1.3. Трьохмембранні пневмореле

Ці реле входять до складу УСЕППА. і є основними дискретним елементами цієї системи. На одному такому реле можуть бути реалізовані всі названі вище елементарні логічні функції.

Рис.1.1. Схеми трьохмембранного пневмореле

Трьохмембранне пневмореле (рис.1.1,а) складається з реагуючого органу (мембранний блок) і двох пневматичних контактів, керованих пневмоопіром типу «сопло — заслінка». Сопло в реле виконане у вигляді отворів в стінках нижньої і верхньої кришок. Заслінки 2 закріплені на кінцях жорсткого центру і відлилися разом з мембранами 3 з гуми. Пневмоконтакт замкнутий тоді, коли заслінка відведена від сопла і сигнал може проходити, не зустрічаючи опору, через відкрите сопло з однієї ділянки пневматичного ланцюга в іншій. Пневмоконтакт розімкнений, коли заслінка повністю закриває сопло і пневмо опори для проходу сигналу рівно нескінченності.

На вхід реле (рис. 1.1,б) подається тиск і . Одне з тиску підтримується постійним (тиск підпору), інше (тиск управління) може приймати два дискретні значення: «0» або «1». Тиск підпору може складати 30 % (малий підпір) або 80 % (великий підпір) від максимального значення і вибирається залежно від схеми включення реле. На схемах малий підпір відображається одинарним штрихуванням, а великий — подвійний. Зусилля, що виникає на мембранах в результаті дії на них тиску підпору і тиску управління, обумовлює переміщення жорсткого центру вгору або вниз залежно від результуючого зусилля. Якщо це зусилля направлене вгору, то розмикається контакт А, а контакт Б замикається, якщо ж воно направлене вниз, то, навпаки, замикається контакт А і розмикається контакт Б.

Випускаються також пневматичні мембранні реле, у яких початкове положення всього мембранного блоку фіксується пружиною (рис. 1.1, в) в одному з крайніх положень. За відсутності тиску, що управляє, тут один з контактів (контакт А) розімкнений, а інший (контакт Б) — замкнутий. Такі реле називають реле з фіксованим нулем. Для управління роботою реле з фіксованим нулем потрібний тільки один тиск. Не дивлячись на те, що схема трьохмембранного реле аналогічна схемі двухвходового мембранного підсилювача, як видно з опису реле, конструкція його значно простіша. Це пояснюється тим, що підсилювач і реле повинні мати статичні характеристики, що принципово відрізняються.

Статична характеристика пневмореле повинна мати форму петлi (рис. 1.2,б, г), причому на ширину петлі, і її розташування відносне початки координат не накладається жорстких обмежень і вони можуть в певних межах змінюватися.

Для формування петле подібної статичної характеристики трьох-мембранного реле воно охоплюється позитивним зворотним зв'язком шляхом з'єднання між собою виводів 2,3 і повідомлення нижньої камери з атмосферою (рис. 1.1,а). За наявності малого підпору, що підводиться через введення 5, і відсутності сигналу управління на введенні 4 мембранний блок знаходиться в нижньому положенні і тиск на виході реле максимальний і рівний тиску живлення ( ⁼«1»), що підводиться через введення 1. Тиск управління при якому реле перемикається із стану «1» в стан «0», визначається умовою рівності зусиль на мембранному блоці ,

звідки

, (1.1)

де f і F –ефективні площі малих і великих мембран реле.

Рис. 1.2. Схеми включення (а, в) і статичні характеристики (б, г) трьохмембранного пневмореле

При зворотному перемиканні реле з «0» на «1» тиск у верхній і нижній камерах реле рівне «0» і тому зворотне перемикання реле відбудеться за умови, коли

. (1.2)

Як видно з (1.1) і (1.2), пневматичне реле перемикається з одного стану в інше при різних рівнях тиску управління, що обумовлює петлеподібну статичну характеристику реле (рис. 1.2,б). Ширина петлі визначається різницею тиску управління в першому і другому випадках та дорівнює

. (1.3)

Для схеми включення реле, показаної на (рис. 1.2, в) тиск управління при якому відбувається перемикання реле із стану «0» в стан «1», знаходиться з виразу

. (1.4)

Зворотне перемикання реле відбувається при тиску, визначуваному з виразу, звідки

. (1.5)

Ширина зони петлі визначається різницею виразів (1.4) і (1.5) .

Як видно з останнього виразу і виразу (1.3), для обох схем включення пневмореле, ширина зони перемикання визначається співвідношенням площ мембран і тиском живлення.

У трьохмембранних реле системи УСЕППА. . Вибір тиску підпоровши — малого і великого — дозволяє розташувати петлеподібну статичну характеристику симетрично щодо управляють сигналів , що подаються, і , граничні значення яких рівні тиску живлення і нулю.

У табл.1.1. приведений перелік елементарних логічних функцій, що реалізовуються за допомогою одного трьохмембранного пневматичного реле. Крім функцій І, АБО і НІ на одному трьохмембранному реле можна реалізувати ще логічні функції «Повторення», «Імплікація», «Заборона».

Логічна функція ТАК відрізняється тим, що приймає те ж значення, яке має аргумент. Пристрій, що реалізовує дану функцію, зазвичай виконує чисто технічне значення і служить для розв'язки або відновлення сигналу за рахунок енергії джерела живлення, тобто є повторювачем сигналу дискретної дії.

Схема, що реалізовує логічну функцію «Імплікація», виробляє на виході сигнал ⁼«0» тільки у тому випадку, коли один з двох вхідних сигналів або рівний «1», а інший вхідний сигнал, або при цьому рівний «0». У решті всіх випадків «1».

Таблиця 1.1.

Реалізація логічних функцій

Схема, що реалізовує логічну функцію «Заборона», працює так, що при одиничному значенні одного із сигналів, або, забороняється проходження на вихід іншого сигналу, або .

Використовуючи правила алгебри логіки, можна за допомогою відповідних з'єднань трьохмембранних реле реалізувати принципово будь-які логічні функції. У таблиці 1.2 як приклад приведені реалізації на двох трьохмембранних реле найбільш часто вживаних логічних функцій «Рівнозначність», «Нерівнозначність», «Стрілка Пірсу», «Штрих Шеффера».

Таблиця 1.2

Реалізація логічних функцій