Пневматическое вычислительное устройство

(51)4 С 06 С 5/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(46) 15.1289, Бюл. 1 Ф 46 (71) Новочеркасский политехнический институт им, Серго Орджоникидзе (72) В.Н,Вязенов, Р,А,Нейдорф и А,В,Шило(56) Авторское свидетельство СССР У 840932, кл. О 06 О 5/00, 1 978.Авторское свидетельство СССРВ 748186, кл, С 01 Б 9/28, 1978,80152.9248 А 1 2(57) Изобретение относится к пневматическим устройствам, предназначен-ным для преобразования аналоговыхсигналов, Цель изобретения - повьпление быстродействия. Пневматическоевычислительное устройство содержитпервый 1 и второй 2 мембранные элементы сравнения и узел 3 умноженияна постоянный настраиваемый коэффи1529248 циент, выполненный в виде сумматора 7, сопла которого соединены с каналом питания 23 и с атмосферой, а выход сообщен с выходом узла 3 и с вто 5 рым переключателем 12, Канал 21 опорного сигнала связан непосредственно и через первый вход дроссельного делителя 8 с входами первого переключателя 11, соединенного выходами с плю совой и минусовой камерами сумМатора 7, Канал 22 входного сигнала связан с минусовой камерой сумматора 7 и с вторым переключателем 12, Выход усилителя мощности 5 подключен к выход ному каналу 24Первые проточные камеры первого 1 и второго 2 элементов сравнения соединены с каналом питания 23, Выходповторителя 6 со сдвигом подключен к первой минусовой 20 Изобретение относится к пневматическим устройствам преобразования 25аналоговых сигналов,Цель изобретения - повьппение быстродействия вычислительного устройства,Схема пневматического вычислительного устройства приведена на чертеже,Пневматическое вычислительное устройство .содержит первый 1 и второй 2мембранные элементы сравнения, узел 3умножения на постоянный настраивае мый коэффициент, задатчик 4 опорногосигнала усилитель 5 мощности и повФторитель б со сдвигом,Узел 3 умножения на постоянный,настраиваемый коэффициент содержитмембранный .сумматор 7, дроссельныйделитель Я, образованный постоянным9 и переменным 10 дросселями с проводимостями соответственно с и р ипервый 11 и второй 12 переключателис каналами 13 - 20,45Если переключатели 11 и 12 установлены так, что канал 13 соединенс каналом 16, канал 14 с каналом 15,канал 17 с заглушенным каналом 20 иканала 18 с каналом 19, то узел 3 осу-ществляет умножение входного сигналана коэффициент К = 1,+ ф /И Ъ 1,при этом дроссельный делитель 8 находится в обратной связи сумматора 7,Для полччения коэффициента усилеМния К =/ + )переключатели11 и 12 устанавлинаются так, что канал 13 соединен с каналом 14, канал15 - с каналом 16, канал 17 - с канакамере первого элемента сравнения 1,остальные минусовые камеры которогосоединены с выходом задатчика 4 опорного сигнала, а плюсовые камеры - свыходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, Приэтом сопло первой проточной камерыпервого элемента сравнения 1 подключено к второй проточной камере этогоэлемента сравнения и к входу усилителя мощности 5. Сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а соплавторого элемента сравнения соединеныс минусовой камерой этого элементасравнения и с входом повторителя 6со сдвигом, вторая проточная камеравторого элемента сравнения соединена с атмосферой, 1 ил. лом 19, канал 18 - с каналом 20, вэтом случае дроссельный делитель 8находится в прямой связи и сумматор7 выполняет роль повторителя,Канал 21 опорного сигнала соединенс первым входом дроссельного делителя 8, Входной канал 22 устройствасообщен с минусовой камерой сумматора7 и с входом переключателя 12Первые проточные камеры элементовсравнения 1 и 2 соединены с каналомпитания.23, Выход повторителя 6 сосдвигом подключен к первой отрицательной камере элемента сравнения 1,остальные отрицательные камеры которого соединены с выходом задатчика4 опорного сигнала, а положительныес выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, входкоторого соединен с входным каналом22 устройства, Сопло первой проточнойкамеры элемента сравнения 1 подключено. к второй проточной камере этогоэлемента и к входу усилителя 5 мощности, Выход усилителя 5 мощности подключен к выходному каналу 24 устройства, Сопло второй проточной камерыэлемента сравнения 1 соединено с атмосферой, Соплй первой и второй проточных камер элемента 2 сравнения соединены с входом первой отрицательной камеры этого элемента и с входом повторителя 6 со сдвигом, Вторая проточнаякамера и остальные глухие камеры вто.рого элемента сравнения соединены сатмосферой,1529248 Пневматическое вычислительное уст= ройство работает следующим образом,На вход устройства поступает сигнал Р , узел 3 умножения на постоян ный настраиваемый коэффициент осуществляет преобразование этого сигнала по формуле Р, = К, (Р,-Р) +Р, (1)где Р - давление в канале 21 (условный нуль )Р н = О, 02 МПа;Р, - давление на выходе схемыумножения на постоянныйнастраиваемый коэффициент,МПа;К 1 - коэфйициент усиления,Полученный сигнал Р с выхода узла13, а также сигналы Р с выхода задатчика 4 опорного сигнала и РЗ с выхода повторителя 6 со сдвигом посту- бают на входы соответствующих глухих камер элемента 1 сравнения, Кроме того, в первую проточную камеру этого )элемента поступает давление питания ,Р а во вторую - давление выхода вфР, В таком режиме работы усиление на штоке, развиваемое действием давлений Р, и Р на мембраны, компенсируется усилием, развиваемым действием на мембраны давлений Р, Рэ и Р, В этом случае условие равновесия сил на мембранном блоке элемента сравнения 1 можно записать следующим образом:+Р(Г, ,)+Р Г где Г и Р - эффективные площади1малых и больших мембран элемента сравнения 1;п - общее число глухих камер этого элемента(при этом и+1 будетсоответствовать числумембраны). Из (2) найдем давление на выходе элемента сравнения 1 ииР + К(, Р,щи Угде К =в- коэЫициент уси 1ления, зависящий от геометри 5 ческих размеровмембран,Из последнего выражения следует,что давление Р непосредственно зависит от давления питания Р, Поэтому нестабильность давления питанияРп приводит к появлению ошибки на выходе элемента сравнения 1, Так какдавление Р на выходе узла 3 и Рна-выходе задатчика 4 опорного сигнала не зависят от колебаний давленияпитания Р, то компенсировать даннуюпогрешность можно только за счетдавления Рз, С этой целью рассмотрим20 работу цепочки элемент сравнения 2 -повторитель 6 со сдвигом,Давление питания Р, поступающеев первую проточную камеру элементасравнения 2, преобразуется в усилиена штоке жестким центром малой мембраны и перемещает мембранный блок,При этом происходит увеличение давления Рна выходе этого элемента,которое поступает в одну из отрицательных камер, В результате суммарногодействия этих сил и вызванного действием результирующей силы перемещения мембранный блок устанавливаетсяв некоторое положение равновесия,которое описывается следующим выражени 35 ем: РГ.2 + Р 1 - Р Р = 0(4)Решая (4) относительно Р, найдем где Г и Р- эдкЪективные площадималых и больших мембран элемента сравне"ния 2;К - коэффициент усиления,зависящий от геометрических размеровмембран,Далее сигнал Рс выхода элемента сравнения 2 поступает на вход повторителя 6 со сдвигом, который реализует зависимость где Р - давление сдвига,Из формулы (6) с учетом (5) полу- чим(10) 45 Р 2 = Р.ТоГда из (10)га 50 55 К 2 -10 - Рс и К2 Гледовательно, давление Р на выходе повторителя б со сдвигом связано однозначной зависимостью с давлением, пигания Р.Для вывода окончательного уравнени , описывающего функцию, Которую ре лизует пневматическое вычислите ьное устройство, подставим (1) и звх 1 4 - Рп (1 К 2 К ) + Подобрав элементы сравнения 1 и 2 оответственно равными эффективны- площадями мембран Г,: 1. 2 и - У, получим К 2 К З = 1, Выраие (8) можно упростить:+ х-- Р - ( - 1 Р-Р 1.(9 Из выражения (9) следует, что погреяность, вносимая давлением питания Р исключается путем коррекции со ст роны элемента сравнения 21Постоянная составляющая выходного сигнала определяется соотношением Величину опорного давления Р 2, удобно принять равной условному ну- люс получим величину сдвиОкончательное выражение, описыва 10 щее функцию, которую реализует пневматическое вычислительное устройстВо, имеет вид 5 /О 15 25 ЗО 35 40 Рвых = К (Р вх Рн) + Рн э (12) Фпгде К = К К 2, --- общий коэф 12фициент усиления пневматического вычислительного устройства,Формула изобретенияПневматическое вычислительное устройство, содержащее первый и второймембранные элементы сравнения и узелумножения на постоянный настраиваемый коэффициент, состоящий из дроссельного делителя, переключателей имембранного сумматора, сопла которого соединены с каналом питания и сатмосферой, а выход сообщен с выходомузла, канал опорного сигнала связаннепосредственно и через первый входдроссельного делителя с входами первого переключателя, соединенногосвоими выходами с плюсовой и минусовой камерами мембранного сумматораи первым входом второго переключателя, второй вход которого соединен свыходом сумматора, а вход - с вторым входом дроссельного делителя ивыходом узла умножейия на постоянныйкоэффициент, задатчик опорного сигнала и усилитель мощности, выход которого подключен к выходному каналу,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения быстродействия,оноснабжено повторителем со сдвигом,причем первые проточные камеры первогои второго элементов сравнения соединены с каналом питания, выход повторителя со сдвигом подключен к первойминусовой камере первого элементасравнения, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом задатчика опорного сигнала, а плюсовые камеры - с выходом узла умножения на постоянный настраиваемый коэффициент,при этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения подключено к второй проточной камере этого элемента сравнения и к входу усилителя мощности, сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а соплавторого элемента сравнения соединеныс минусовой камерой этого элементасравнения и с входом повторителя сосдвигом, а вторая проточная камеравторого элемента сравнения соединенас атмосферой,