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

кадном усилителе приходится поэтому применять три чувствительных элемента, два крайних из которых имеют равные эффективные площади и нейтрализуют воздей­

к последнему каскаду, и поэтому иногда можно применять двухмембрэнные узлы.

Рассмотренный выше усилитель с выходом в виде прово­ димости — один из простейших, поскольку он является частью усилителя давления. Проводимость а сопла-за­ слонки R равна

a = а 0 + Ка (рх — р 2 ) ,

где Ка— коэффициент усиления по проводимости. Вклю­ чение этого усилителя вместо сопротивления апериоди­ ческого звена в генераторе (рис. 9.14) позволяет получить усилитель с выходом в виде частоты.

Если р а (или ре) — постоянное давление, превышаю­ щее максимальное или меньшее минимального давления рабочего диапазона, то получаем усилитель с постоянным по направлению расходом на выходе. Величина коэффи­ циента усиления по расходу переменна, так как расход газа изменяется с давлением в выходной линии. Введение повторителя со сдвигом выравнивает коэффициент уси­ ления, оставляя только разницу от нелинейности сопро­ тивлений (рис 6-18, б). Направление расхода определяет­ ся знаком сдвига А в повторителе.

Усилитель с током на выходе по рис. 6.18, в построен на основе источника тока, в котором в качестве сопротивле­ ния использован усилитель с выходом «сопротивление». Этот усилитель проще приведенного на рис. 6.18, б, по­ скольку не содержит постоянного сопротивления, вхо­ дящего в повторитель со сдвигом, и устраняет влияние нелинейности сопротивлений на коэффициент усиления-

Усилитель с выходом «знакопеременный расход» при­ веден на рис. 6.18, г. Здесь р а ирб — стабилизированные давления, находящиеся с разных сторон рабочего диапа­ зона и устанавливающиеся по величине такими, чтобы при р х = р 2 и среднем значении выходного давления суммар­ ный расход i в выходную линию равнялся нулю. Коэф­ фициент усиления и «нуль» усилителя изменяются с дав­ лением в выходной линии. Установка двух повторителей

со сдвигом оставляет только воздействие выходного дав­ ления за счет нелинейности сопротивлений (рис. 6.18, д).

Усилителем с выходом в виде емкости является камера со стенкой с нулевой жесткостью. Благодаря очень малой жесткости вялой мембраны небольшая разность давлений перемещает мембрану в одно или другое крайнее положе­ ние, изменяя тем самым в полном диапазоне объем поло­ стей, что обеспечивает высокий коэффициент усиления. Сам по себе усилитель чрезвычайно прост, однако исполь­ зование его в схемах требует применения дополнительных устройств для считывания его выхода (объёма камеры) и ввода начальных условий. Тем не менее реализация не­ которых вычислительных операций с данным усилителем довольно проста. Поскольку технически простое изме­ рение объема камеры с вялой стенкой требует изменения объема до некоторой фиксированной величины (за счет перемещения вялой стенки до жесткой стенки), то считы­ вание выхода устройства с таким усилителем может про­ изводиться только дискретно, причем на время считыва­ ния прекращается выполнение основной операции.

В важном частном случае, при поддержании на управ­ ляющем входе постоянного давления, имеем усилитель с выходом «количество газа», описываемый уравнением

AN = pAV = рКуАр.

Усилитель с дискретным электрическим сигналом на выходе содержит управляющий узел из одной металличе­ ской мембраны. Эта мембрана при определенной разности давлений на входе перемещается до касания с шайбой корпуса (или специально встроенным контактом), форми­ руя электрический сигнал. Требуемое малое расстояние между мембраной и шайбой в нейтральном положении может довольно точно устанавливаться с помощью изо­ лирующих прокладок соответствующей толщины.

Установка электрических индуктивиостей, сердечник которых закреплен на мембране, дает при высоком коэф­ фициенте усиления по перемещению усилитель с непре­ рывным электрическим сигналом на выходе.

Усилитель с дискретным электрическим выходным сиг­ налом может быть построен также из U-образной трубки, заполненной токопроводящей жидкостью.

раической суммы токов в давление с бесконечным коэф­ фициентом усиления.

В реальном узле, объем V которого отличен от нуля, усиление осуществляется только в статике, поскольку реальный узел представляет собой интегратор тока 2

J L - n n -

, Рис. 0.19. Схема усилителя стбковым входом и давлением на выходе.

в камере узла. При заданной чувствительности ( S i ) m i n пре­ дельная рабочая частота усилителя определяется вре­ менем

На р и с 6-19 в качестве примера приведена схема про­ стейшего усилителя отрицательного тока i, отсчитывае­ мого от постоянного уровня | i о |- Его уравнение:

p=-Ky(\i\-\i0\).

Поскольку примененный источник тока построен на основе реального усилителя давления, он неидеален — ток i0 будет несколько изменяться в связи с конечностью коэффициентов усиления, дрейфом и давлением р на вы­ ходе.

Использование такого усилителя в схемах требует установки повторителя выходного сигнала.

Сложность источников тока при переменном давлении в узле и практическая нереализуемость дистанционной передачи токов обусловили ограниченное применение рассмотренной структуры в общем виде. Широко приме­ няются ее частные случаи, когда в узле поддерживается

почти постоянное давление, что позволяет заменить источ­ ник тока последовательно соединенными источником дав­ ления и сопротивлением, дистанционно передавать дав­ ление вместо токов, и, кроме того, улучшить динамику вследствие резкого уменьшения рабочего диапазона из­ менения давления Ар в узле. Используются в пневматике также схемы с заменой источника тока на последователь­ но включенный источник давления и сопротивление без

стабилизации давления в узле, что приводит к зависимо­ сти входных токов от давления в узле. Динамика при этом хуже, чем при стабилизации давления в узле, по­ скольку Артах составляет полный рабочий диапазон.

На выходе всех этих схем устанавливается усилитель давления, причем сопротивления располагаются в непо­ средственной близости от узла в целях укорочения пути для тока, а источники давления — на требуемых расстоя­ ниях.

Наиболее известна схема из двух источников тока для построения преобразователя перемещения в давление, называемого часто «усилитель сопло-заслонка с постоян­ ным перепадом на постоянном и переменном дросселях» (рис. 6-20, а). В качестве источников тока использованы сопротивления, охваченные обратной связью с помощью усилителей, поддерживающих постоянные перепады на сопротивлениях. Эти источники тока вследствие нелиней­ ности сопротивлений имеют большую погрешрость при изменении давления р в узле, несмотря на одновремен­ ное воздействие р на оба сопротивления. Это увели­ чивает ошибку усилителя и снижает коэффициент усиления Ку = dp/dh. Представляется, что более полная компен­ сация может быть достигнута за счет применения обоих дросселей сопло-заслонка с симметричным включением.

Лишен воздействия нелинейности и имеет большой ко­ эффициент усиления перемещения в давление усилитель, показанный на рис. 6.20, б. г :.

Усилитель-преобразователь частоты / дискретного сиг­ нала, отсчитанной от заданного постоянного уровня / 0 ) реализуется по схеме рис. 6.21, а. Источник тока выпол­ нен с применением линейного пульсирующего сопротив­ ления. Уровень /о = i0kQ/VA, где V — объем камеры

Д>0 Д<0 Д<0 —1>-

Рис. 6.21. Усилитель частот с давлеписм на выходе: а) для частоты, отсчиты­

ваемой от постоянного уровня; б) для разности двух частот.

пульсирующего сопротивления. Положительный знак коэффициента усиления получается при источнике отри­ цательного тока i0 и А ^> 0.

Усилитель-преобразователь разности двух частот (рис. 6.21, б) содержит два источника тока с пульсирую­ щими сопротивлениями.

Выходом приведенных на рис. 6.20 и 6.21 усилителей служит обычно выход р + А одного из повторителей со сдвигом.

§7. Пневматические емкостные элементы

1. Принципы накопления энергии. Пневматические емкостные элементы имеют такое же назначение, как и электрические: они нужны для преобразования тока в скорость изменения потенциала, или заряда — в потен­ циал.

Простейшим емкостным элементом является проводник, накопление зарядов в котором осуществляется в резуль­ тате неизбежного изменения плотности зарядов с потен­ циалом.

В конденсаторе заряд должен быть пропорционален разности потенциалов в двух его линиях. Следовательно, прямая, утечка зарядов, соответствующая активной