Гидро - и пневмомеханоэлектрические преобразователи.

Рассмотренные преобразователи на практике всегда использу­ются в той или иной подходящей к случаю комбинации друг с другом, что приводит к большому разнообразию схем преобразо­вания. Чтобы получить о них общее представление, обратимся к универсальной структурной схеме преобразователей гидравлических (пневматических) величин в электрические, которая охваты­вает основные комбинации элементарных преобразователей (рис. 3.19). Как видно из схемы, в случае промежуточных преобразо­ваний расход или давление жидкости по цепям 4—7 преобразу­ется в силу или перемещение, которые затем преобразуются в эле­ктрическую величину по цепям 5—5 и 7—8. В наиболее громоздком случае преобразования расхода в электрическую величину по цепи 1—4—6—7—8 этот процесс включает в себя четыре последо­вательных элементарных преобразования.

Рис. 3 19 Обобщенные функциональные схемы преобразователей расхо­да (давления) в электрический сигнал (а) и гидро (пневмо)механоэлектрических преобразователях (б).

Однако точность преоб­разования в этом случае сравнительно невелика, так как ошибка системы _с будет равна сумме ошибок _i звеньев, находящихся в цепи преобразования:

где п — число последовательно включенных звеньев (в случае пре­образования по цепи 1—4—6—7—8 на рис. 3.19 п = 4).

Погрешность таких преобразователей ± (1.5  2,5)% и выше, что заставляет прибегать к помощи отрицательных обратных свя­зей (прерывистые линии на рис. 3.19). Схемы с обратными свя­зями нередко именуют компенсационными.

При относительно высокой точности звена обратной связи (электрический ток — механическая или гидравлическая величи­на) компенсационные схемы принципиально точнее, чем схемы прямого преобразователя без обратной связи. Если обратная связь охватывает всю прямую цепь преобразования (например, 1—4— 6—7—8—12 на рис. 3.19), то ошибка системы

где _1-8 — ошибка цепи /—4—6—7—8 (суммарная ошибка звень­ев прямой цепи); _8-12 — ошибка обратного преобразователя (сум­марная ошибка звеньев обратной связи); к­_1-8,к_8-12 — коэффици­енты передачи соответственно прямой цепи и цепи обратной связи.

Из выражения (3.45) следует, что при к­_1-8к_8-12  

т. е., увеличивая коэффициент передачи прямой цепи, можно су­щественно снизить влияние ошибок ее звеньев на ошибку систе­мы. Однако увеличение коэффициентов передачи приводит к уменьшению запаса устойчивости системы, что требует включения в ее структуру корректирующих звеньев. Последнее, в свою оче­редь, усложняет схему преобразователя. Следовательно, требова­ния увеличения точности и запаса устойчивости взаимно противо­речивы, поэтому часто компенсационные схемы выбирают стати­ческими с допустимой величиной статизма (в статических схемах компенсация требуемого параметра осуществляется не полностью, а значение не скомпенсированного параметра — давления, усилия, перемещения — определяет статизм системы). В астатических же системах с обратной связью происходит теоретически полная ком­пенсация давления, усилия или перемещения (в зависимости от выбранной структуры преобразователя), но при этом в прямую цепь необходимо ввести интегрирующий элемент, который снижа­ет устойчивость и усложняет конструкцию преобразователя. Ис­пользование электродвигателя в качестве интегрирующего эле­мента в ряде случаев вызывает необходимость введения допол­нительного выходного звена, преобразующего перемещение (угол поворота) в унифицированный электрический сигнал, не охвачен­ного обратной связью и увеличивающего погрешность астатиче­ских схем.

В гидро (пневмо)механоэлектрических преобразователях с об­ратной связью возможна компенсация перемещения по цепи 8—9, силы по цепи 8—10, давления по цепи 8—11 и расхода по цепи 8—12. Кроме того, компенсация этих гидравлических и механи­ческих величин возможна и по изображенным на схеме внутрен­ним цепям, например 7—11 или 5—12.

Как уже было показано, компенсация уменьшает погрешность, вносимую звеньями, охваченными обратной связью, но не сказывается на погрешности остальных звеньев. Поэтому в принципе следует стремиться охватить компенсацией возможно большее число звеньев, чему обычно препятствует отсутствие подходящих преобразователей для цепей обратной связи. В результате при на­личии только компенсации перемещения снижается погрешность преобразователя «перемещение — электрический ток», но сохраня­ются все источники погрешностей, связанные с сохранением пол­ного рабочего хода элементов преобразователя «сила — перемеще­ние», такие, как трение, гистерезис и т. п. В результате ошибка преобразования с компенсацией перемещений бывает не ниже ±(0,51)%.

Эти недостатки в значительно меньшей степени проявляются в случае применения преобразователей с силовой компенсацией. В последнем случае различают полную силовую компенсацию (ас­татическая схема) и неполную силовую компенсацию (статическая схема). При полной силовой компенсации в установившемся ре­жиме подвижные органы преобразователя «сила — перемещение» занимают всегда одно и то же положение, не проявляя ни тре­ния, ни гистерезиса. При неполной силовой компенсации рабочие органы совершают перемещения, однако значительно меньшие, чем при компенсации перемещений. Силовая компенсация позво­ляет снижать погрешность преобразования до величин порядка 0,2-0,5%.

Как видно из схемы (рис. 3.19), преобразование расхода и давления в электрический сигнал возможно и непосредственно по цепям 2—8 и 3—8, которые не содержат никаких механических преобразований и лишены сопутствующих этим преобразованиям недостатков.

Однако реализация цепей 2—8 и 3—8 требует применения спе­циальных преобразователей «расхода — электрический ток» и «давление — электрический ток», которые пока серийно не произ­водятся. Не­посредственное преобразование гидравлических величин в элект­рические может осуществляться как с компенсацией по цепям 8— 11 и 8—12, так и без нее, поскольку в прямых цепях находится всего по одному преобразователю с относительно небольшой по­грешностью. Компенсация же возможна лишь при наличии в це­пях обратной связи специальных преобразователей электрических величин в гидравлические.

Более детальная функциональная схема преобразователей гид­равлических (пневматических) сигналов в электрические с их про­межуточным преобразованием показана на рис. 3.19, б В ней при­няты следующие обозначения- 1 — пневматический (гидравличе­ский) усилитель мощности (П(Г)УМ); 2 —пневмо- или гидроме­ханический преобразователь (П(Г)МП); 3—механоэлектрических преобразователь (МЭП); 4 —электрический усилитель мощности; 5 —электромеханический преобразователь (ЭМП); 6 — механопневматический или механогидравлический преобразователь (МП(Г)П).

При достаточно мощном входном пневматическом или гидрав­лическом сигнале пневматический (ПУМ) или гидравлический (ГУМ) усилитель мощности может отсутствовать.