Пропорційний електропневмоклапан

Изобретение относится к устройствам преобразования электрического сигнала в пневматический и может быть использовано в системах автоматического управления пневматическими исполнительными устройствами. Известен пропорциональный электропневмоклапан (ЭПК), содержащий преобразователь давления типа "сопло - заслонка" с электродинамическим приводом заслонки, состоящим из электромагнитной катушки, охватывающей постоянный магнит, взаимодействующий с ферромагнитной заслонкой, которая перекрывает выходное сопло преобразователя, а также повторитель давления на основе золотникового распределителя [1]. Недостатком ЭПК является трение в золотниковой паре, что снижает его точность, кроме того, для надежной работы ЭПК требуется высокая степень очистки воздуха. Известен ЭПК, содержащий корпус, разделенный жесткими перегородками и мембранами на последовательные камеры, в том числе на входную, выходную и сообщающуюся посредством электродинамического преобразователя давления "сопло - заслонка" с атмосферой надмембранную камеру, причем заслонка связана с регулирующим элементом (сильфоном) выходной камеры [2]. В ЭПК описанной конструкции за счет разности давлений в камерах действует статическое усилие, вызывающее деформацию мембраны, что ведет к снижению чувствительности и точности преобразования. В результате диапазон выходного давления ЭПК ограничен одной атмосферой, что не позволяет его использовать для управления промышленным оборудованием. В основу предлагаемого технического решения поставлена задача усовершенствования ЭПК, в котором электрический сигнал преобразуется в перемещение заслонки, ведущее к изменению давления в надмембранной камере - деформации мембраны и изменению выходного давления. Техническим результатом этого решения является повышение уровня выходного давления ЭПК и его точности за счет уравновешивания статических давлений, действующих на мембрану со стороны каждой камеры. Это достигается тем, что в пропорциональном ЭПК, содержащем корпус, разделенный перегородками и мембранами на последовательные камеры, в том числе: входную, выходную и сообщающуюся посредством преобразователя давления "сопло - заслонка" с электродинамическим приводом, с атмосферой надмембранную, и механически связанный с заслонкой толкатель, согласно изобретения, входная и выходная камеры ЭПК сообщаются посредством взаимодействующего с толкателем тарельчатого клапана, подмембранная камера сообщена отверстием с выходной и через обратный лепестковый клапан с надмембранной камерами, а входная камера сообщена с надмембранной посредством сквозного канала в толкателе. На чертеже (фиг.) показано устройство ЭПК. ЭПК состоит из корпуса 1, разделенного мембранами 2, 3 и перегородками 4, 5, 6 на последовательные камеры: входную - А, выходную - Б, подмембранную - В, надмембранную- Г, выхлопную - Д. Надмембранная камера - Г посредством сопла диаметром сообщена с выхлопной камерой - Д и далее через отверстие - с атмосферой. Сопло перекрывается упругой резиновой заслонкой 7, закрепленной на мембране 3. На мембране 3 также закреплена катушка 8, взаимодействующая с постоянным магнитом 9. Катушка 8 охвачена магнитопроводом 10. Заслонка 7, постоянный магнит 9, катушка 8 (электромагнит), сопло являются преобразователем давления типа "сопло заслонка" с электродинамическим приводом. Между входной - А и выходной - Б камерами на пружине 11 установлен тарельчатый клапан 12. Клапан 12 закреплен на нижнем торце толкателя 13 и перекрывает отверстие в перегородке 6. Верхний торец толкателя 13 закреплен на жестком центре мембраны 2 - во втулке 14. Внутри толкателя 13 и втулки 14 выполнен сквозной канал По периметру втулки 14 выполнены отверстия , закрытые лепестками эластичной мембраны 15, Отверстия и лепестки мембраны 15 образуют обратный лепестковый клапан. Выходная камера - Б сообщается с подмембранной камерой В отверстиями Толкатель 13 центрируется направляющей 16, закрепленной в отверстии перегородки 5. В корпусе 1 выполнены входное и выходной для подвода сжатого воздуха и подключению ЭПК к потребителю. ЭПК работает следующим образом. В исходном состоянии пружина 11 поджимает тарельчатый клапан 12 к краям отверстия и закрывает его. Давление питания через канал толкателя 13 поступает в надмембранную камеру Г и далее через сопло и отверстия камеры Д в атмосферу. При подаче постоянного напряжения на катушку 8 ток, протекающий по ней, образует магнитное поле соответствующей направленности. При взаимодействии магнитных полей катушки 8 и постоянного магнита 9 возникает усилие величина которого определяется известной формулой где - вектор магнитной индукции поля постоянного магнита 9; - длина провода обмотки катушки 8; - ток в обмотке. Поскольку величины и постоянны, это усилие строго пропорционально Так как сопротивление обмотки также постоянно, то усилие, приложенное к подвижной катушке, пропорционально также величине приложенного напряжения Под действием этого усилия катушка перемещается (опускается) вместе с заслонкой 7, которая перекрывает сопло создавая избыточное давления в камере Г. Уровень избыточного давления зависит от зазора между заслонкой 7 и соплом и определяется, в конечном счете, величиной поданного на катушку напряжения. Рост давления в полости Г привадит к опусканию мембраны 2 со втулкой 14, толкателем 13 и клапаном 12. В результате пружина 11 сжимается, клапан 12 открывает отверстие и давление питания передается в полость Б и далее через отверстие к потребителю. По мере роста давления в выхлопной полости Б и у потребителя растет давления в подмембранной камере В, передающееся туда через отверстие Это давление воздействует на мембрану 2 снизу и уравновешивает давление со стороны камеры Г. Как только сумма сил давления сжатого воздуха на мембрану снизу (давление потребителя) и усилие пружины сравняются с силой давления сжатого воздуха на мембрану сверху (задаваемое давление) отверстие закроется, и в полостях Б и В установится некоторое давление, являющееся выходным давлением. Это давление зависит от давления в полости Г, которое, в свою очередь, задается напряжением на катушке. При увеличении напряжения на катушке увеличивается сила развиваемая электродинамического привода, уменьшается зазор между соплом и заслонкой, что увеличивает задающее давление в полости Г. При уменьшении напряжения на катушке зазор между заслонкой 7 и соплом d1 увеличивается и избыточное давление у потребителя выпускается через отверстия в перегородке, отверстия лепесткового обратного клапана, отгибая лепестки мембраны, и далее через отверстия и в атмосферу.