Измерительные преобразователи этого типа широко применяются в системах пневмоавтоматики, в том числе в качестве преобразователя линейных перемещений. Схема преобразователя «нормальное сопло́ – заслонка» представлена на рисунке 7.5, его характеристика – на рисунке 7.6.
1 – сопло́; 2 – заслонка; 3 – постоянный дро́ссель; 4 – рабочая камера; 5 – переменный дро́ссель
Рис. 7.5. Преобразователь «нормальное сопло – заслонка»
Рис. 7.6. Характеристика преобразователя «нормальное сопло́ – заслонка»
Заслонка может перемещаться относительно сопла́ (или наоборот). Буквой l обозначено расстояние между сопло́м и заслонкой.
Поток питания рабочей среды (воздуха), имеющий давление рп и расход Qп поступает на вход сопла́ и далее через постоянный дроссель 3, в рабочую камеру 4, из которой часть потока вытекает через переменный дроссель 5, образованный срезом атмосферного канала сопла́, имеющего диаметр d, и заслонкой 2. Другая часть потока питания поступает на выход сопла и используется в качестве управляющего сигнала для следующего устройства в измерительной цепи.
Сопротивление постоянного дросселя определяется по формуле:
Сопротивление переменного дросселя определяется по формуле:
где рп , Qп – давление и расход в канале питания;
рвых , Qвых – давление и расход в выходном канале;
ра — атмосферное давление.
Поскольку сопротивление переменного дросселя R2 зависит от расстояния между соплом и заслонкой l , то выходное давление сопла рвых есть мера расстояния между соплом и заслонкой.
Преобразователи «сопло – заслонка» называются также пневматическим (или гидравлическим, в случае, когда рабочее тело – жидкость) потенциометром по аналогии с электрическим потенциометром. Электрический потенциометр может изменять напряжение (разность электрических потенциалов), а пневматический потенциометр изменяет разность давлений на входе и выходе.
Для установившегося режима течения несжимаемой среды, то есть когда все расходы неизменны (Qi = const), малой величины выходного расхода Qвых по сравнению с расходом питания Qп (Qвых << Qп), а также при некоторых других допущениях, имеем следующее выражение:
где S1 – площадь проходного сечения постоянного дросселя;
S2 – площадь проходного сечения переменного дросселя.
Данное уравнение алгебраически аналогично уравнению электрического потенциометра.
Преобразователи линейных перемещений типа «нормальное сопло — заслонка» обеспечивают очень высокую точность измерений на расстояниях до 0,2 диаметров канала (l < 0,2)d.