эффективной площади

В системах пневмоавтоматики распространены приборы, постро­енные на базе мембранного узла с переменной эффективной пло­щадью (см. рис. 229). На рис. 259, а представлена схема усилителя давления, применяющегося в раз­личных пневмосистемах контроля

и регулирования производственных процессов. Усилитель позволяет обес­печить операции, описываемые равенством

Усилитель состоит из командной двухмембранной камеры а с переменной эффективной площадью и преобразователя типа сопло—заслонка 2 — 3, включающего двухмембранный узел b с отрицательной обратной связью. Преобразователь сопло—заслонка включает в себя сопло 2, дроссель по­стоянного сопротивления 4 и заслонку 3.

Командная камера а образована двумя мембранами с регулируемыми эффективными площадями S_xh s_b а камера b отрицательной обратной связи образована мембранами с площадями S ₂и s₂. Все указанные мембраны объеди­нены в общий жесткий блок (центр) /.

Обычно диаметры корпусов жестких центров и шайб защемления малых (s_x и s₂) и больших (S_x и S₂) мембран соответственно равны друг другу.

Коэффициент усиления (передаточная функция) k регулируется смеще­нием с помощью винта 5 заслонки 3, за которой следит сопло 2, связанное с мембранным блоком 1. При перемещении мембранного блока / происходит одновременное изменение эффективных площадей всех мембран и изменение коэффициента усиления устройства.

Условие равновесия мембранного блока 1 в статическом режиме

откуда управляемое давление р на выходе прибора

где

Поскольку эффективные площади каждой из двух мембранных коробок определяются разностями эффективных площадей соответствующих парных мембран (см. стр. 284), рассматриваемое устройство имеет широкий (практи­чески неограниченный) диапазон усиления (0 ^ k «g со).

Угол конусности жестких центров мембран и шайб защемления обычно около 30°. В устройствах этого типа обычно соблюдается для получения максимального диапазона изменения коэффициента усиления условие равен-

Мембраны изготовляют преимущественно из прорезиненной саржевой ткани толщиной 0,2—0,5 мм.

Опыты показывают, что погрешность усилителя такого типа (диаметры шайб защемления большой и малой мембран испытанных приборов соответ­ственно равны 42 и 30 мм, а диаметры вершин усеченных конусов жестких центров малой и большой мембран — 9 и 19 мм) при изменении входных и выходных сигналов давления в диапазоне 0,2—1 кПсм² не превышает +0,5%.

На рис. 259, б показана схема пневматического позиционного устройства, предназначенного для преобразования пневматических аналоговых сигна­лов давления р₂ и р₃ в перемещение выхода (например, заслонки усилителя типа сопло—заслонка). Это устройство включает в себя две двухмембранные камеры аи Ъ, из которых камера а образована малой и большой мембранами с регулируемыми эффективными площадями s_x и S_lt а камера Ь — мембра­нами с площадями s₂ и S₂.

Жесткие центры всех мембран объединены в общий блок 1, при переме­щении которого изменяются эффективные площади всех мембран.

Углы конусности шайб и жестких центров всех мембран обычно одина­ковы (приблизительно 30°). Кроме того, площади малых (s_x и s_a) и боль­ших (5>_г и 5₂) мембран соответственно равны.

Помимо этого, соблюдается условие s_max = S_min, при котором будет обеспечиваться максимальное перемещение блока 1 в зависимости от сигна­лов р₂ и р₃.

Условие статического равновесия блока 1 под действием давления в каме­рах а и b

откуда находим

Изменение левой части равенства (отношения сигналов р₃/р₂) вызывает изменение правой части и изменение положения мембранного блока пози­ционного устройства.

Опыт показал, что погрешность прибора тех же размеров, что и в выше-рассмотренном случае, при изменении входных сигналов р₂ и р₃ в диапазоне 0,2—1 кГ/см² не превышает 2,5%.

На базе описанных мембранных усилителей давления и позиционного устройства может быть построено пнев­матическое аналоговое вычислительное устройство для умножения и деления двух независимых переменных, а также для возведения в квадрат и извлечения квадратного корня из одной перемен­ной. Усилитель давления с мембран­ными камерами а и Ъ (рис. 260, см. также рис. 259, а) и позиционное уст­ройство с камерами cud (см. также рис. 259, б) соединены таким образом, что жесткий центр позиционного уст­ройства является заслонкой сопла 2, связанного со штоком 3 усилителя дав­ления. Поскольку торец штока / пози­ционного устройства служит заслонкой для сопла 2 усилителя давления, то сопло следит за перемещениями штока /, в результате обеспечиваются равные перемещения штоков 3 я 1. Воздух под давлением р подводится в камеру Ъ обратной связи усилителя через дрос­сель 4 постоянного сопротивления. Сигнал давления р, формируемый в камере Ъ обратной связи, является результатом выполняемой этим устрой­ством математической операции. На вход усилителя в камеру а подается сигнал р_х и в камеры с и d позиционного устройства — сигналы р₂ ^и Рз- Камеры а усилителя давления и с — позиционного устройства образованы одинаковыми мембранами с площадями s_t и S_lt а камеры Ь и d — мембра­нами с одинаковыми площадями s₂ и 5₂-

Из анализа взаимодействия усилителя и позиционного устройства, произ­веденного с учетом равенства площадей мембран, образующих камеры а и с, а также Ь и d, и следящей связи штоков 3 и 1 (вычислительные операции не приводятся), следует, что работа рассматриваемого вычислительного устройства описывается уравнением

Поиск по сайту: