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

Характеристики непрерывных сопротивлений нели­ нейны при работе в диапазонах, где изменения плотности молекул соизмеримы с допустимой погрешностью вычисле­ ния. Поэтому их применение в качестве точных элементов вычислительной техники ограничено тем весьма незначи­ тельным числом схем, где от сопротивления требуется толь­ ко стабильность характеристики, а ее вид роли не играет. Это имеет место в тех случаях, когда на обоих входах сопро­ тивления давления либо постоянны, либо изменяются по заданной программе. Первый случай — это источники ста­ билизированного расхода (см. рис. 9.8 и 9.9), второй — временные устройства, в которых нас интересует время, в течение которого давление изменится от одного до другого значения, т. е. через сопротивление пройдет определенное количество газа, а не форма кривой изменения давления в камере апериодического звена, определяемая величиной мгновенного расхода.

Представляется, что нерегулируемые сопротивления в виде пористых тел с огромным количеством каналов, име­ ющих размеры, ненамного превышающие размеры молекул газа, например молекулярные сита, должны обладать до­ статочно линейными характеристиками в любом диапазоне давлений. Однако их применение требует идеальной очист­ ки газа, поскольку они чрезвычайно подвержены засоре­ нию пылью и влагой газа, и работы с очень малыми расхо­ дами.

назначены для обеспечения перепада давлений и расхода газа не ниже требуемых величин. Ими являются генерато­ ры и аккумуляторы энергии. К генераторам относятся компрессоры (вентиляторы), вакуум-насосы и химические реакции, сопровождающиеся выделением (поглощением) газов. Аккумуляторы — это баллоны сжатого (разрежен­ ного) газа, сжиженный газ и охлажденный до твердого состояния (в работе при условиях, когда имеется воз­ можность переходить в газообразное состояние), а также вещества, которые в рабочих условиях выделяют (по­ глощают) газ.

В общем случае источники пневматической энергии представляют собой устройства, работающие в замкнутой цепи — они должны выделять газ высокого давления и поглощать газ низкого давления, и поэтому подвод энергии при этом ведется двумя проводами (линиями). Большинст­ во применяемых пневматических устройств работает в ус­ ловиях, когда окружающая среда имеет бесконечную ем­ кость и может поглощать или поставлять любое количество газа; тогда источник энергии проще, поскольку он должен либо только выделять газ высокого давления, либо только поглощать газ низкого давления, и от источника энергии идет только одна линия (вторую линию заменяет сообщение с окружающей средой).

Примером источника энергии с замкнутой цепью, при­ меняемого в случаях, когда связь с окружающей средой невозможна или нежелательна, является пара баллонов с газом, от одного из которых идет линия высокого давле­ ния, а от другого — линия низкого давления, поглощаю­ щая газ, проходящий через пневматическое устройство из линии высокого давления. Компактнее и целесообразнее применение заряженного конденсатора по рис. 7.5, а с большой емкостью. Вместо сильфона с пружиной может применяться упругая стенка, стремящаяся сжаться.

Р е а л ь н ы е и с т о ч н и к и д а в л е н и я , предназначаемые для поддержания постоянного перепада давлений между выходом и входом, называются обычно задатчиками, стабилизаторами, редукторами или повто­ рителями со сдвигом. Входом может быть давление окру­ жающей среды, абсолютный вакуум или переменное давле­ ние. В отличие от идеальных источников давления их вы­ ходное сопротивление отлично от нуля, и поэтому они обеспечивают необходимое давление только при ограни­ ченном расходе газа в их выходной линии.

Известные источники давления являются усилителя­ ми давления, охваченными глубокой отрицательной об­ ратной связью. Они строятся по принципу компенсации усилий.

Наиболее распространены источники для поддер­ жания давления, отсчитываемого от давления окружаю­ щей среды, в которых вход сообщен с атмосферой. При поддержании абсолютного давления или перепада давлений вход изолирован от окружающей среды.

Для формирования усилия (F), задающего требуемый перепад выходного давления {Ар), в большинстве случаев используют пружины

ментов, воспринимающих выходное давление первого кас­ када.

В стационарных условиях задание F может произво­ диться с помощью грузов.

Благодаря наличию в пневматике идеального изолято­ ра возможно задание Ар с помощью герметичной газона-

полненной камеры, изменение объема которой позволя­ ет изменять величину перепа­ да. Такой способ задания перепада устраняет пружину, которая должна обладать ста­ бильной характеристикой. Существенно также, что со­

гласно уравнению состояния газа с температурой изменяется давление в камере, а

значит и перепад, что в ряде схем при переменной темпе­ ратуре ведет к погрешности, в других же схемах — к ком­ пенсации температурной погрешности.

Погрешность источников давления, равная разности реального и заданного перепадов давлений, определяется дрейфом и коэффициентом усиления. Структура источни­ ков давления., как и усилителей, зависит от требований к точности, к выходному сопротивлению и выполняемой опе­ рации.

Простейший источник давления, предназначенный для грубого поддержания уровня избыточного давления в ли­ ниях с большим потреблением газа (рис. 9.1), содержит один клапан большого проходного сечения, прикрывае­ мый при превышении величиной рвых значения, заданного пружиной.

Большое выходное сопротивление имеют выпускаемые промышленностью повторители со сдвигом (П-1053 и П-1) и задатчик (3), схема которых показана на рис. 9.2, а. Задатчик П-1099 с шариком в качестве чувствительного

элемента (рис. 9.2, б) имеет большое выходное сопротив­ ление, определяемое постоянным сопротивлением в линии питания, при потреблении газа и малое — при притоке газа в выходную линию. Снижение выходного сопротив­ ления и уменьшение расхода газа и повышение точности производятся так же, как и в выходных каскадах усили­ телей давления (см., например, двухкаскадные задатчики Р-1 завода «Тизприбор» [9], ЗУ Усть-Каменогорского завода УКЗП).

•lb

- Ф

Рис. 9.2. Схемы источников давления с заданием перепада пружиной, имею­ щие большое выходное сопротивление: а) для поддержания перепада давле­ ний по отношению к любой линии; б) для поддержания перепада давления относительно выхода источника с меньшим давлением.

Примеры источников давления с заданием перепада с помощью газонаполненной камеры показаны на рис. 9.3. Источник абсолютного давления (рис. 9.3, а) содержит один чувствительный элемент; настройка осуществляется изменением объема газа за счет вращения винта, проги­ бающего стенку камеры. В источнике перепада или избы­ точного давления — три мембраны, крайние из которых одинаковы (рис. 9.3, б).

Рассмотренные источники давления, содержащие один каскад усиления давления, как и однокаскадные усилите­ ли, имеют нестабильные характеристики.

Высокоточный задатчик может быть создан только при нескольких каскадах усиления за счет применения в пер­ вых каскадах чувствительных элементов со стабильными характеристиками. Постоянный знак перепада давлений на чувствительном элементе первого каскада позволяет получить несколько лучшие характеристики по сравнению с усилителем в обычных режимах.

Источники давления, построенные на основе усилите­ ля давления, могут соединяться последовательно для уве­ личения перепада давлений и параллельно для снижения

выходного сопротивления. Параллельно могут соеди­ няться только источники с одинаковым давлением на выходе.

В схемах, требующих ряда источников давления, все или часть которых нагружаются высокими активными со­ противлениями, целесообразно применять один источник давления с делителем на сопротивлениях, как это делают в электротехнике. Пневматическим делителем может слу­ жить, например, длинный капиллярный канал, от которо­ го сделано требуемое количество отводов. В приведенной

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^^

Е2

Рис. 9.3. Схемы источников давления с заданием перепада с помощью газонапол­ ненной камеры: а) для поддержания абсолютного давления; б) для поддержа­ ния перепада по отношению к любой линии, в частном случае — избыточного

давления.

на рис. 9.4, а конструкции потенциометр выполнен из ряда сверлений (4) в средней пластине (1), соединенных между собой фрезерованными каналами (5) и герметизированных крайними пластинами (2, 3). С целью упрощения изготов­ ления каналы 5 выполняются с сечением, намного превы­ шающим сечение сверлений 4, с тем чтобы сопротивлением каналов 5 можно было пренебречь.

На рис. 9.4, б показана схема секции потенциометра, выполненного из турбулентных сопротивлений, представ­ ляющих собой отверстия в тонкой стенке.

Потенциометр может быть построен и из настраивае­ мых сопротивлений, количество которых на единицу пре­