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

О С Н О В Н Ы Е : О Б О З Н А Ч Е Н И Я

многоходовой усплитоль в режиме сум-1

Тматора

усилитель, выходным сигналом которого является параметр х

источник разности давлений

источник тока (расхода)

элемент (узел), выполняющий логическую операцию L

мости газа использовать влияние формы каналов сопро­ тивлений на условия течения газа, а значит и на проводи­ мость. Результатом их явилось выяснение качественного влияния геометрических соотношений на характерис­ тики сопротивлений. Однако использовать эти резуль­ таты достаточно эффективно не удалось, и они не привели к созданию линейного сопротивления или хотя бы делите­ ля в частном режиме, когда один вход его постоянно сообщен с атмосферой. Причина этому, по-видимому, заключалась в том, что стремясь добиться линеаризации простейшими средствами, пришлось идти косвенным пу­ тем — вместо устранения нелинейности осуществлять взаимную компенсацию нескольких нелинейностей. В та­ кой постановке требуется, естественно, стабильность ви­ да этих нелинейностей. Последнее представляется весьма сомнительным, так как для применяемых расходов газа один из размеров сопротивления (диаметр канала, ши­ рина щели или зазор между соплом и заслонкой) мал и даже микроскопические отклонения формы каналов за счет шероховатостей и других неидеальностей, находя­ щиеся в пределах допусков при изготовлении, соизмери­ мы с этим размером и в значительной мере влияют на расходную характеристику. А поскольку эти отклонения случайны, то, как правило, не удается создать конструк­ ции сопротивления, в которой от образца к образцу по­ вторялась бы форма характеристики во всем рабочем диа­ пазоне, т. е. невозможно получить не только линейное сопротивление, но и сопротивление с любой другой ха­ рактеристикой, с достаточной точностью воспроизводя­ щейся разными образцами этой конструкции. Поэтому параллельное соединение многих сопротивлений там, где это приемлемо, дает эффект [107].

Удалось только выяснить, что существенное, но все же недостаточное для вычислительных целей, снижение

сообщен с мипимальным давлением, посредством соответ­ ствующего выбора входящих в делитель сопротивлений.

рт. ст. избыточного давления и изменении входа от 150 до 700 мм рт. ст. получены следующие погрешности А для трех сочетаний типов сопротивлений [19]: для дели­ теля УСЭППА, состоящего из капилляра и сопротив­

лителя из двух сопротивлений типа «конус — цилиндр»

состоящего из подобран­ ных нерегулируемого капиллярного сопротивления и

переменного типа «цилиндр — конус», если последний постоянно сообщен с атмосферой. Как показано в [94], лишь тщательным индивидуальным подбором удается снизить погрешность делителя с обоими изменяющимися входами. Однако подбор большого количества сопротив­ лений практически неосуществим, и поэтому пассивный сумматор на три и более входов можно построить только при каскадной схеме параллельно-последовательного сум­ мирования по два давления. При этом схема содержит большое число сопротивлений и усилителей-повторителей П (из рис. В.1 видно, что для суммирования четырех вхо­ дов нужны 6 сопротивлений и 3 повторителя), и изме­ нение одного из коэффициентов требует подбора новой пары сопротивлений.

Несколько более полная компенсация, чем в отдель­ ном делителе, достигается при наличии в устройстве двух идентичных делителей с одним постоянным общим вхо­ дом, поскольку нелинейность здесь определяется разли­ чием нелинейиостей двух делителей. К таким устройствамотносится множительно-делительное устройство [73], в

котором оба делителя содержат по капиллярному нерегу­ лируемому сопротивлению и по переменному сопротив­ лению типа «сопло-заслонка», изменяющимся синхронно вследствие наличия общей заслонки (рис. В.2). Нелиней­ ность сопротивлений в этом МДУ проявляется через не­ равенство отношений проводимостей сопротивлений у обоих делителей:

сутствие публикаций, и по-видимому, удовлетворитель­ ных конструктивных решений.

Известно лишь промежуточное решение, сочетающее управление сечением сопротивления в функции от вход­ ных давлений с применением другого нелинейного элемента в цепи управления. В этой схеме [101] (рис. В.З) управляе­ мым сопротивлением служит пространство между жестким диском 1 и эластичной мембраной 2, которая перемещается в зависимости от разности давлений с обеих ее сторон, изменяя тем самым зазор б и, следовательно, управляя величиной сопротивления. Подбором конструктивных па­ раметров и сопротивления R может достигаться значи­ тельная, но неполная линеаризация характеристики, так как управление ведется по избыточным давлениям. Су­ щественными недостатками такого сопротивления яв­ ляются наличие чувствительного элемента, который должьн обладать строго стабильной во времени зависимостью

хода от перепада давлений, возможность протока газа только в одном направлении, неуправляемость и недо­ статочная линейность, что приводит к более сложным и, очевидно, менее точным устройствам, чем пневмомехани­ ческие.

Не достигается, естественно, линеаризация характерис­ тики сопротивления и в тех частных схемах, где возможна

. жепшо диапазона изменения плотности газа; 2) сужение рабочего диапазона давлений на всех элементах схем («техника низких давлений» [170]); 3) применение нели­ нейных элементов для компенсации нелинейности со­ противлений; 4) отказ от применения пневматических сопротивлений.

2. Приемы уменьшения нелинейности при реализации линейных операций с помощью сопротивлений. Сужение диапазона относительного изменения плотности газа может осуществляться как посредством сужения рабо­

буя ухода от принятого диапазона давлений. Второй путь, заключающийся в переходе на повышенные давления, при неизменном Ар обычно неприемлем и применяется только совместно с уменьшением Ар. При этом б может быть уменьшено не более чем в ртах/рср раз (для нормаль­ ного диапазона это отношение равно 1,25), однако дос­ тигается это без установки дополнительной аппаратуры и не приводит к увеличению погрешности от усилителя.

Сужение диапазона давлений Ар в отдельных узлах схем требует, во-первых, дополнительной установки по­ низителя давления на входе в этот узел и повысителя на его выходе, что сопряжено с аппаратурным усложнением, и поэтому применяется только во временных устройствах, например в интеграторах, которые без сопротивлений построить практически невозможно. Во-вторых, наряду с уменьшением погрешности от нелинейности растут по­ грешности от усилителя и от апериодического звена вслед­ ствие изменений температуры и атмосферного давления за время интегрирования, причем эти погрешности для известных интеграторов настолько велики, что даже при

личение Кя приводит к увеличению суммарной погреш­ ности, несмотря на уменьшающуюся погрешность от не­ линейности. В результате оказывается целесообразным лишь ограниченное уменьшение нелинейности сопротив­ лений. Значительного же повышения точности рассмотрен­ ный путь дать не может.

Так, для частичного уменьшения погрешности в ин­ теграторе [94] до и после сопротивления устанавливают соответственно мембранные делитель и множитель на 10.

венства коэффициентов деления (Кя) и умножения {Ку), погрешность от нелинейности сопротивлений доходит в крайних точках до *) 3,3%, а погрешность от усилите-

низкого давления на высокое на выходе (соответственно для связи с датчиками и управляющими устройствами, работающими на высоком давлении), что приводит к су­ щественному усложнению, особенно при небольшом объ­ еме вычисления.

В струйной аналоговой вычислительной технике низ­ кого давления серьезные затруднения возникают из-за отсутствия глухих камер и других емкостных элементов с большим активным внутренним сопротивлением. Поэ­ тому обеспечение детектирующих свойств требует очень больших соотношений проводимостей, а достижению этого препятствуют, с одной стороны, опасность засорения мик­ роканалов, а с другой — резкое увеличение расходов газа и габаритов. Кроме того, при «печатном» изготовле­ нии практически очень трудно получить низкую стати­ ческую погрешность усилителей, велики «шумы». По этим причинам в настоящее время, судя по публикациям, не имеется достаточно точных струйных аналоговых устройств.

Борьба с нелинейностью сопротивлений с помощью компенсирующих нелинейных элементов не может быть достаточно эффективной в связи с тем, что форма харак­ теристики сопротивлений случайным образом изменяется от образца к образцу, и следовательно, характеристику для компенсирующего элемента подобрать практически невозможно (см. выше). Осуществим только индивидуаль­ ный подбор компенсирующего элемента, причем даже этот кропотливый процесс редко приводит к необходимой ком­ пенсации. Более точно удается выяснить характеристику сопротивлений для какой-то части диапазона абсолют­ ного давления, и поэтому компенсацию нелинейности в основном осуществляют в сочетании с сужением диапа­

Ниже рассматриваются применявшиеся приемы ком­ пенсации нелинейности посредством замены линейных элементов схемы на нелинейные и введения в схемы до­ полнительных нелинейных элементов.

Компенсация посредством замены линейных элемен­ тов на нелинейные встречалась в интеграторах с единич­ ной положительной обратной связью, в которых приме­ нялись нелинейная емкость или нелинейный сумматор.

В работе [94] описан интегратор с сумматором, реализу­ ющим сложную нелинейную операцию:

Интегратор с нелинейной емкостью и сужением диа­ пазона давлений, приведенный в работе [50], содержит усилитель, который уменьшает нелинейность от входного

Рис. В.4. Эженториос устройство: 1,2,4 — сопротивления; з — камера.

давления, камеру, объем которой пропорционален абсо­ лютному давлению в ней, и умножитель, которые соот­ ветственно частично компенсируют и уменьшают нели­ нейность от выходного давления-

Приемы компенсации нелинейности за счет введения дополнительных нелинейных узлов используют для фор­ мирования характеристик нелинейные сопротивления.

Применяется нелинейная коррекция на выходе или входе, охват отрицательной инерционной обратной связью, нелинейная коррекция по входу и выходу од­ новременно.

В пассивном сумматоре [73] нелинейная коррекция осуществляется только по давлению на одном конце соп­ ротивлений — по выходу. Коррекция достигается за счет нелинейного расхода через дополнительное сопротивление, которое при этом заодно сужает диапазон выходного давления, уменьшая нелинейность от изменения выход­ ного давления. Компенсация по входным давлениям не осуществляется.

В интеграторах, описанных в работе [50], для частич­ ной компенсации по входному давлению применено эжекторное устройство (рис. В.4), корректирующее входной сигнал. Оно представляет собой эжектор, к меньшему тур­ булентному сопротивлению которого подводится входное