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

со сдвигом оставляет только воздействие выходного дав­ ления за счет нелинейности сопротивлений (рис. 6.18, д).

Усилителем с выходом в виде емкости является камера со стенкой с нулевой жесткостью. Благодаря очень малой жесткости вялой мембраны небольшая разность давлений перемещает мембрану в одно или другое крайнее положе­ ние, изменяя тем самым в полном диапазоне объем поло­ стей, что обеспечивает высокий коэффициент усиления. Сам по себе усилитель чрезвычайно прост, однако исполь­ зование его в схемах требует применения дополнительных устройств для считывания его выхода (объёма камеры) и ввода начальных условий. Тем не менее реализация не­ которых вычислительных операций с данным усилителем довольно проста. Поскольку технически простое изме­ рение объема камеры с вялой стенкой требует изменения объема до некоторой фиксированной величины (за счет перемещения вялой стенки до жесткой стенки), то считы­ вание выхода устройства с таким усилителем может про­ изводиться только дискретно, причем на время считыва­ ния прекращается выполнение основной операции.

В важном частном случае, при поддержании на управ­ ляющем входе постоянного давления, имеем усилитель с выходом «количество газа», описываемый уравнением

AN = pAV = рКуАр.

Усилитель с дискретным электрическим сигналом на выходе содержит управляющий узел из одной металличе­ ской мембраны. Эта мембрана при определенной разности давлений на входе перемещается до касания с шайбой корпуса (или специально встроенным контактом), форми­ руя электрический сигнал. Требуемое малое расстояние между мембраной и шайбой в нейтральном положении может довольно точно устанавливаться с помощью изо­ лирующих прокладок соответствующей толщины.

Установка электрических индуктивиостей, сердечник которых закреплен на мембране, дает при высоком коэф­ фициенте усиления по перемещению усилитель с непре­ рывным электрическим сигналом на выходе.

Усилитель с дискретным электрическим выходным сиг­ налом может быть построен также из U-образной трубки, заполненной токопроводящей жидкостью.

раической суммы токов в давление с бесконечным коэф­ фициентом усиления.

В реальном узле, объем V которого отличен от нуля, усиление осуществляется только в статике, поскольку реальный узел представляет собой интегратор тока 2

J L - n n -

, Рис. 0.19. Схема усилителя стбковым входом и давлением на выходе.

в камере узла. При заданной чувствительности ( S i ) m i n пре­ дельная рабочая частота усилителя определяется вре­ менем

На р и с 6-19 в качестве примера приведена схема про­ стейшего усилителя отрицательного тока i, отсчитывае­ мого от постоянного уровня | i о |- Его уравнение:

p=-Ky(\i\-\i0\).

Поскольку примененный источник тока построен на основе реального усилителя давления, он неидеален — ток i0 будет несколько изменяться в связи с конечностью коэффициентов усиления, дрейфом и давлением р на вы­ ходе.

Использование такого усилителя в схемах требует установки повторителя выходного сигнала.

Сложность источников тока при переменном давлении в узле и практическая нереализуемость дистанционной передачи токов обусловили ограниченное применение рассмотренной структуры в общем виде. Широко приме­ няются ее частные случаи, когда в узле поддерживается

почти постоянное давление, что позволяет заменить источ­ ник тока последовательно соединенными источником дав­ ления и сопротивлением, дистанционно передавать дав­ ление вместо токов, и, кроме того, улучшить динамику вследствие резкого уменьшения рабочего диапазона из­ менения давления Ар в узле. Используются в пневматике также схемы с заменой источника тока на последователь­ но включенный источник давления и сопротивление без

стабилизации давления в узле, что приводит к зависимо­ сти входных токов от давления в узле. Динамика при этом хуже, чем при стабилизации давления в узле, по­ скольку Артах составляет полный рабочий диапазон.

На выходе всех этих схем устанавливается усилитель давления, причем сопротивления располагаются в непо­ средственной близости от узла в целях укорочения пути для тока, а источники давления — на требуемых расстоя­ ниях.

Наиболее известна схема из двух источников тока для построения преобразователя перемещения в давление, называемого часто «усилитель сопло-заслонка с постоян­ ным перепадом на постоянном и переменном дросселях» (рис. 6-20, а). В качестве источников тока использованы сопротивления, охваченные обратной связью с помощью усилителей, поддерживающих постоянные перепады на сопротивлениях. Эти источники тока вследствие нелиней­ ности сопротивлений имеют большую погрешрость при изменении давления р в узле, несмотря на одновремен­ ное воздействие р на оба сопротивления. Это увели­ чивает ошибку усилителя и снижает коэффициент усиления Ку = dp/dh. Представляется, что более полная компен­ сация может быть достигнута за счет применения обоих дросселей сопло-заслонка с симметричным включением.

Лишен воздействия нелинейности и имеет большой ко­ эффициент усиления перемещения в давление усилитель, показанный на рис. 6.20, б. г :.

Усилитель-преобразователь частоты / дискретного сиг­ нала, отсчитанной от заданного постоянного уровня / 0 ) реализуется по схеме рис. 6.21, а. Источник тока выпол­ нен с применением линейного пульсирующего сопротив­ ления. Уровень /о = i0kQ/VA, где V — объем камеры

Д>0 Д<0 Д<0 —1>-

Рис. 6.21. Усилитель частот с давлеписм на выходе: а) для частоты, отсчиты­

ваемой от постоянного уровня; б) для разности двух частот.

пульсирующего сопротивления. Положительный знак коэффициента усиления получается при источнике отри­ цательного тока i0 и А ^> 0.

Усилитель-преобразователь разности двух частот (рис. 6.21, б) содержит два источника тока с пульсирую­ щими сопротивлениями.

Выходом приведенных на рис. 6.20 и 6.21 усилителей служит обычно выход р + А одного из повторителей со сдвигом.

§7. Пневматические емкостные элементы

1. Принципы накопления энергии. Пневматические емкостные элементы имеют такое же назначение, как и электрические: они нужны для преобразования тока в скорость изменения потенциала, или заряда — в потен­ циал.

Простейшим емкостным элементом является проводник, накопление зарядов в котором осуществляется в резуль­ тате неизбежного изменения плотности зарядов с потен­ циалом.

В конденсаторе заряд должен быть пропорционален разности потенциалов в двух его линиях. Следовательно, прямая, утечка зарядов, соответствующая активной

мального диапазона давлений емкости конденсатора и ка­ мер близки по величине. Для диапазона низких давлений

менение объема камер, в диапазонах давлений, для кото­

матический конденсатор близок к идеальному, так как емкость его камер относительно мала.

3. При работе в диапазонах давлений с небольшой величиной г камера может эффективно использоваться в качестве емкостного элемента.

2. Пневматическая камера. В соответствии с уравне­ нием состояния газа общее количество молекул N в камере с постоянным объемом V1 равно

(7.1)

Заряд камеры составляет то количество молекул, которое покинет ее или поступит в нее при сообщении камеры х давлением «нуля», т. е.

(7.2)

Произведя дифференцирование уравнения состояния газа по времени в предположении изотермичностп процесса.

17 6 ЭЛ ЕЯЕНТЫ J 3 b l Ч И С Л И Т Е Л Ь Н О Й Т Е Х Н И К I I [ГЛ. I I I

получаем

к давлению в камере, находим умножением тока £м на при­

может храниться количество газа при некотором абсолют­ ном давлении, тогда как сигналы представляются избы­ точными давлениями, т. е. их уровень отсчета изменяется с атмосферным давлением.

Если атмосферное давление отклонилось на Дра Т м от величины, при которой камера заполнялась, то абсолютная погрешность «глухой» камеры или камеры, расход в ко­ торую не зависит от атмосферного давления, равна — Ара Т м- Относительная погрешность камеры в указанных схемах (режимах) равна

Для камеры, расход в которую поступает через сопро­ тивление, погрешность является функцией времени, так как абсолютное давление на входе сопротивления изме­ няется с атмосферным давлением. При скачке атмосфер­

водимость сопротивлений; р — давление в камере, обус­

Абсолютная и относительная погрешности выходного избыточного давления составят:

Р = Р — Рати = Р — (Ратм.н + Др.тм) = — А р а т м -ехр (— t/T),

соответственно начальное и конечное количества газа в

стенок должна быть достаточной, чтобы обеспечить пренеб­ режимо малое изменение объема камеры с колебаниями давления.

Камеры с управляемым вручную объемом могут вы­ полняться с применением уплотненного поршня, сильфона или упругой стенки, перемещаемых при настройке.

Конструктивная схема одной из простейших управля­ емых вручную камер показана на рис. 7.3, а. Уплотнение осуществляется с помощью кольца 3. Недостаток схемы заключается в том, что при вращении винта 2 прово­ рачивается уплотнительное кольцо 3,

Схемы с поступательным перемещением поршня и кольца показаны на рис. 7.3, б, в. В первой из этих кон­ струкций перемещение поршня 2 достигается за счет вра­ щения гайки 5, горизонтальная стенка которой помещена между верхним торцом поршня 2 и нижней плоскостью головки винта 4 с небольшим зазором, благодаря которому поршню передается только поступательная составляющая перемещения гайки.

В конструкции рис. 7.3, в поршень 2 перемещается вследствие вращения фигурного винта 6 в резьбе поршня. Возможность вращения придает винту небольшой зазор, с которым установлена тарелка винта между крышкой 5 и корпусом! . Поступательность перемещения поршня обе­ спечивается тем, что ширина выреза в корпусе незначи­ тельно превышает ширину планки 4, которая жестко при­ креплена к поршню и служит индикатором величины объ­ ема камеры.

Изменение объема за счет деформации сильфона ис­ пользуется в конструкции, приведенной на рис. 7.3, г. Настроечная часть здесь такая же, как и в схеме рис. 7.3, в; некоторое конструктивное отличие состоит в том, что винт 4 вращается в резьбе планки 3, которая расположена в зазоре фигурной крышки 2 сильфона. Настройка объема происходит в результате сжатия (растяжения) сильфона 1 с перемещением фигурной крышки 2 сильфона.

Камера с настройкой объема посредством прогиба уп­ ругой стенки приведена на рис. 7.3, д. Объем между внут­ ренней поверхностью корпуса 1 и мембраной 2 изменяется при вращении в шайбе 4 винта 3, с которым перемещается мембрана.

Камеры с автоматическим дискретным управлением за счет соединения камер с помощью клапанов или за счет дискретного изменения объема с помощью приводов и ка­ меры, емкость которых управляется цифровым сигналом, рассмотрены в § 8.

Рис. 7.3. Конструктивные схемы пневматических камер: а—9) с настраиваемым

вручную объемом V ; е) с автоматически настраиваемым объемом.