Файл: Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 284

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 6]

П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е У С И Л И Т Е Л И

161

Простейшая

схема второго каскада

приведена

на

р и с 6.12. Уровень отсчета давления p B b

, x , i формирует­

ся без специального источника за счет применения двух

неравных

мембран — у

мембраны

2 эффективная пло­

щадь SgZ

меньше

эффективной площади

мембраны 1,

на

которую

воздействует

выходное*

давление

р в ы х , 1

первого

 

каскада.

Соотношение

эффективных

площадей

обеспечивает умножение давления

р 2

> подводимого к сред­

ней камере, на коэффициент

 

 

 

 

 

 

( 5 8 1 - 5 м ) / 5 а д

= 7 < 1 ,

в

 

 

 

 

 

 

результате

чего

 

второй

кас­

 

 

 

 

 

 

кад

описывается

 

уравнением

Рг

 

 

 

 

Hi

Рвых, г =

 

Ро

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ К2

(Рвых,

1

—

УР'ъ) =

Р о +

 

 

 

%lx,2

 

 

+

К2 [ р 2

{уг

 

—у)

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

*

i (Pi -

Р.)].

(6.60)

Рис. 6.12. Простейшая схема второ"

 

го каскада усилителя

при

p 2 = v a r

откуда видно, что для получения требуемого уравнения

усилителя необходимо соблюдение равенства у — yt; при

этом

Ртлх, 2 = Ро +

КгК2 (Pi — р 2 ) -

 

Уровень

отсчета выходного давления второго каска­

да — среднее

давление рабочего диапазона, однако он

может быть настроен и на другое значение.

Сближение величин уг и у

осуществляется с помощью

переменного

сопротивления

R2

первого каскада. Однако

идеального равенства этих величии достичь невозможно при изменении р2 в полном диапазоне вследствие не­ стабильности уи вызываемой нелинейностью сопро­ тивлений.

Практически полное исключение влияния уровня от­ счета yip2, а также компенсация температурной и других погрешностей," могут! быть получены с помощью схемы, приведенной на рис. 6.13. Это достигается за счет при­ менения специального формирователя / о уровня отсчета выхода первого каскада, который полностью идентичен конструктивно первому каскаду / . Из схемы включения

/0 видно, что его выходов точности равен выходу первого

каскада при р х = р 2 , т. е. уровню отсчета выхода первого

6 Е. В. Фудим

162 ЭЛЕМЕНТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ Т Е Х Н И К И [ГЛ. I I I

каскада. Второй каскад I I при этом содержит две равные мембраны. Он может быть реализован также на трехмем-

браниом усилителе типа

П-1018 системы УСЭППА

или

с помощью

приведенного

на

р и с

6.12

устройства

при

Y —> 1 или

схемы по рис. 6.8,

б-

 

 

 

 

Менее полное выравнивание ух

и у

достигается

при

выполнении формирователя / 0

в виде сопротивления сопло-

заслонка Н'х, настраиваемого

вручную.

 

 

 

 

Р,

 

РЛ

 

^ 4

1

 

 

 

 

 

 

 

щ_

 

 

 

 

 

 

Риы>,1

 

 

 

У Рг

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

~Риых,г

Рпс. 6.13. Схема усилителя с формирователем уровня отсчета первого каскада, идентичным конструктивно первому каскаду.

Эти схемы второго каскада позволяют инвертировать знак коэффициента усиления посредством простой пере­ становки входов местами, что допустимо благодаря нали­ чию двух равных или достаточно близких по эффективной площади мембран. Одиак о они заметно сложнее простейшей схемы (рис. 6.11) вследствие наличия специальных форми­ рователей уровня отсчета выхода первого каскада, к ко­ торым предъявляются требования идентичности с харак­ теристиками первого каскада.

В схемах, содержащих ряд усилителей с близкими ха­ рактеристиками первых каскадов и одинаковыми р\, например, р2 = ро, это усложнение несущественно, по­ скольку может быть применен одни общий формирователь ур2, что уменьшает избыточность аппаратуры.

Рассмотренная на рис. 6.13 схема второго каскада может быть применена также с первыми каскадами с по­ стоянным питающим сопротивлением (рис. 6.14).

П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е У С И Л И Т Е Л И

163

При р2 = const Yi = const, н поэтому равенство T = Ti обеспечивается настройкой сопротивления i?2 при простей­ шей схеме второго каскада. В этом случае для формиро­ вания ТРо в о втором каскаде может быть применена так­ же пружина, что несет с собой рассмотренные выше недо­ статки, связанные с введением упругого элемента.

При применении формирователя ТР2 с детектирующим повторителем может использоваться и одномембранный

4lux.l

ГРг

 

Jlbu,2

Рис. 6.14. Схема усилителя с постоянным питающим сопротивлением первого каскада при наличии формирователя уровня отсчета выхода первого каскада.

второй каскад, схемно не отличающийся от первого каскада (рис. 6.15). В этом случае выход второго каскада при р2= = var также имеет переменный уровень отсчета. Сопро­ тивление /?2 , как и в первом каскаде, может соединяться либо с линией сброса, либо с питающей линией. Наличие дополнительного повторителя вводит еще один источник погрешности. Повторитель может быть удален, если вы­ ходное сопротивление узла / о во много раз меньше сопро­ тивления сопла-заслонки второго каскада.

Для последующих каскадов усиления применимы схе­ мы второго каскада.

В ы х о д н о й к а с к а д у с и л е н и я , служащий в ос­ новном для снижения выходного сопротивления усилителя (усиления мощности выходного сигнала), содержит испол­ нительный узел с большими проходными сечениями. В це­ лях экономии энергии исполнительные узлы выполняются без «короткого замыкания» (§ 5)—когда вход находится в некоторой узкой зоне около своего уровня отсчета, расхода газа нет; при выходе из этой зоны в ту или другую сторо­ ну имеет место приток или сброс газа из выходной линии.

6*

164 ЭЛЕМЕНТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ Т Е Х Н И К И [ГЛ. I l l

Уравнение каскада усиления мощности без «корот­ кого замыкания» имеет вид:

а = £n (pJLi — A p J U ) ,

где а — проводимость сопротивления исполнительного узла, питающего пли сбрасывающего в зависимости от знака 'pn-i, Ки — коэффициент усиления по проводи­ мости; p°_i — выход предыдущего, (п — 1)-го каскада;

Рис. 6.15. Схема усилителя с одномембранпым вторым каскадом.

Apn-i — половина) ^отклонения давления р п 1 на входе, вызывающего .изменение выхода рп в полном диапазоне при отсутствии расхода^из выходной линии.

Коэффициент усиления по давлению Кп определяется как отношение диапазона изменения выходного давления к 2 A p n _ x , или отношение максимального давления на вы­ ходе усилителя Ртах к давлению на входе Ар"-Х .

При работе усилителя в режиме элемента сравнения (с дискретным выходом), особенно при низкой частоте переключений или в других режимах при малой требуе­ мой мощности выходного сигнала, в выходном каскаде нет необходимости применять управляющие узлы без «ко­ роткого замыкания».

 

Учитывая, что каскад усиления мощности с коэффи­

циентом усиления по давлению Кп

>

1 не сложнее таких

же

каскадов

с Кп = 1, а также тот

факт, что увеличение

Кп

облегчает

создание предыдущих

каскадов

усиления,

приходим к выводу, что применение выходных

каскадов

с Кп = 1 в большинстве случаев,

особенно при предше-

§ 0]

П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е УСИЛИТЕЛИ

1G5

ствующих одиом-двух каскадах усиления по давлению, нецелесообразно.

Схема конструктивно простого выходного каскада с од­ ной мембраной и управляющим узлом без короткого за­ мыкания приведена иа рис. 6.16. Уровень отсчета выход­ ного давления предыдущего каскада формируется за счет воздействия давления питания па заслонку управляющего узла. Если эффективная площадь sa заслонки вдвое мень­ ше эффективной площади Sa мембраны, то взаимное из­ менение мест ввода питания и сброса позволяет изменять

Рис. 6.16, Пример одномембранного выходного каскада без короткого замыкания.

знак коэффициента усиления усилителя. Сильное влияние дрейфа давления питания является серьезным недостат­ ком рассмотренного выходного каскада, особенно при ма­ лом коэффициенте усиления предыдущих каскадов. Кро­ ме того,'при недостаточно низком сопротивлении канала питания и больших возмущениях по расходу газа в дина­ мике имеет место значительный местный дрейф давления питания, что вносит сильные помехи.

В этих случаях для снижения влияния давления пи­ тания необходимо формировать уровень отсчета с помощью другого, стабильного, источника давления и уменьшать воздействие давления питания на управляющий узел. Некоторые возможные реализации рассмотрены ниже.

Золотниковый исполнительный узел (рис. 6.17, а) поз­ воляет выполнить каскад на одной мембране. Уровень отсчета отрабатывается с помощью источника давления ру с малым выходным сопротивлением. Знак коэффициен­ та усиления может изменяться за счет переключения под­ водов питания и сброса.

166

ЭЛЕМЕНТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ Т Е Х Н И К И

(ГЛ. I I I

Для уменьшения утечек через золотник могут приме­ няться комбинированные золотииково-клапанные испол­ нительные узлы (рис. 6.17, б).

I)

Рис. 6.17. Примеры реализации

исполнительного

узла: а)

золотниковый;

б) золотниково-клапаниый; о-й)

с дополнительной

мембраной и сопротивле­

нием для компенсации

воздействия давления

питания.

Компенсация воздействия давления питания может осуществляться с помощью дополнительной мембраны (рис. 6.17, в, г) или сопротивления Rn, вводящего отри-

П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е УСИЛИТЕЛИ

167

нательную обратную связь

по давлению питания

через

вход одного из предыдущих

каскадов

(рис 6.17,

д).

4. Усилители-преобразователи.

П н е в м а т и ч е ­

с к и е у с и л и т е л и с в х о д о м в в и д е д а в л е ­ н и я и в ы х о д о м в в и д е д р у г и х п а р а м е т ­ р о в . В пневматических устройствах наряду с усилите­ лями, входами и выходами которых является давление, применяются также усилители с выходом в виде других параметров — емкости, сопротивления, расхода газа, электрического сигпала и т. д.

Отличие от преобразователей давления в емкость, частоту и т. д. состоит в том, что рассматриваемые устрой­ ства имеют высокий коэффициент усиления в разомкнутом состоянии. Поэтому они применимы как для определения знака разности двух давлений с формированием дискрет­ ного сигнала на выходе, так и для работы в схемах с ох­ ватом обратными связями, воспринимающими соответ­ ствующий выходной сигнал.

Такие усилители могут быть построены из последо­ вательно соединенных усилителей давления с высоким коэффициентом усиления и преобразователей давления в соответствующий параметр с небольшим (ограниченным) коэффициентом усиления. Однако это приводит к сложным и громоздким устройствам, обычно с плохими динамиче­ скими характеристиками, что объясняется сильной избы­ точностью узлов. Так, например, если бы усилитель с вы­ ходом в виде сопротивления строился из усилителя дав­ ления и преобразователя давления в проводимость сопро­ тивления * ) , то в простейшем случае при однокаскадном усилителе давления пришлось бы применить два устрой­ ства, тогда как возможно использование в качестве вы­ ходного параметра проводимости сопротивление узла сопло-заслонка усилителя(рис.6.18, а), что намного проще.

Вполне очевидно, что любой из рассматриваемого клас­ са усилителей с давлением на входе может быть получен с помощью управляющего узла усилителя * * ) , выход ко­ торого — перемещение — в дальнейшем преобразуется в требуемый выходной параметр. Использовать усилитель

*) Управляемые сопротивления рассмотрены в § 8.

**) При нескольких каскадах имеется в виду управляющий узел последнего каскада.

Смотрите также файлы