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

нейности сопротивлений коэффициент А является суще­ ственно переменной величиной. В нормальном диапазоне

Недозаполнение камеры приводит к искажению основ ного потока газа. Чтобы найти зависимость между погреш­ ностью сопротивления и коэффициентом А, запишем вы­ ражение для расхода с учетом неполного заполнения и опорожнения камеры:

венный расход газа через контакт определяется уравне­

| ^ а т м / Л | г а а Х ~ 0 1 8 7 / 7 , £ .

При объеме камеры 1 см3 и Т2 — 0,0022 сек, обеспечи­ вающем работу пульсирующего сопротивления на частоте

венный расход газа, приведенный к атмосферному давле­ нию

личивает основной поток и приводит к погрешности, по­ скольку он нелинейно зависит от перепада давлений и не-

Сквозной проток газа прекращается при полном раз­ мыкании размыкаемого контакта, т. е. когда а 0 = а*а\%*, и, следовательно,

жет быть добавлено к основному расходу и только откло­ нения от среднего значения в этом случае будут вызывать погрешность * ) . Эти отклонения вызываются нелинейно­

основных геометрических параметров сопротивления п ускорения перемещения привода:

Отсюда видно, что погрешность увеличивается с треть­ ей степенью максимального расстояния между соплом и заслонкой, имеющего место при сквозном протоке в пере­ ходном режиме, и обратно пропорциональна квадрату ус­ корения перемещения привода. Что касается отношения afJV2, то его минимальное значение ограничивается тре­ бованиями к частоте и точности передачи порций газа.

*) Заметим, что суммарное количество газа, перетекающее за счет сквоаиых протоков за время t работы сопротивления, от t не за­ висит в явном виде. Оно пропорционально количеству управляю­ щих" импульсов.

некоторого количества газа, которое в сопротивлении приводит к погрешности расхода.

Допуская, что конструкцией контакта определяется объем AV «затягиваемого газа» (давление равно входному), при объеме камеры V сопротивления и его входных давле­ ниях рх и р2 количества газа N0' и N[ в камере равны [см. уравнения (8.1) и (8.2)]

где AV2 и AV3 — «затягиваемые» объемы газа соответст­ венно для контактов 2 и 3 (рис. 8.1, а).

Порция газа AN, проходящая через сопротивление за один импульс, составит величину, равную [см. уравнение (8.3)]

Очевидно, что для уменьшения погрешности необхо­ димо обеспечить, прежде всего, одинаковые знаки у ДУ2 и AV3, т. е. чтобы камера соединялась либо с обоими сопла­

скорости перемещения заслонки, сечения перемещаю­ щихся деталей, а также с увеличением отношения сече­ ний (точнее, проводимостей) входа и сопла и объема ка­ меры, в которой расположено сопло.

окружающую среду могут иметь место из-за негерметич­ ности полости камеры. При этом, поскольку в подавляю­ щем большинстве схем сопротивление одним из входов связано с источником давления, на работу сопротивления в этих схемах будут влиять утечки только в ту часть

Исходя из допустимой погрешности б, получим: jy>ji 6tj

где i — основной расход через сопротивление. Подставив в это неравенство значения £ у т и i, будем

иметь

т. е. с увеличением объема камеры сопротивления и ча­ стоты управляющего сигнала допускаются большие утеч­ ки по контактам сопротивления. Очевидно также, что при

рующего сопротивления давлеиие в управляющих каме­ рах контактов изменяется с частотой управляющего сиг­ нала от р_ до р+ и обратно. Таким образом, за один такт (для передачи одной порции газа) расходуется энергия газа, равная V7np (р+ — р_), где V7np — приведенный объем управляющих камер.

При частоте / в единицу времени потребляется мощ­ ность 7 у п р (р + — р_) /. Например, если Уупр — 1 см3, р+ — р_ = 1 кгс/см2 и / = 30 гц, то потребляемая на уп­ равление мощность составляет 0,3 кгс-м/сек zsz 2,9 втп.

4. Конструкция пульсирующего сопротивления. В мо­ мент размыкания у контактов типа сопло-заслонка имеет место так называемое «затягивание» в сопло некоторого ко­ личества газа, которое приводит к погрешности сопротив­ ления. Из двух возможных схем с компенсацией погреш­ ности от «затягивания» газа явно целесообразнее та, в которой камера соединена с обоими соплами, так как этот вариант обеспечивает отсутствие подвижных деталей внутри камеры, наличие которых приводило бы к измене­ ниям объема камеры с их перемещением. Преимущества­ ми этой схемы являются также возможность более надеж­ ной герметизации камеры благодаря выполнению каме­ ры вместе с ее каналами к соплам в одной детали без наружных коммуникаций между ними и получения мини­ мального объема, который может быть доведен до объема канала, соединяющего сопла контактов.

Поскольку герметизация камеры имеет чрезвычайно важное значение, пульсирующее сопротивление выпуска­ ется в виде единой конструкции (рис. 8.8), в которой ис­ пользуется возможность выполнения всех коммуникаций камеры в одной детали.

Привод контактов двухмембранный, поскольку он проще трехмембранного, имеет меньшую жесткость (при тех же размерах мембран), а требования к управляющему сигналу вполне удовлетворимые (к = 0,142).

В целях повышения максимальных рабочих частот уве­ личены проходные сечения вводов и минимизированы объ­ емы камер,| в которые поступает сигнал pt.

В приведенной на рис. 8.8, б конструкции регулируе­ мого пульсирующего сопротивления изменение объема осуществляется вращением винта. Уплотнение осуществ­ ляется резиновым кольцом. Более надежна в смысле гер-

метичности, но более сложна конструкция переменной ем­ кости сопротивления на базе сильфона. Применяются также конструкции, в которых изменение объема вруч­ ную достигается за счет поступательного движения уп­ лотненного поршня. Наиболее надежна в смысле герме­ тичности переменная емкость с прогибаемой стенкой.

Контакты типа «сопло-заслонка» изготовлены в соот­ ветствии с требованиями обеспечения высокой надежно­ сти — ограничены деформация заслонки и ее ход. В связи с тем, что уменьшение хода приводит также и к повыше­ нию точности благодаря уменьшению порций ДУ2 и ДУ3 «затягиваемого» при размыкании газа, его целесообразно уменьшать до предела, который снизу ограничен проводи­ мостью контакта, обеспечивающей необходимую частоту передачи порций газа.

Для оперативного уменьшения хода и обеспечения ра­ венства ходов заслонок обоих контактов, что дает ДУ2 ^ ^ ДУ3 и, следовательно, повышение точности, следует использовать схему с настройкой хода, например, приве­ денную на рис. 8.8, в. В целях минимизации ДУ2 и ДУ 3 уве­ личены камеры Ус2 и У с з , в которых находятся сопла, и сечения входных каналов в эти камеры (на чертеже не по­ казаны).

Приведенные на рис. 8.8, а, б конструкции имеют по­ грешность по расходу не выше 0,5% [19].

Особенно при очень низкой частоте / может оказаться целесообразным повышение надежности контакта за счет двойного сопла (рис. 8.7, б), при котором сопротивление между камерой и входом резко падает в разомкнутом со­ стоянии. В этом случае объем камеры, в которой располо­ жены сопла, необходимо уменьшать с тем, чтобы миними­ зировать величину возможных утечек из этой камеры, ко­ торая изолирована от входов. Следует иметь в виду, что уменьшение объема камеры и увеличение сечения заслон­ ки ведет к увеличению погрешности от размыкания кон­ такта, а наличие второго сопла, расположенного парал­ лельно основному,— к уменьшению этой погрешности.

На рис. 8.9 показан пример конструктивного решения пульсирующего сопротивления с одним приводом, которое в зависимости от настройки может работать в режиме уст­ ранения сквозного протока либо в режиме его минимиза­ ции. Наряду с приведенным могут применяться и другие

исполнительные узлы без короткого замыкания. Заме­ тим, что в рассмотренных конструкциях на упругие эле­ менты исполнительных узлов возлагается задача размы­ кания контактов только в переходных режимах; в уста­ новившихся состояниях герметизация достигается за счет усилия от привода.

Возможны конструкции с прикреплением к приводу только одной заслонки (рис. 8.10).

5. Преобразователи давлений в расход на основе пуль­ сирующего сопротивления. В зависимости от операции, выполняемой узлом изменения объема, может быть пост­ роен ряд преобразователей давлений в расход. Точность таких преобразователей зависит от узлов изменения объ­ ема — если они дискретны, дополнительная погрешность практически не вносится, если же объем изменяется в функции непрерывного сигнала, то достижение высокой точности требует применения точных непрерывных преоб­ разователей давлений в объем.

Преобразователь с камерой, объем которой может принимать два дискретных значения, показан на рис. 8.11, а. Камера выполненана основе сильфона. Измене­ ние объема камеры осуществляется дискретным приводом, управляемым сигналом pt. Дискретные значения объе­ мов камер Vxl И V1Z фиксируются упорами Уг и У2.

При достаточной разности давлений между амплитуда­ ми сигнала pt и предельных значений аналоговых давле­ ний привода не требуется (рис. 8.11, б).

Расход газа в этих устройствах определяется выраже­ нием

Представляет интерес частный случай этого преобразо­ вателя, когда F 1 2 = 0. При этом расход пропорционален

Pt

Рис. 8.11. Пульсирующее сопротивление с емкостью, дискретно изменяемой с помощью привода: а) со специальным приводом; б) с сильфоном; в) с емко­ стью на вялой мембране.

абсолютному давлению в одной из линий и поступает во вторую линию с любым давлением:

(8.29)

Такой преобразователь при рг = const является источ­ ником постоянного расхода: он позволяет построить ин­ тегратор абсолютного давления без применения усилите­

Наиболее общая схема точного многовходового преоб­ разователя давлений в пульсирующий расход, не требую­ щего применения точных аналоговых устройств с чувстви­ тельными элементами, дана на рис. 8.12, а.