi F2 hay Z biến đổi. áp dụng theo hướng thứ nhất sẽ cho ta loại máy đo kiểu lưu lượng kế (gọi là Rôtamét) và hướng thứ hai cho ta loại máy đo kiểu áp lực kế (gọi là Manômét). Sơ đồ nguyên lý của chúng nh− Hình 2-33a và Hình 2-33b.
Căn cứ vào trị số của áp suất làm việc H ng−ời ta chia máy đo khí nén làm hai loại: máy đo áp suất thấp và máy đo áp suất cao.
Loại thấp áp: H = 0,05 ữ 0,12 at.
Loại cao áp: H = 0,3 ữ 2, cá biệt 4 ữ 5 at.
Loại thấp áp đơn giản, dễ chế tạo nh−ng độ ổn định không cao, độ chính xác khi đo chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như độ nhám bề mặt, độ sạch (bẩn bụi, bÈn dÇu...).
Loại cao áp kết cấu phức tạp nh−ng có độ ổn định cao và không có các nhược điểm của loại thấp áp, thường được dùng nhiều trong kiểm tra tự động.
Hình 2-33. Các loại máy đo kiểu khí nén.
a. Máy đo khí nén kiểu áp lực kế
Để có đ−ợc áp suất làm việc H ổn định không khí nén cần phải đ−ợc dẫn qua bộ lọc và bộ ổn áp (có thể dùng ổn áp lò xo, ổn áp màng đàn hồi, ổn áp cột nước...).
z
d1 d2
t 2
1
H h
d2
l
H a) b)
0
Hình 2-34 là sơ đồ máy đo khí nén kiểu cột nước mang tên "Solex" là máy đo khí nén đầu tiên (sản xuất năm 1928) có H = 500mmH20 t−ơng đ−ơng 0,05at.
Khí nén từ nguồn theo ống 1 qua van tiết lưu số 2 vào ống ổn áp số 9, cắm trong thùng n−ớc số 8. N−ớc trong thùng sẽ dâng lên (do sức đẩy của khí nén trong ống 9) chiều cao H cột n−ớc là áp suất biểu kiến của áp suất trong ống 8.
Khi áp suất trong ống lớn hơn áp suất làm việc yêu cầu, không khí sẽ chui qua
đầu hở ra thùng và ra ngoài để áp suất trong ống đ−ợc ổn định. Sau khi đã ổn áp không khí đ−ợc dẫn sang phòng đo số 4 qua đầu phun vào số 3 và ra đầu phun số 6. Nhánh số 5 dùng đo áp suất trong phòng khí số 4. Khi khe hở Z thay đổi thì h thay đổi. Biến thiên của h đ−ợc chỉ trên bảng chia.
8 9
1 2
3 4
6 5
d 0
h H
Hình 2-34. Sơ đồ máy đo khí nén kiểu cột nước.
Hệ số khuếch đại của máy đo khí nén kiểu cột nước có thể đạt tới 104x. Có thể thay đổi hệ số khuếch đại bằng cách thay đổi đầu phun vào d1 máy đo dùng ổn
áp cột nước đơn giản nhưng có nhược điểm là nước rất có thể bị bốc hơi, hơi nước làm mờ ống nên rất khó quan sát, ngoài ra do n−ớc bị bốc hơi mà áp suất H không đ−ợc bảo đảm làm giảm hệ số khuếch đại (độ nhạy) của máy.
Để khắc phục nhược điểm này người ta thay đổi áp cột nước bằng ổn áp lò xo hoặc ổn áp màng đàn hồi Hình 2-35a, b là một trong những kiểu máy đo khí nén th−ờng dùng.
Trên Hình 2-35 là sơ đồ máy đ−ợc bố trí theo kiểu vi sai. Khí nén đ−ợc dẫn theo hai nhánh: đến đầu phun điều chỉnh số 8 nhờ chỉnh vít số 7 và đến chi tiết số 6 qua đầu phun đo số 5. Theo kiểu trên Hình 2-35a biến thiên của Z sẽ làm thay
H h
z d'v
2
đổi áp suất 2 bên phòng khí 10 làm cho màng đàn hồi 3 biến dạng, nó sẽ đóng mạch điện qua tiếp điểm 4 hoặc 9 để thông mạch chấp hành cho cơ cấu kiểm tra tự động hoặc máy cắt tự động. Theo kiểu trên Hình 2-35b chênh lệch áp suất làm cho ống xiphông 13 bị biến dạng chỉ thị qua áp lực kế số 12. Kiểu máy làm việc theo sơ đồ vi sai có độ ổn định cao và thời gian ổn định nhanh vì quán tính bé.
Hình 2-35. Sơ đồ máy đo khí nén kiểu vi sai.
b. Máy đo khí nén kiểu lưu lượng kế
Hình 2-36. Máy đo khí nén kiểu lưu lượng kế.
Không khí nén với áp suất ổn
định, đ−ợc dẫn vào ống côn đọc số của lưu lượng kế. Tuỳ theo kích thước của chi tiết (hay khe hở của chi tiết và
đầu phun đo) áp suất h trong phòng khí bị thay đổi làm thay đổi tốc độ dòng khí chảy qua lưu lượng kế do
đó phao (bằng nhôm, rất nhẹ độ 1 gam) bị đẩy lên ở những độ cao khác nhau.
Căn cứ vào độ nhạy đã cho của máy, quan sát biến thiên chiều cao đ−ợc 1 2
3 4
5 6
7
8
9 10 11
z 1
2
5
6 7 8
10
12 13 11
H
a) b)
h H
1
2
phao chỉ thị là ta có thể suy ra sai lệch kích th−ớc chi tiết so với mẫu. Vít số 1 và số 2 dùng để chỉnh "0" cho máy.
Hình 2-36 là sơ đồ nguyên tắc của máy đo khí nén kiểu lưu lượng kế.
Khi cho áp suất làm việc H lớn cần dùng các ống côn có độ côn lớn. Có thể thay đổi hệ số khuếch đại (độ nhậy) bằng cách giảm trọng l−ợng phao, tăng
đường kính đầu phun đo. Mỗi máy đều có kèm bộ đầu phun thay thế và bộ ống côn 1:400; 1:600; 1:1000 để thay thế. Máy có thể đạt hệ số khuếch đại rất lớn
đến 1,2 . 104 hoặc hơn thế.