Файл: Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики.pdf

р*, р — давления, соответственно, на выходе из сумматора, вход­ ное давление, давление условного нуля п давление на выходе из интегратора;

Р=-^~I (Pi—P*)dL

а о

Повторитель включают в схему интегратора для того, чтобы коэффициент передачи апериодического звена был равен едини­ це. Настройка постоянной времени интегратора Та осуществ­ ляется регулируемым дросселем апериодического звена іа.

При построении интегратора в качестве емкости апериодиче­ ского звена можно использовать как глухую, так и проточную камеры. На рис. 118, б показана схема интегратора, собранного на одном решающем усилителе и с проточной камерой в качестве апериодического звена (емкость V и дроссели ср и ß). Дроссель ß является одновременно дросселем апериодического звена и сум­ матора. Уравнения, описывающие работу схемы, имеют вид

ответствующих дросселей.

Исключив из системы уравнений (113) давление рг и выход­ ное давление сумматора рс, получим

Для того чтобы схема, представленная на рис. 118, б, работа­ ла как интегратор, необходимо и достаточно, чтобы коэффици­ ент при р в правой части уравнений (114) был равен единице, а коэффициент при р\ был равен коэффициенту при /?*, т. е. не­ обходимо выполнить условия параметрической компенсации. Напишем эти условия:

213

В результате преобразований последних уравнений легко ус­ тановить, что они одинаковы н, следовательно, необходимо удов­

аcp

Постоянные дроссели чаще всего реализуют в виде отрезков капилляров с одинаковым диаметром. Для этого случая

ха, d — диаметр капилляра).

Подставляя выражение для а, ß, ср в уравнение (116), полу­ чим простое соотношение для подбора длин капилляров:

-- Іа /ф •

Уравнение интегратора с учетом выражения (114) и перечис­ ленных условий можно записать в следующем виде:

Емкость камеры апериодического звена делают переменной и настройку постоянной времени осуществляют не дросселем, а путем изменения объема V.

Пневматический интегратор можно построить по схеме, кото­ рая аналогична схеме электронного интегратора. Как известно, основными элементами электронного интегратора являются электронный решающий усилитель, охваченный через конденса­ тор обратной связью и включенный на входе решающего усили­ теля резистор, к которому подводится входной сигнал. Схема пневматического интегратора, включающего решающий усили­ тель 2, пневматический конденсатор 4 в цепи отрицательной обратной связи и линейный регулируемый дроссель 3 на входе,

214

представлена на рис. 118, а. Выход решающего усилителя соеди­ нен с инверсным усилителем давления и мощности 1, имеющим характеристику, представленную на рис. 118, г.

При увеличении давления р3 возникающее на мембране уси­ лие преодолевает силу цилиндрической пружины, и шарик, же­ стко соединенный со штоком, опускается вниз, закрывая отвер­ стие, через которое на выход подается питающее давление ро. Выход усилителя давления и мощности сообщается с атмосфе­ рой. Если сигнал р3 отсутствует, то цилиндрическая пружина приподнимает мембрану, п шарик закрывает верхнее отверстие седла, при этом на выход усилителя поступает питающее давле­ ние. Благодаря последовательному соединению решающего уси­ лителя с инверсным усилителем давления и мощности не только увеличивается выходная мощность интегратора, но и воз­ растает общий коэффициент усиления, равный произведению коэффициента усиления решающего усилителя на коэффициент усиления усилителя давления и мощности, что приводит к повы­ шению точности работы интегратора.

Инверсный усилитель имеет высокий коэффициент усиления, так как внутренняя отрицательная обратная связь в этом усили­ теле отсутствует. В верхней камере решающего усилителя 2 ав­ томатически поддерживается давление, равное давлению в ниж­ ней камере. Действительно, при малейшем возрастании давления в верхней камере давление р уменьшается и сильфон конденса­ тора 4 увеличивается в объеме. Давление в верхней камере сно­ ва становится равным давлению в нижней камере. Этот интегра­ тор работает также по принципу компенсации расходов, так как расход воздуха через линейный дроссель 3 равен расходу возду­ ха в сильфон пневматического конденсатора 4.

Расход воздуха в сильфон конденсатора выражается фор­ мулой

Q _ Q d(P2—Р) dt

п Яр где С = -------- пневматическая емкость.

Сі Плотность воздуха в верхней мембранной камере решающего

усилителя сохраняет постоянное значение, поскольку давление в верхней камере постоянное. Благодаря этому также

G = — С -^S- . dt

Расход воздуха через дроссель 3 можно представить в виде G= a(Pi—р2).

Так как расход воздуха через дроссель равен расходу воздуха в сильфон, то

“(Pi—Р2) = —

dt

215

дросселем 3 (рпс. 118, в).

7.ЛИНЕЙНОЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

ИНЕПРЕРЫВНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, ПОСТРОЕННЫЕ НА ЕГО БАЗЕ

Выше было показано, что при рабочих давлениях нормаль­ ного и высокого диапазонов начинает проявляться сжимаемость воздуха. При этом условии практически невозможно реализо­ вать линейное пневматическое сопротивление, которое необходи­ мо для построения вычислительных устройств на базе решаю-

Рис. 119. Пульсирующее пневматическое сопротивление:

а — принципиальная схема; б — конструктивная схема; в — апериодиче­ ское звено на пульсирующем дросселе

щего усилителя, выполняющих любые математические опера­ ции. Как известно, именно отсутствие такого сопротивления ограничивало область применения системы УСЭППА [5].

Сравнительно недавно было предложено пульсирующее ли­ нейное сопротивление [47], расход воздуха через которое линей­ но зависит от перепада давлений.

Принципиальная схема пульсирующего сопротивления пред­ ставлена на рис. 119, а. Сопротивление состоит из емкости Ѵ\ и двух пневматических контактов клапанов 1 п 2, осуществляю­ щих поочередное подключение емкости Ѵ\ к входной линии с аб­ солютным давлением р\ и выходной линии с абсолютным дав­ лением Р2 -

Допустим, что контакт 1 замкнут, а контакт 2 разомкнут (это соответствует открытому клапану 1 п закрытому клапану 2). Тогда масса газа в емкости

216

Когда контакт 1 разомкнут, а контакт 2 замкнут, количество газа в емкости

м 2 = роКі = р- /[ ■

RT

Таким образом, в результате одного замыкания каждого пз контактов в выходную линию из входной (при р1 > р2) перетечет

масса газа

ДЛ4 = Мі — М2 = —|^-(рг—Pz)-

Если же каждый пз контактов замкнется п раз, то в выход­ ную линию пз входной поступит масса газа

Продифференцируем равенство (117) по времени, предпола­ гая, что рі и р2 в каждом импульсе остаются постоянными:

Это позволяет изменять проводимость, изменяя частоту f и ем­ кость Ѵ\, т. е. управлять пульсирующим сопротивлением. Управ­ ляемость сопротивления дает возможность реализовать широкий класс линейных и нелинейных математических вычислительных операций, а также операции интегрирования и дифференцирова­ ния как дискретно, так и с требуемым приближением непрерыв­ но во времени.

Например, на базе решающего усилителя, работающего в нор­ мальном пли высоком диапазоне рабочих давлений, можно по­ строить с применением пульсирующего сопротивления все вы­ числительные устройства непрерывного действия [5, 6], работаю­

217