Механические преобразователи

В настоящее время в технике широко применяют блочный принцип построения сложных технических устройств. В соответствии с этим принципом функции, выполняемые сложным устройством, разбивают на ряд простых, элементарных. Элементарные функции выполняют и более простые устройства. Любое сложное устройство может быть собрано из таких простых устройств.

Любую АСР, например, можно собрать из унифицированных элементов: измерительных устройств, сумматоров, регуляторов и регулирующих органов.

Измерительную цепь также целесообразно разбить на ряд элементов: первичный преобразователь, промежуточные преобразователи и измерительный прибор. Это позволяет существенно сократить номенклатуру и унифицировать промежуточные преобразователи, измерительные приборы. Вообще, блочный принцип дает возможность унифицировать отдельные элементы сложных устройств и облегчает их соединение.

При построении промежуточных преобразователей и измерительных приборов также используют блочный принцип, разбивая их на простейшие преобразователи, каждый из которых выполняет, как правило, одну элементарную функцию. Примерами простейших преобразователей являются рычаг, пружина, сильфон, неуравновешенный мост и т. п. Однако такие простейшие преобразователи обычно не обеспечивают требуемых метрологических характеристик преобразования: погрешности, стабильности, линейности, чувствительности, а также мощности выходного сигнала. Поэтому в промышленных преобразователях и измерительных приборах применяют комбинации простейших преобразователей с использованием обратной связи, корректирующих и регулирующих элементов, усилителей сигналов и т. п.

Простейшие преобразователи являются основными элементами промышленных измерительных преобразователей и называются элементарными.

Наиболее распространенные механические элементарные преобразователи приведены в табл. 3.

Таблица 3 Механические элементарные преобразователи

Рычаг.Служит для преобразования силы Fвугловое перемещение (рис. 15). При малых углах поворота рычага перемещение всех его точек почти линейное. Поэтому рычаг с малым углом поворота можно считать преобразователем силы в линейное перемещение l.

Рычаг может находиться в состоянии равновесия только при отсутствии входного сигнала, когда действующая на него сила Fравна нулю. При наличии входного сигнала (F≠0) рычаг будет непрерывно поворачиваться и его выходной сигнал — перемещение l — непрерывно изменяться. При снятии входного сигнала это изменение прекратится, а положение рычага в этот момент может оказаться любым. Такой вид зависимости выходного сигнала от входного характерен для интегратора. Следовательно, рычажный преобразователь силы в перемещение является интегратором.

Пружина. Служит для преобразования линейного перемещения l в силу F (рис. 16). Между деформацией пружины l и усилием F имеется линейная зависимость:

F=kl. (10)

Коэффициент пропорциональности k, называемый жесткостью пружины, представляет собой коэффициент передачи ее как преобразователя. Жесткость каждой пружины — постоянная величина. Жесткости пружин различного назначения могут сильно отличаться. Существуют пружины, обладающие очень большой жесткостью, например пружины в рессорах железнодорожных вагонов. Имеются и пружины с очень малой жесткостью, например в наручных часах.

Рис. 15 Рычаг Рис. 16. Пружина

С помощью пружины можно производить и обратное преобразование силы в перемещение. При этом ее статическая характеристика также будет линейной.