книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

небольшие габариты (рис. 10-4). Ниже приводятся дан­ ные об основных элементах, освоенных отечественной приборостроительной промышленностью.

Постоянный дроссель (рис. 10-5) предназначен для использования в качестве нерегулируемого пневматиче­ ского сопротивления (для преобразования перепада дав­ лений в расход или наоборот). Дроссель выполнен в ви­ де капилляра /, впаянного в винт 2. Последний ввернут в корпус 3, имеющий две присоединительные «ножки» 5.

Давление Pi через одну из присоедини­ тельных ножек и свер­ ления в корпусе (на ри­ сунке не показаны) поступает к капилляру; давление Р2 «снимает­ ся» с другой стороны капилляра через вто­ рую коммутационную ножку. Сверления в

винте 2 и корпусе 3 расположены таким образом, что по­ ток воздуха проходит также через дополнительный филь­ трующий слой — шерстяную пряжу 4, навитую на ка­ пилляр.

Величина сопротивления, создаваемого постоянным дросселем, определяется геометрическими размерами — длиной и диаметром капилляра, а также плотностью навивки фильтрующего слоя пряжи. В связи с этим по­ стоянные дроссели УСЭППА, строго говоря, не явля­ ются взаимозаменяемыми: разные экземпляры дроссе­ лей могут иметь заметно разнящиеся величины сопротив­ лений.

Обычно диаметр капиллярной проволоки в дросселе составляет 0,18 или 0,3 мм; длина капилляра 20 мм. Расходная характеристика дросселя — зависимость рас­ хода воздуха через дроссель от перепада давления на нем даже в первом приближении может считаться ли­ нейной лишь при небольших значениях перепада (не бо­ лее 0,1—0,2 кгс/см2).

матических цепях (например, для создания регулируе­ мой инерционности). Дроссель (рис. 10-6) выполнен по схеме «конус — конус». В корпусе 1 помещена втулка 2

363

с конусным отверстием, вдоль оси которого расположе­ на игла 3. Последняя закреплена в жестком центре раз­ делительной мембраны 5 и пружиной 4 прижимается -к лекальной пластине 6. При вращении настроечной го­ ловки 8 лекальная пластина 6, опирающаяся на винты

стройка сопротивления (проводимости) пере­ менного дросселя.

Присоединение пе­ ременного дросселя к пневматическим цепям осуществляется через две типовые коммута­ ционные ножки, кото­ рые сообщаются с дву­ мя торцевыми сторона­ ми конусной втулки че­ рез сверления в корпу­ се. Настроечная голов­ ка 8 дросселя снабже­ на равномерно оциф­

рованной шкалой 9 с

Рис. 10-6. Настраиваемый дроссель указателем 7. Рабочий УСЭППА.

диапазон угла поворо­ та головки составляет 300°; проводимость (сопротивление) переменного дрос­

селя может быть изменена более чем в 1 ООО раз. При любом положении головки (иглы), кроме положений, близких к положению максимального открытия, на дрос­ селе обеспечивается режим истечения, близкий к лами­ нарному.

При небольших значениях перепада давлений на пе­ ременном дросселе его расходную характеристику в пер­ вом приближении можно считать линейной.

Пневматические емкости предназначены для созда­ ния инерционных звеньев в пневматических цепях. Для этого их обычно соединяют последовательно с пневма­ тическим сопротивлением (постоянным или переменным дросселем).

364

Сумматор (рис. 10-8) представляет собой комбина­ цию переменного дросселя типа «конус—-цилиндр» и постоянного дросселя (капилляр), конструктивно объе­ диненных в единое изделие. Настройка коэффициентов ki и k2 достигается изменением сопротивления (прово­ димости) переменного дросселя. Диапазон изменения коэффициентов составляет от 0,02 до 0,99.

По принципу действия дроссельный сумматор яв­ ляется пассивным элементом. Выходной сигнал его -Рвых формируется за счет энергии (расхода) источни­ ков входных сигналов, поэтому быстродействие и допус­ каемая выходная нагрузка такого элемента ограничены.

Рассмотрим действие дроссельного сумматора под­ робнее. Пусть по входным каналам в элемент поступа­ ют сигналы — давления Pi и Р2.

Количество воздуха в емкости на выходе элемента

это объем входной камеры элемента УСЭППА с соеди­ нительным каналом); R — газовая постоянная; © — аб­ солютная температура воздуха, °К.

Принимая, что нагрузка сумматора представляет собой «глухую» емкость (изменение количества заклю-

3&5

ченного в ней воздуха может происходить только через постоянный или переменный дроссели сумматора), нахо­ дим скорость изменения количества воздуха на выходе элемента:

at

где Qi и Q2 — массовые расходы, соответственно через постоянный и переменный дроссели. В первом прибли­ жении их можно считать линейными функциями от пе­ репада давлений на соответствующем сопротивлении, т. е.

Подставив (10-2) и (10-4) в (10-3), найдем линеари­ зованное дифференцальное уравнение дроссельного сум­ матора:

рассмотрении уравнения (10-5) можно заметить также, что инерционность дроссельного сумматора зависит от величин настраиваемых весовых коэффициентов. При &i = l постоянная времени сумматора достигает макси­ мального значения Т. Для типовой нагрузки на выходе дроссельного сумматора УСЭППА величина Т состав­ ляет 0,3—0,4 сек.

Режим истечения через дроссели сумматора, как правило, близок к ламинарному. При изменениях пнев­

366

нейности — диапазон изменений входных сигналов, в пределах которого сумматор с достаточной точностью реализует операцию суммирования. При погрешности 3% от диапазона изменений входного сигнала и посто­ янном значении одного из давлений на входах эле­ мента область линейности составляет примерно ±0,35 кгс/см2; при изменениях обоих сигналов на входах

нормальной работы дроссельного сумматора ограничена и зависит от значений весовых коэффициентов. При ти­ повой нагрузке на выходе элемента и амплитудах сину­

и выходной Б камер, разделенных гибкой мембраной 1. Жесткий центр 2 этой мембраны служит заслонкой соп­ ла 5. У повторителей со сдвигом (рис. 10-9,6) в камеры

367

А и Б введены пружины 3, натяжение которых можно изменять с помощью винта 4.

Повторитель действует по принципу компенсации усилий. Входной пневматический сигнал поступает в ка­ меру Б и развивает на мембране 1 усилие, направлен­ ное вниз. В камеру А через постоянный дроссель ПД, в комплекте с которым работает повторитель, непрерыв­ но подается воздух из линии питания. Часть воздуха из

/2 5

камеры А через зазор между заслонкой 2 и соплом 5 сбрасывается в атмосферу. В камере А устанавливается давление, промежуточное по величине между давлени-" ем Рпит в линии питания и атмосферным. Это давление, которое служит выходным сигналом элемента, развива­ ет на мембране / усилие, направленное вверх. Оба про­ тивоположно направленные усилия, действующие на ме­ мбрану, непрерывно сравниваются. Если, равновесие этих сил (для повторителя со сдвигом — с учетом силы натяжения пружин) будет нарушено, мембрана / откро­

УСЭППА хорошую статическую точность: для повтори­ телей без сдвига погрешность повторения составляет 0,25—0,35% стандартного диапазона пневматических сигналов (1,5—2 мм рт. ст.), для повторителей со сдви-

368

гом — около 0,5%. Однако необходимо отметить, что точность повторителей в значительной мере зависит от

значительного изменения температуры окружающей сре­ ды) для сохранения высокой точности повторения необ­ ходимо производить подстройку элемента путем измене­ ния по высоте положения сопла 5.

Набор и сброс воздуха в.выходной нагрузке следя­ щих повторителей УСЭППА происходят через задросселированные отверстия, поэтому эти элементы обладают относительно невысокими динамическими показателя­ ми; их мощность и допускаемая нагрузка также суще­ ственно ограничены. Так, при объеме нагрузки 50 см3 частотная граница ОНР составляет 2,5 pad/сек. При подсоединении к выходу повторителя входной камеры другого элемента УСЭППА (например, в пневматичес­ ких регуляторах) частотная граница ОНР расширяется до 20 рад/сек.

е) Усилители мощности предназначены для повторе­ ния непрерывного входного пневматического сигнала и' усиления его по мощности. Они применяются в каче­ стве выходных элементов в большинстве приборов, по­ строенных из УСЭППА. Модификации усилителей раз­ личаются принципиальной схемой и техническими ха­ рактеристиками (в том числе и статической точностью).

Усилитель первой модификации (рис. 10-10, а) состо­ ит из трех шайб, разделенных гибкими мембранами и собранных так, что в элементе образованы четыре ка­ меры. В камеру А подается входной сигнал, камера Б соединена с атмосферой, в камере В формируется вы­ ходной сигнал элемента, а камера Г соединена с источ­ ником питания. Принцип действия элемента — компен­ сационный: усилие, развиваемое на сдвоенной мембра­ не 1 входным сигналом, непрерывно сравнивается и компенсируется усилием, развиваемым на той же мем­ бране выходным сигналом. При нарушении равнове­ сия сил на мембранном блоке двойной шариковый кла­

квосстановлению равновесия.

Всвязи с тем, что в таком усилителе мембранный блок собран из «грубых» (менее чувствительных) мем-

бран и не разгружен от действия посторонних усилий (на него частично передаются усилия, развиваемые дав­ лением питания и струей воздуха на клапанах), повто­ рение входного сигнала на выходе усилителя происхо­ дит со значительной статической ошибкой. Величина погрешности повторения достигает 5% стандартного диапазона пневматических сигналов. В то же время большие проходные сечения шариковых клапанов обес­ печивают усилителю высокие динамические свойства:

гвыт

Рис. 10-10. Усилители мощности УСЭППА.

повторения с одновременным усилением сигнала по мощности его охватывают обратной связью через предвключенный элемент сравнения (см. ниже).

Погрешность повторения входного сигнала не превосхо­

ции знака алгебраической суммы непрерывных пневма­

370

В конструктивном отношении элемент сравнения представляет собой набор металлических шайб, разде­ ленных «вялыми» мембранами. Жесткие центры всех мембран соединены общим штоком /. Концы штока слу­ жат заслонками, управляющими истечением воздуха че-

Рис. 10-11. Элементы сравнения УСЭППА.

рез сопла 2 и 3. Для обеспечения подстройки элемента сопла выполняются регулируемыми по положению.

Входные сигналы поступают в приемные камеры эле­ мента и развивают на его мембранах соответствующие усилия, алгебраически складывающиеся на штоке /. Эффективные площади всех мембран подобраны таким образом, что результирующее усилие на штоке оказы­ вается пропорциональным алгебраической сумме вход­ ных давлений. Если алгебраическая сумма входных пневматических сигналов положительна (отрицательна), под действием результирующего усилия мембранный блок займет крайнее нижнее (верхнее) положение, что приведет к появлению на выходе элемента соответству­ ющего дискретного пневматического сигнала (1 или 0).

По своему назначению элементы сравнения являют­ ся аналого-дискретными. Однако по принципу действия эти элементы относятся к аналоговым усилителям с боль­ шим коэффициентом усиления: их выходной сигнал мо­ жет принимать не только предельные, но и любые про­ межуточные значения, поэтому очень часто (в том числе в большинстве регуляторов системы «Старт») элементы