книги из ГПНТБ / Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов

Рассмотрим пути повышения коэффициента усиления. Возможности увеличения Ку.у = 1/2сг , достигаемые уменьшением жесткости, ограничены требованиями к га­

баритам, прочности и стабильности (дрейфу) (см. § 5). Важную роль при улучшении параметров усилителей

играет повышение коэффициента усиления исполнитель­ ных узлов. В соответствии с уравнением (5.37) увеличение Кн.у может быть получено за счет снижения проводимо­ сти а 0 постоянного сопротивления. Поскольку при этом (при неизменных параметрах сопла) уменьшаются рабочие величины расстояния между соплом и заслонкой, то предъ­ являются повышенные требования к точности изготовле­ ния и сборке, чистоте воздуха и ухудшаются динамические характеристики усилителя (при неизменной величине на­ грузки).

Наименьшее возможное значение а 0 ограничивается минимальной проводимостью Bm m сопла-заслонки * ) , оп­ ределяемой точностью его изготовления и сборки:

Подставляя сюда значение kh~, полученное из уравне­ ния (6.3) при р° = р т а х ,

Ртах+Т-Ри

найдем выражение для оптимального ос0 :

1о

2"пит Ртах

минимально возможном зазоре, когда сопло и заслонка коснулись, ДРУГ Друга.

точности изготовления) и коэффициента Sa/S отрица­

эжектора вместо постоянного сопротивления [60] или ин­ жектора (рис. 5.7, а). Увеличение К„.у достигается за счет высоких скоростей истечения, при которых велики кине­ тические потери энергии и, следовательно,' давления. Наи­ большее увеличение Кп.у имеет место при низких давле­ ниях питания (при этом на выходе исполнительного узла достижим даже вакуум, соизмеримый по модулю срШ1Г).

Повышает коэффициент усиления исполнительного узла применение обоих переменных сопротивлений (рис. 5.7, в—д) * ) , вследствие того, что сумма проходных сечений сопротивлений'постоянна и при перемещении за­ слонки одновременно изменяются их проводимости в проти­ воположные стороны. Как показано в § 5, коэффициент усиления по сравнению с обычным узлом сопло-заслонка повышается в среднем в несколько раз. Кроме того, ко­ эффициент усиления таких исполнительных узлов значи­ тельно меньше зависит от выходного давления (перемен­ ность величины Кп.у определяется только нелинейностью сопротивлений) и практически отсутствует отрицательная обратная связь, поскольку в соплах давления постоянны.

Несмотря на это, однокаскадный усилитель П-1018 завода «Тизприбор» с обоими переменными сопротивле­ ниями имеет коэффициент усиления порядка 300 **) и'ста­ тическую погрешность до 3 мм рт. ст., что объясняется необходимостью . применения трех чувствительных эле­ ментов для изоляции входов от линий исполнительного узла. При стабилизации одного из входов можно добиться

*) Узел с обоими переменными сопротивлениями типа соплозаслонка применялся во втором каскаде регуляторов 04; в настоя­ щее время используется в элементах П-1018, П-1032 и др. системы УСЭППА [25].

П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е У С И Л И Т Е Л И 143

как это следует из ( 6 . 1 4 ) ) , получим

Очевидно, для того чтобы отсчет р° производился от средней точки рабочего диапазона, необходимо выполне­ ние равенства

откуда получаем

Д пер 2

Коэффициент усиления узла, если считать, что к =

=const,

—величина, не зависящая от выходного давления (при принятом допущении о линейности сопротивлений) и уве­ личивающаяся с ростом перепада.

Если сравнивать рассматриваемый узел с обычным уз­ лом сопло-заслонка, то можно установить, что при одина­ ковых cto и к поддержание постоянного перепада на сопле

ности изготовления коэффициент усиления при наличии постоянного перепада на переменном дросселе больше.

откуда видно, что наиболее выгодное с точки зрения дина­

изменяется также воздействие от сопла — оно не являет­ ся функцией выходного давления. Усилитель поэтому не

Существенно, что коэффициент усиления при постоянном перепаде на сопле не зависит от выходного давления.

При ДП ер. превышающем допустимое значение, в не­ которой части диапазона постоянный перепад не поддер­ живается и коэффициент усиления в этой части зависит от выходного давления. Однако средний коэффициент уси­ ления может быть заметно повышен.

Отметим, что применение постоянного перепада на переменном сопротивлении связано с необходимостью вве­ дения выходного давления в одну из камер управляющего узла (в которой расположена заслонка). Это благоприятно сказывается в устройствах, требующих такого введения обратной связи — позволяет, например, построить одномембранный повторитель давления с мощным выходом с помощью усилителя мощности с отрицательным сдви­ гом (рис. 6.7). Однако, если коэффициент усиления^дол-

вследствие чего усилитель все-таки оказывается охвачен­ ным отрицательной или положительной обратной связью с коэффициентом AS/S (в зависимости от знака разности AS этих эффективных площадей). Это приводит к снижению коэффициента усиления усилителя или появлению гисте­ резиса.

И с п о л н и т е л ь н ы й у з е л с п о с т о я н ­ н ы м п е р е п а д о м н а п о с т о я н н о м с о п р о ­

где Д пост — постоянный перепад на постоянном дросселе. Полагая в (6.19) h — О и р° = О, получаем соотношение

Дифференцируя уравнение (6.19) по h, получим выражение для коэффициента усиления исполнительного узла isT™yT:

ЭЛЕМЕНТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ Т Е Х Н И К И [ГЛ. I I I

Среднее значение коэффициента усиления по всему ра­

ния исполнительного узла с постоянным перепадом на

см. неравенство (6.13). Заменяя в этом неравенстве сумму

При полученном оптимальном значении (сс0Дпост)опт достигается максимальный коэффициент усиления испол­ нительного узла с постоянным перепадом на постоянном сопротивлении:

паде на переменном сопротивлении при оптимальных па­

дущих случаях, и это обеспечивает лучшую динамику при поддержании постоянного перепада на постоянном сопротивлении.

при применении идеальных устройств для поддержания перепадов и линейности сопротивлений имеет место сле­ дующее равенство:

«отпоет = (Ро + Щ Д п е р , откуда следует, что

т. е. при указанной идеализации равенство расходов через сопротивления имеет место при единственном рас­ стоянии заслонки от сопла, и, следовательно, коэффициент усиления Ка,у -*- оо. В действительности коэффициент усиления ограничен коэффициентами усиления усилите­ лей, поддерживающих постоянные перепады, а применение более точных формул для сопротивлений показывает, что К„.у ограничивается еще и ростом проводимости с давле­ нием [58].

Чтобы учесть конечность коэффициентов усиления устройств, поддерживающих постоянные перепады, за­ пишем уравнения этих устройств и подставим получаю­ щиеся при этом выражения для постоянных перепадов в уравнение исполнительного узла:

=cL0AaoCTt0/Ааеру о-

Уравнения (6.26) и (6.27) записаны для узла соплозаслонка с постоянным питающим сопротивлением.

Из уравнения (6.28) вытекает:

a ° (Д пер, отпоет "T" ^пост, </^nop)

Коэффициент усиления растет с уменьшением a 0 , од­ нако a 0 ограничено точностью изготовления в соответствии

снеравенством (6.13). Подставляя в это неравенство

При полученном значении а„ средний коэффициент усиле­ ния определяется выражением

уравнений (6.26) и (6.27), находим, что коэффициент уси­

ке и стоимости устройств для поддержания постоянного

ху величиной порядка 0,1 рП ит.

Для применяемых устройств с коэффициентом усиле­

Указанные средства повышения коэффициента усиле­ ния исполнительного узла не позволяют, однако, полу­ чить настолько высокий Кл. у , чтобы снизить требования

к коэффициенту усиления управляющего узла и тем самым создать однокаскадный усилитель с коэффициентом уси­ ления в несколько десятков тысяч или хотя бы в несколько тысяч при приемлемой ошибке.

Что же касается реализации управляющего узла с ма­ лой погрешностью при требуемом коэффициенте усиления, то она сталкивается с рядом противоречивых требований, основное из которых состоит в построении управляющего узла только из одного упругого чувствительного элемента, в то время как для реализации одним каскадом основной операции

Р° = Ky(Pi — Pz)

необходимы по меньшей мере два чувствительных элемента (рис. 6.8).

Указанные соображения о невозможности создания высококачественного однокаскадного усилителя подтвер­ ждаются характеристиками выпускаемых промышлен­ ностью однокаскадных усилителей.