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

действия при условии функциональной устойчивой работы базо­ вых логических элементов успешно используют в промышленно­ сти. Однако применение аналоговых струйных устройств затруд­ нено вследствие их невысокой точности, что является следствием высокого уровня шумов, дрейфа нуля усилителя и низкого коэф­ фициента усиления. Повысить точность аналоговых струйных устройств, а также улучшить некоторые показатели качества дис­ кретных элементов и расширить области применения струйной пневмоавтоматики можно, перейдя на технику переменных токов (потоков), широко известную в электротехнике.

Главными преимуществами струйных систем переменного то­ ка по сравнению с системами постоянного тока можно считать уменьшение влияния шумов, отсутствие дрейфа нуля, возмож­ ность обеспечения повышенной точности и быстродействия. К существенным преимуществам следует также отнести возмож­ ность создания достаточно точных и быстродействующих струй­ ных датчиков, позволяющих измерять различные регулируемые параметры — температуру, давление, положение и др.

Техника переменных токов в пневмоавтоматике развивается на стыке акустики и пневматики. Как известно, в системах, ра­ ботающих на переменном токе, должен быть стабильный источ­ ник гармонических колебаний питающего потока. Такими устрой­ ствами, предназначенными для питания, могут быть струйные генераторы колебаний, акустико-пневматические элементы с ре­ зонаторами Гельмгольца, пневмомеханические (в том числе — камертонные генераторы). В ряде случаев удается совместить генератор колебаний с функциональным элементом — усилите­ лем переменного тока.

Принцип действия струйных систем переменного тока может базироваться на использовании частотной, фазовой, амплитудной или иного типа модуляции основного гармонического питающего сигнала путем воздействия на него управляющего сигнала как потенциального, так и гармонического.

Элементами цепи переменного тока в струйной технике могут служить элементы различных типов [60]. Весьма эффективным является использование в качестве струйных элементов перемен­ ного тока турбулентных усилителей.

Существуют две возможности модулирования несущей часто­ ты — относительно некоторой постоянной составляющей и отно­ сительно нулевого уровня. При модуляции струйного сигнала относительно постоянной составляющей затем выделяют огибаю­ щую. Амплитуды колебаний малы, так как питающая струя в элементе с силовым взаимодействием струй обычно не откло­ няется на полную величину, а в турбулентном струйном элемен­ те перемещение турбулентного конуса относительно приемного сопла не является полным.

Использование в струйной пневмоавтоматике в основном двух видов модуляции — фазовой и частотной дает возмож­

256

ность сохранить достаточно большие величины амплитуд пнев­ матических сигналов.

Рассмотрим действие простейших струйных устройств пере­ менного тока, выполненных на турбулентных усилителях Такими устройствами являются генераторы колебаний, модуля­ торы, демодуляторы, усилители и преобразователи.

Рис. 140. Генератор колебании на турбулентном усилителе:

а_ схема генератора; 0, в — осциллограм м ы его работы на часто те 200 и *100 Гц

соответственно

из дросселя и емкости, либо длинной линии I (рис. 140, а). Фор­ ма импульсов на выходе такого генератора при работе на низкихчастотах (до 50 Гц) близка к прямоугольной, а на высоких час­ тотах (200—400 Гц) близка к синусоидальной (рис. 140, б, в). Частоту работы генератора можно регулировать путем включе­ ния в цепь обратной связи линии разной длины. Были получены экспериментальные зависимости частоты работы генератора от длины линии в контуре обратной связи (рис. 141). Эти кривые имеют гиперболический характер; длину трубки с внутренним диаметром d = 2,2 мм меняли от 50 до 1600 мм. Как показали исследования, на малых длинах (до 400 мм) наблюдалось зна­ чительное изменение частоты при изменении давления питания в 2,5 раза. При больших длинах канала обратной связи (более 500 мм) изменение частоты колебаний во всем диапазоне питаю­ щих давлений от 100 до 250 мм вод. ст. незначительно (рис. 141, а). Зависимость рабочей частоты от питающего давле­ ния ро для различных / показана на рис. 141, б. Из графика сле-

1 Экспериментальные исследования струйных устройств, работающих на

переменном токе, были выполнены с помощью аппаратуры, разработанной в HAT.

дует, что для малых длин линии обратной связи частота в зави­ симости от давления питаний меняется по квадратичному закону. В своих опытах Келли показал [58], что частота генератора про-

Рис 141. Частотные характеристики генератора колебаний:

а — зависимость частоты от длины линии обратной связи: б — зависимость частоты от давления питания при различной длине линии обратной связи

порциональна корню квадратному пз абсолютной температуры,

т. е. / == У Т. Это было использовано для построения датчика температуры.

Генератор колебаний на турбулентном усилителе можно применять в струйных системах переменного тока как генератор несущей частоты, частотный датчик температуры и в качестве других элементов пневматической цепи переменного тока.

Струйный модулятор-усилитель. Одним из основных эле­ ментов цепи переменного тока является модулятор, состоящий из двух турбулентных усилителей (рис. 142, а). Один пз них

258

рого в качестве несущей подается на один из входов другого турбулентного усилителя. На второй вход турбулентного уси­ лителя подается сигнал р" постоянного тока, модулирующий

несущую частоту. Характерной особенностью рассматриваемого типа модулятора является сочетание свойств модуляции с одно­ временным усилением входного сигнала. Поэтому выходной сигнал р~ = —kpj", где& >1. Испытания модулятора-

усилителя проводились на разных частотах от нескольких

Рис. 143. Струнный усилитель-преобразователь переменного тока с модуля­ тором:

а — схема; 6, о — характеристики элемента

десятков герц до 400 Гц, при разных давлениях питания и плав-' ном изменении управляющего сигнала рр постоянного тока.

Из рассмотрения экспериментальных графиков (рис. 142,6} следует, что для всех исследованных частот имеется линейный рабочий участок / характеристики. С увеличением несущей частоты f крутизна характеристики усилителя и выходная ам­

(рис. 143, а) из генератора несущей частоты 2, модулятора 3, буферного турбулентного усилителя 1 и усилителя переменного

тока 4.

Система работает следующим образом. Колебания несущей частоты f с амплитудой р~ от генератора 2 одновременно

поступают в модулятор 3 и в буферный каскад У, а с них в уси­ литель переменного тока 4. Буферный каскад служит для фор­ мирования на входе усилителя 4 сигнала с необходимой ампли­ тудой колебаний.

Линия задержки k, выполненная в виде канала диаметром d = 2,2 мм н длиной 250 мм, предназначена для формирования сдвига фаз между сигналом, промодулнрованным в усилителе 3, и сигналом несущей частоты, поступающим с буферного каскада 1 .

Рис. І44. Струпный частотный дискриминатор:

а— схем а; и , в — осциллограм м ы работы

Сигнал р“, поступающий на вход модулятора 3, модули­

рует несущую частоту, усиливается и через линию задержки 3 поступает на вход усилителя переменного тока 4, где снова происходит усиление входного сигнала на переменном токе.

В зависимости от сдвига фаз ср между сигналами одной п той же несущей частоты, поступающими на вход усилителя 4 с каскадов 1 и 3, можно менять характеристику усилителя.

260