§ 13] |
П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И |
355 |
ный для введения начального условия. Согласно уравне нию камеры при токе i и объеме камеры V справедливы гледующие равенства:
|
|
|
РвыХ — Ро ~1 |
у~ Г» |
(13.28) |
|
|
|
N = |
N0 + |
it, |
(13.29) |
где р 0 и |
N0 |
— |
начальные |
давление и |
количество газа |
в камере; |
i |
= |
const. |
|
|
|
Приведенные |
на рис. |
13.21—13.23 |
преобразователи |
давления во время, в количество импульсов и скважность
имеют |
такую же структуру, |
как |
|
|
|
и преобразователи по рис. 13.13, |
|
|
|
13.14. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Преобразователи |
давлений |
в |
|
|
|
частоту |
(период) импульсов |
могут |
|
|
|
строиться |
по структуре V - 1 с глу |
|
|
|
бокой |
отрицательной |
обратной |
|
|
|
связью по частоте. Так, схемы по |
|
|
|
рис. 16.4, а, б, и, к при / х |
= |
const |
Рис. 13.20. Схема |
преобразо |
выполняют линейное и гиперболи |
вателя |
времэнн в |
давление |
пли |
количество газа. |
ческое |
преобразования |
положи |
|
|
|
тельного давления в соответствии с уравнениями (16.23) и (16.26), (16.34) и (16.35). Схема по рис. 16.4, в стабилиза
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тора частоты |
не требует, поскольку |
построена |
с примене |
нием непрерывного |
сопротивления |
[уравнение |
(16.27)]. |
|
|
|
|
|
Схемы по |
рис. 16.4, |
|
|
|
|
&, д, |
л, |
м прп |
постоян |
А |
|
|
|
ной частоте |
/ г |
преобра |
Рг |
I |
t |
Л |
зуют |
по линейному |
и |
|
|
> |
гиперболическому |
зако |
|
|
|
Ptx |
нам отрицательное |
дав |
|
|
|
|
ление, |
отсчитанное |
от |
Рис. 13.21. Схема |
преобразователя давле |
уровня |
р т а х , — уравне |
|
ния |
во время. |
|
ния |
(16.28), |
(16.29), |
|
|
|
|
|
|
|
|
(16.36), |
(16.37). |
Приве |
денная на рис. 16.4, е схема с |
непрерывным сопротивле |
нием осуществляет гиперболическое преобразование сог ласно уравнению (16.30) без стабилизатора частоты.
Знакопеременные давления преобразуются в частоту схемами по рис. 16.8 — см. уравнения (16.48) — (16.50).
Знак давления передается дискретным |
сигналом р х . |
Частота на выходе соответствует модулю |
давления. |
<
"Рт
Рис. 13.22. Схема преобразователя давле ния в количество импульсов.
356 |
Т И П О В Ы Е |
П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е УСТРОЙСТВА |
[ГЛ.У |
|
Преобразование |
знакопеременного давления в |
знако |
переменный частотный сигнал осуществляется схемой по
рис. 12.18, б. |
При рг — const |
и / х = |
const |
(рис. |
16.10, в) |
— преобразование гиперболическое |
с |
любым |
знаком |
коэффициента |
передачи; при |
р 2 = |
const |
и / х |
= const |
|
|
(рис. 16.10, а, б) — пре |
|
|
образование |
линейное |
|
|
также |
с |
любым знаком |
>[соответственно урав нения (16.56), (16.54)].
Линейные преобразо вания количества им пульсов и времени в объ ем камеры или количе ство газа могут осуще ствляться с помощью емкости с вялой мембра
ной (рис. 13.24). |
Источником тока здесь служит сопротив |
ление, на обоих |
входах |
которого поддерживаются посто |
янные |
давления |
ра и р0. |
При преобразованиях п ->- N и |
n - > - F |
сопротивление В. — пульсирующее, при преобразо |
ваниях |
t-*- N и |
t -»- 7 — непрерывное сопротивление * ) . |
Из уравнений сопротивления и емкости с вялой мембра ной получаем уравнения преобразований:
|
|
|
п, |
(13.30) |
AN |
= |
p^t, |
|
(13.30') |
7 |
= |
Ро |
П, |
(13.31) |
|
|
|
|
7 |
= Ро |
|
(13.31') |
Рис. 13.23. Схема прео бразователя давления в скважность.
где Vj_ — объем |
камеры пульсирующего |
сопротивления; |
а — проводимость |
непрерывного |
сопротивления. |
3. Цифро-аналоговые преобразователи. Структура циф |
ро-аналоговых преобразователей |
(ЦАП) |
определяется |
уравнением цифрового кода. Для применяемых линейных
*) При построении преобразователей времени па пульсирую щем сопротивлении требуется генератор стабильной частоты /.
Рис. 13.24. Схема преобразова теля количества импульсов (или времени) в величину емкости (или количество газа), построен ного на емкости с вялой мем
браной.
|
|
|
|
П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И |
|
|
357 |
КОДОВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i n |
11 |
|
|
|
|
|
|
D |
= |
21ЬМ |
(2 Я * * ' - 1 ) ] |
= 2 |
#л (Ь7 '-1 ^-1 ) = |
2 |
DnWn, |
(13.32) |
где |
J = l |
i = l |
|
3. i |
счисления, |
j , i |
|
пред |
й — основание |
системы |
в которой |
ставляется число D; |
а — 2 — основание двоичной системы, |
с |
помощью которой |
выражаются цифры^О -г- (b |
— 1); |
Dji |
|
— дискретные |
сигналы с двумя уровнями; Wjt = |
= b'^a1'1 |
— «вес» |
сигнала DjU являющийся |
постоянной, |
заранее |
известной |
величиной. |
|
|
|
Из приведенного уравнения следует, что цифро-анало говое преобразование сводится к арифметическому сум мированию. Это суммирование может выполняться либо только над некоторыми постоянными
«весами» Wjt, выбираемыми по признаку Dji = 1, либо над все ми произведениями переменно го во времени сигнала Djt, мо гущего иметь два значения, на постоянную величину — «вес»
Wji. В первом, более распространенном, случае D7i — дискретный сигнал, используемый для выбора слагаемых, во втором — Dji трактуется как аналоговая величина, оба значения которой должны быть строго стабилизированы.
Вобоих случаях реализация ЦАП — это многовхо-
довой сумматор, содержащий ряд (по |
числу |
сигналов |
Dji) |
идентичных |
цепочек, суммируемый |
параметр |
кото |
рых |
(параметр |
«веса») |
пропорционален |
«весу» |
Djt. |
точ |
В |
целях упрощения |
реализации и |
повышения |
ности ЦАП в качестве параметра «веса» выбирают такую физическую величину, суммирование которой не требует
|
|
|
|
специального устройства и осуществляется простым |
под |
соединением к |
общему узлу или в последовательную |
цепь. |
Такими параметрами могут служить ток, |
количество |
газа, величина |
емкости, проводимость (при |
соединении |
в узел), перепад давлений, импеданс (при последователь |
ном соединении). Следовательно, пневматические ЦАП ос новываются на соединенных в узел источниках тока, ис точниках количества газа, камерах или сопротивлениях и соединенных последовательно источниках перепадов давлений или сопротивлениях.
358 |
Т И П О В ЫЕ П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Е УСТРОЙСТВА |
[ГЛ. V |
В соответствии с вариантом решения зависимости (13.32) каждая цепочка представляет собой_либо узел формирования параметра «веса» с отключающим элемен том (клапаном), лпбо узел умножения. Узел умножения оказывается проще в том случае, когда узел формирова ния параметра «веса» может достаточно точно умножать «вес» на входное давление и уровни сигналов Djt стабильны. Тогда при подаче вместо этого давления си гнала Dji реализуется умножение без дополнительного элемента, в результате чего каждая цепочка состоит только из узла формирования Wji (в режиме умножения). Если же уровни Dji нестабильны, то требуется установка в каж дой цепочке переключателя, питаемого стабилизирован ными давлениями.
Отметим попутно, что причина погрешности от отклю ченных цепочек у рассмотренных вариантов — разная: в схемах с переключателями она может появляться в слу чае их негерметичности, в схемах с умножением — вслед ствие неточности поддержания нулевого давления.
Некоторые |
характеристики |
преобразователя зависят |
от отношения |
М — Wjit ш а х |
: IVц, т-1П |
максимального |
«веса» к минимальному. Это отношение обычно довольно
велико (например, |
при |
12-разрядном двоичном коде |
М = 21 1 :2° ] > 2000), |
что |
почти всегда ведет к определен |
ным нежелательным последствиям, таким, как снижение точности или увеличение габаритов и т. п. По этой причи не параметр «веса» целесообразно формировать в виде произведения двух или более параметров, что резко сни жает отношение предельных значений параметров эле ментов. Если, к примеру, М = 2п реализуется с помощью произведения pV двух параметров при двух фиксирован ных уровнях р, отличающихся в 2, г '2 раз * ) , то получаем две одинаковые группы цепочек с максимальным отно шением V 2"/2 <^ 2". При т значениях р имеем т одина ковых групп V с максимальным отношением в каждой группе 2п-'т.
Простейший линейный преобразователь двоичного цифрового сигнала в аналоговый показан на рис. 13.25. Он содержит по одной камере и одному нормально разом кнутому контакту на каждый разряд. Объем камеры про-
) Принято, что га — четное число.
§ 13] |
П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И |
359 |
порциопалеи «весу» разряда, управляющего контактом, который присоединяет камеру к выходной линии А. Вы ходом преобразователя является объем камеры, подсо единенной к линии А:
п п п
VA = 2 v i ° i = 2 G V 2 м ) А = П 2 2 - - х А = F 0 D , ( 1 3 . 3 3 )
|
i = l |
i = l |
|
i = l |
|
где |
F 0 — коэффициент |
пропорциональности, |
равный |
«весу» младшего |
разряда; |
VT = |
VQ-21-1 — объем |
камеры |
i-го |
разряда; |
D — число на входе, заданное в двоичном |
коде |
сигналами |
DT. |
|
|
|
В данном и во всех других цифро-аналоговых |
преобра |
зователях при соответствующем |
выполнении контактов, |
7Г^
Рис. 13.25. Схема преобразователя цифрового сигнала в объем.
воспринимающих цифровой сигнал, последний может быть как пневматическим, так и электрическим или гидравли ческим. Все цифро-аналоговые преобразователи позволяют без каких-либо дополнительных устройств, только за счет замены нормально разомкнутых контактов нормаль
но замкнутыми, преобразовывать в аналоговую |
величину |
дополнение DMAX — D входного цифрового |
сигнала — |
в схеме рис. 1 3 . 2 5 : |
|
7 = F 0 ( A n a x - # ) . |
(13 . 34 ) |
Преобразование числа, заданного в двоично-десятич ном коде, в аналоговый сигнал осуществляется аналогич ной схемой, отличающейся только соотношениями «весов» дискретных сигпалов кода. Поскольку для записи одной десятичной цифры требуется четыре двоичных разряда, то для двоично-десятичного числа с т десятичными раз
рядами необходимо Am камер со следующим соотношением i-\
