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

19] Н Е К О Т О Р Ы Е В О П Р О С Ы Н А Д Ё Ж Н О С Т И 501

деформаций. Для повышения надежности стараются при­ менять более твердые материалы, однако это повышает требования к параллельности плоскостей сопла и заслонки и заставляет увеличивать усилия на закрытие от управля­ ющего узла.

На рис. 19.3, б показана схема узла сопло-заслонка, в котором заслонка выполнена из мягкого^ материала, на­ пример, резины. В этой конструкции деформация заслон­ ки и действующее на нее усилие ограничены за счет малой высоты сопла hc. При закрытии заслонка деформируется только на величину hc, дальнейшее ее перемещение невоз­ можно вследствие того, что металлическая плоскость А заслонки упирается в плоскость Б основания сопла, ко­ торое воспринимает избыточное усилие, действующее на заслонку. Малая деформируемость заслонки и ее работа в зоне упругих деформаций достигаются выбором низкого относительного сжатия е = hc : h3, где h3—толщина мяг­ кой заслонки.

Допускаемое в резине относительное упругое сжатие ограничено сверху:

[ е ] < [ а ] / £ ,

где Е — модуль упругости материала заслонки; [а] — до­ пускаемое напряжение сжатия. Зная величину hc, можно определить минимальную толщину заслонки, которая обес­ печивает работу в зоне упругих деформаций:

Усилие N3, действующее при этом на заслонку, находится из уравнения

NA = Sca = SceE = S C ^ E ,

где SC — площадь сопла в месте соприкосновения с за­ слонкой; о* <^ [а] — напряжение сжатия в материале за­ слонки. t

Если e3dt = Е3 — величина, характеризующаяjnpo4-

о

ность материала заслонки (сопла) при воздействии статической сжимающей силы F (превышение приводит к

разрушению); М3 — количество ударов заслонки о сопло, приводящее к раврушению; Т3 — время, за которое раз­ рушается сопло (заслонка) в результате старения; Ъ (t) — отношение времени, когда сопло и заслонка прижаты с си­ лой F, к текущему, времени; / 3 (t) — средняя частота уда­ ров заслонки о сопло, то время наработки узла соплозаслонка на отказ при совместном воздействии всех разру­ шающих факторов определяется из выражения:

При cr3 = const, что обычно имеет место, и / 3 (t) = const имеем:

Причиной выходов из строя элементов и коммуникаци­ онных плат могут быть утечки по поверхностям между мембранами и шайбами корпуса, по плоскостям склеивания плат, между элементами и платой в местах уплотнения и в выводах. Некоторое уменьшение этих утечек может быть достигнуто посредством помещения плат и элементов в кор­ пуса, где поддерживается среднее давление рабочего'диапазона. Это особенно эффективно для устройств с глубокой отрицательной обратной связью при усилителе, один вход которого сообщен с уровнем отсчета, поскольку давление в наиболее ответственных камерах конденсаторов и усили­ телей поддерживается на уровне среднего давления рабо­ чего диапазона и перепад давлений внутри и вне этих ка­ мер всегда будет близок к нулю.

В отдельных камерах применением индивидуальных приемов можно приблизить перепад к нулю даже при пере­ менном давлении. Так, для снижения перепада между камерой запоминания и окружающей средой предложено устанавливать кожух 1 (рис. 19.4, а), в который подается

В элементе памяти, использованном в работе [42] *) (рис. 19.4, б), «помнящем» количество газа, для уменьше­ ния утечек давление в камере запоминания снижается до атмосферного. Это осуществляется с помощью переключа­ телей Пх и П2 и емкости 2, перемещение вялого чулка 3

счет снижения перепада давлений на сопротивлениях

которой увеличивает объем ее полости Н до такого значе­ ния, когда давление в этой полости и камере У становится равным атмосферному.

Когда вводится рвх, на контакт К подается рвх, а в полость В емкости 2 — давление питания через переключа­ тель П2. Когда элемент «помнит», на контакт ^ и в полость В емкости 2 подается атмосферное давление.

Снижает надежность схем старение шлангов, применяе­ мых для соединения каналов плат с внешними линиями и

*) Данный элемент памяти позволяет считывать запомненное давление только в дискретные моменты времени по специальной команде, при которой весь газ выжимается в камеру V (схема счи­ тывания на рис. 19.4, б не показана).

504 П Р И Л О Ж Е Н И Е

с каналами других плат. Для устранения этой причины целесообразно плату крепить непосредственно к корпусу, с тем чтобы устранить соединительные шланги внутри при­ боров, а для соединения между собой каналов разных плат применять соединительные платы. Многослойные склеива­

h7 — толщина уплотняющего материала, h — высота гнез­ да для уплотняющего материала) и предусмотреть боковые зазоры б для расширения уплотпптельного материала при его сжатии в основном направлении (рис. 19.5).

§ 2 0 . Специальные вопросы измерения

Под измерением понимают преобразование в перемеще­ ние, которое считывается в виде числа по соответствующей точке шкалы с конечным количеством нанесенных на ней чисел (делений), или преобразование в цифровой сигнал, изображаемый в виде числа на цифровом индикаторе.

В рассматриваемой вычислительной технике приходит­ ся измерять различные параметры, с которыми она опери­ рует. Для давления, тока и времени существуют непосред­ ственные аналоговые измерители. Определение других параметров осуществляют посредством преобразования в непосредственно измеряемые параметры и измерения по­ следних. Количество импульсов и их частота могут не­ посредственно измеряться цифровыми преобразователями и индикаторами. Цифровые измерители всех аналоговых

§ 2 0 ] С П Е Ц И А Л Ь Н Ы Е ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЯ! 505

параметров содержат преобразователи в цифровой код и индикаторы.

Поскольку выпускаемые промышленностью измерители давления, тока, времени, усилий и перемещений известны читателю, а преобразователи различных параметров в дав­ ление, ток, время и преобразователи аналоговых парамет­ ров в цифровые сигналы рассмотрены в § 13, в данном параграфе обсуждаются только специальные вопросы ана­

ления в зависимости от параметров устройств, в которых производится измерение, предъявляются повышенные тре­ бования к точности, активному, емкостному и индуктивно­ му сопротивлению на входе или быстродействию измери­ теля.

В настоящее время наиболее точными лабораторными приборами являются жидкостные U-образные манометры. Их погрешность определяется только изменением плот­ ности жидкости с температурой и давлением. У воды в диа­ пазоне рабочих температур плотность изменяется на 0,0002% с каждым градусом и на 0,005% с каждой атмо­ сферой, п следовательно, при реальных отклонениях темпе­

ных жидкостях в стандартном диапазоне давлений высота трубок велика даже при измерении малых перепадов дав­ лений, поскольку в целях защиты от выброса жидкости вы­ сота рассчитана на максимально возможный перепад. При этом входные емкость и индуктивность манометра, кото­ рые пропорциональны высоте трубок, велики. Их умень­ шения можно добиться за счет разделения полостей мано-. метра герметичной вялой мембраной, перемещение которой ограничено, что обеспечивает ограничение объема вытес­ няемой в трубку жидкости.

На рис. 20.1 приведена схема такого манометра. Он содержит две полости 1 и 2, разделенные герметичной вя­ лой мембраной 3 и залитые до определенного уровня жид­ костью. Каждая полость содержит трубку 4 и камеру 5. Сечение sK камеры 5 во много раз больше внутреннего

сеченпя трубки sT P , за счет чего перемещение мембраны hM примерно во столько же раз меньше изменения уровня

Объем V каждой камеры 5 устанавливается незначи­ тельно превьппающим объем 0,5 Д/гт ах & г р жидкости, переме­ щаемой в каждой трубке при предельном перепаде Д/г1 Ш х, а объем жидкости в каж­ дой полости немного больше Aum a xST p* Входной объем над жидкостью в та­ ком манометре минимизирован — он не превышает Au m a x s T P ; индуктивность так­ же мала (определяется полным объемом

можно контролировать при непосредственном воздействии струи газа на зеркальце осциллографа [98].

Наблюдение и регистрацию быстропеременных давле­ ний производят обычно с помощью электрических прибо­ ров (усилителей, осциллографов и др.) после преобразова­ ния в электрические сигналы. При частотах, не превыша­ ющих нескольких десятков герц, преобразование осуществ­ ляется с помощью потенциометра, движок которого жестко прикреплен к мембранной коробке и перемещается с дав­ лением (рис. 20.2, с) . Объем входной камеры и индуктив­ ность могут быть малы.

При более высоких частотах преобразование давления в электрическое сопротивление основывается на измене­ нии сечения проводника при его растяжении. Проволоч­ ные сопротивления (тензодатчик) наклеивают на металли­ ческую мембрану, деформация которой от действующего на нее перепада давлений приводит к соответствующим изменениям величин сопротивлений, преобразуемых, уси­ ливаемых и контролируемых электрическими средствами.

Рис. 20.2. К измерению (регистрации) высокочастотных сигналов с помощью преобразователей в электрический сигнал: а) схема аналогового преобразователя; б) при­

мер схемы с параллельно соединенными элементами срав­ нения с электр1гческим выходом; 1 — металлическая мембрана,[2 — изоляционная шайба, з — контактная шайба.

Чрезвычайно малые входные емкость и индуктивность и очень высокие рабочие частоты можно получить при использовании пьезокристаллического преобразователя давления в электрический сигнал.

С малыми входными емкостью и индуктивностью и вы­ соким быстродействием можно получить дискретную ин­ формацию о давлении с помощью ряда параллельно уста­ новленных элементов сравнения с электрическим выходом (усилителей-преобразователей), уровни срабатывания ко­ торых соответствующим образом настроены. В схеме по рис. 20.2, б уровни срабатывания поступают от пневмати­ ческого потенциометра, преобразователи выполнены с ме­ таллической мембраной 1, перемещение которой от раз­ ности давлений приводит к замыканию (размыканию) ее электрического контакта с шайбой 3 (2 — изоляционная

шайба). Уровни срабатывания могут вводиться также инди­ видуальными пружинами, располагаемыми в преобразова­ телях.

И з м е р е н и е р а с х о д а ( к о л и ч е с т в а г а- з а). Измерение молекулярного расхода i в любой линии без заметного воздействия на ее параметры можно произ­ вести посредством ее разрыва и установки пульсирующего сопротивления с пренебрежимо малым R, через которое

Рг

будет проходить весь расход, и измерителя малых пере­ падов давления на сопротивлении R. Этот перепад пропор­ ционален молекулярному расходу:

где / 0 — высокая частота, стабилизируемая или контро­ лируемая. Если R — непрерывное сопротивление, то на­ до дополнительно измерять абсолютное давление р и знать вид нелинейной зависимости Ар = Ар (р, i) для рабочего газа.

Молекулярный расход газа i какого-либо элемента в линию с произвольным давлением р и с т (t) измеряется схе­ мой по рис. 20.3; при величине R сопротивления

Рвых = Рист ~Ь

Частота / 0 управления пульсирующим сопротивлением должна стабилизироваться или измеряться. Если эта схема используется для измерения расхода i0 источника тока,

Схема по рис. 20.4 измеряет молекулярный расход i0 источника в соответствии с выражением:

Количество молекул N в емкостном элементе, обуслов­ ленное отличием в нем давления от р „ с т , можно измерить схемой по рис. 20-5. Зависимость между р в ы х и N имеет вид:

kQ p - p s '

где р — давление в камере V; р н — давление, установив­ шееся после сообщения камер по сигналу от тумблера Тб.

Измерение в этом случае можно также произвести с помощью схемы по рис. 20.5.