Лекція 7. Аналогові пневматичні пристрої запізнення пневматичних сигналів їх схеми та часові діаграми роботи.

Пристрої запізнення використовують в деяких регуляторах, кореляторах і інших пристроях пневмоавтоматики. Ідеальний пристрій постійного запізнення реалізує функцію:

(1.56)

де - час запізнення.

Реакція блоку запізнення на синусоїдальні вхідні коливання записується виразом , де - амплітуди вихідних і вхідних коливань; - частота коливань. Вигляд амплітудно-частотної характеристики слідуючий: а фазочастотної характеристики, яка визначається кутом фазового.

Роздивимось деякі схеми пристроїв запізнення. На рис.1.23 показана структурна схема пристрою запізнення, який точно відтворює амплітудно-частотну характеристику і приблизно-фазочастотну. Пристрій запізнення складається з ланцюга послідовно з’єднаних вузлів, що включають в себе аперіодичну ланку (пневмоопір та пневмоємкість ) та підсумував. Для кожного такого вузла можливо записати систему рівнянь:

для аперіодичної линки:

для підсумувача: де - тиск в пневмоємкості; - постійна часу аперіодичної ланки.

Використовуючи з цих рівнянь , отримаємо:

(1.57)

При (1.57) має вигляд:

(1.58)

Усталені коливання на виході першого підсумовувала, знайдені з рішення (1.58), мають вигляд Вихідний n-го вузла, що служить одночасно вихідним тиском усього пристрою запізнення, визначається з рівняння

Рис.1.23. Структурна схема пристроя спізнення.

Схема пристрою запізнення, що дозволяє одержати задану точність відтворення як амплітудно-частотної, так і фазочастотної характеристики шляхом вибору відповідного числа складаючи елементів, показана на рис.1.24,а. Такий пристрій можливо реалізувати за допомогою ланцюга пристроїв затримки на такт ПЗТ, що управляються від одного генератора Г. Роздивимось роботу двох послідовно з’єднаних пристроїв ПЗТ. Один ПЗТ запам’ятовує миттєвий тиск, що поступає на вхід

пристрою на один такт роботи генератора. Припустимо, що при постійній частоті слідування імпульсів (рис.1.24,б) на вхід ПЗТ₁ поступає тиск, що змінюється в часі по закону, показаному на рис.1.24,в. Нехай в початкову мить часу він дорівнює нулю. В мить часу (рис.1.23,г) пристрій ПЗТ₁ запам’ятовує миттєвий тиск , пристрій ПЗТ₂ (рис.1.24,д) запам’ятовує тиск, що дорівнює нулю. Це пояснюється тим, що в мить приходу управляючого сигналу на вході пристрою ПЗТ₂ сигнал який поступає від пристрою ПЗТ₁, був рівний нулю. В мить часу пристрій ПЗТ₁, запам’ятовує нове значення миттєвого сигналу, рівного , а пристрій ПЗТ₂ – тиск який поступив на його вхід в мить виникнення управляючого імпульсу. У слідую чому такті пристрій ПЗТ₁ запам’ятовує новий тиск , а пристрій ПЗТ₂ - тиск .

Таким чином, на виході пристрою ПЗТ₂ повторюється тиск з виходу пристрою ПЗТ₁, а отже, і миттєві вхідні тиски з запізненням в часі на тривалість Т одного періоду коливань генератора. Якщо сигнал подається далі в третій пристрій затримки на такт, то на виході його зсув між вхідним і вихідним тисками складає по часу 2Т (час запізнювання складає 2Т). Якщо включити пристроїв затримки на такт, то час запізнювання складає

При відповідному підборі частота коливань генератора та кількість пристроїв затримки на такт на виході -го прострою затримки на можливо одержати ступеневу криву, що апроксимує вхідний сигнал і зсунути в часі на величину запізнювання (рис.1.24,г). Висоту ступеня ломаної можливо зробити дуже малою, значно збільшуючи кількість елементів та частоту коливань генератора, що можливо, до тих пір, поки на роботі схеми не стане позначатися час, який необхідний для спрацьовування контактів комірок пам’яті.

В зв’язку з цим, найбільш просте і ефективне друге рішення, при якому використовують інтегратор (рис.1.25).

Інтегратор, один вхід(додатній) якого підключений до виходу -го пристрою затримки на такт, а другий(заперечний) – до виходу -го пристрою затримки на такт, що дозволяє заміняти ступеневу апроксимуючу залежність шматково-лінійною. Робота пристрою спізнення з інтегратором пояснюється графіками, що показані на рис.1.25,б-д, з яких видно, що за інтервал часу в інтегратор поступає сигнал , який дорівнює .

При відповідному виборі часу інтегрування за інтервал на виході інтегратора сигнал значення змінюється лінійно до значення (рис.1.25,г). Таким чином, замість степеневої зміни вихідного сигналу, як це було в пристрої запізнювання, що був показаний раніше, на виході інтегратора, який є вихідним для всього пристрою, тиск зростає (або убуває, наприклад, на відрізку часу лінійно(рис.1.25,г). Це дозволяє більш точно відтворити зсунутий на час вхідний сигнал.

Рис.1.24. Схема (а) та часові діаграми (б-е) роботи пневматичного пристроя спізнювання на пристроях затримки на такт.

Рис.1.25. Схема (а) та часові діаграми (б-д) пристроя спізнювання на пневматичних пристроях затримки на такт з інтегратором.

Література: [1],стор.71-72; [3], стор. 250-265.

Лекція 8. Пневматичні генератори прямокутних коливань на мембранних елементах. Імпульсатори.

Пневматичний генератор прямокутних коливань складається з пневмореле мембранного типу УСЕППА і аперіодичної ланки (пневмоємності і пневмоопору) і різних допоміжних пристроїв. Аперіодична ланка, вмикається в зворотній зв’язок реле і застосовується в генераторах для затримки пневматичного сигналу по часу.

Схема пневматичного генератора прямокутних імпульсів представлена на рис.2.1. В пневмокамеру “В” реле подається тиск підпору Р_П, пневмокамера “Б”

Рис.2.1

з’єднана з аперіодичною ланкою, тиск на вхід якої поступає з виходу генератора. В камері зворотнього зв’язку “Б” в процесі роботи тиск змінюється від Р_а до Р_б. Ці граничні тиски звуться тисками спрацювання. Часова діаграма роботи генератора показана на рис.2.2.

Рис.2.2

В момент часу t₁ (рис.2.2) під дією підпору Р_П в пневмокамері “В” рухомий мембранний блок реле рухається до низу і відкриває верхнє сопло, крізь яке повітря живлення поступає на вхід генератора, де сигнал Р_ВИХ = 1. При цьому починає збільшуватися по експоненті тиск в камері “Б” (Т – постійна часу аперіодичної ланки), а отже, і в пневмоємкості V. В момент часу t₂, коли тиск Р_а дорівнє Р_б, мембранний блок піднімається і зачиняє сопло живлення. На виході генератора сигнал дорівнює нулю (Р_ВИХ = 0).

Крізь дросель R починає спорожнюватися пневмокамера “Б” і пневмоємкість V і тиск по експоненті зменшується від Р_б до Р_а. В момент t₃ зусилля від тиску Р_П стає більше зусилля від Р_б, мембранний блок відкриває сопло живлення і Р_ВИХ стає рівним одиниці. Період коливань Т_К дорівнює сумі часу і Значення Т_К можливо змінити за допомогою пневмоопору або пневмоємності які входять в склад аперіодичної ланки.

Співвідношення між Т₁ і Т₂ в цьому генераторі не змінюється. Величина підпору Р_П впливає на тривалість такту Т_К і одночасно на співвідношення Т₁ і Т₂ сигналів усередині такту.

Наступним етапом лабораторної роботи є вивчення пристроїв, які дозволяють при заданому періоді коливань Т_К одержати співвідношення між Т₁ і Т₂. Ці пристрої – імпульсатори, підключені до виходу генератора, служать для деформування (зміщення, затягування, укорочення по передньому і задньому фронтах) пневматичних прямокутних коливань, складаються з реле і аперіодичних ланок. На рис.2.3, а, б, зображені схеми імпульсаторів, призначених

Рис.2.3, а

для вивчення в лабораторній роботі. Імпульсатор, зібраний по схемі, показаний на рис.2.3, а, зсовує як передній, так і задній фронт імпульсу поданого від генератора. Для скорочення заднього фронту імпульсу використовують імпульсатор, схема якого показана на рис.2.3, б.

Генератор прямокутних коливань, в якому передбачено регулювання верхнього і нижнього значень амплітуди, показана на рис.2.4. Він складається з елементів зрівняння (ЕЗ) 1, пневмодроселю 3, реле 4 і 6, пневмоємкості 8, ел. датчиків (на мал. не показані). При відсутності тиску живлення в системі,

Рис.2.3, б

Рис.2.4.

мембранні блоки, пневмореле 4 і 6 знаходяться в верхньому положенні (за рахунок дії знизу підпорів), ЕЗ знаходиться в нейтральному положенні. При подачі живлення тиск Р₃ від реле 6 надходить на ЕЗ і перекидає цей мембранний блок угору, відкриваючи шлях тиску Р_ЖИВ до реле 4. Під дією цього тиску реле 4 перекидає нижнє сопло і замість Р₃ на ЕЗ подається Р₂. Так як Р₂ < Р₃ то положення жорсткого центру елементу 1 не змінюється; Р_ЖИВ.2 крізь змінний дросель 3 надходить також в ємність і ЕЗ 1. Так як Р_ЖИВ.2 > Р₂ = Р₃ то неминуче наступає момент, коли тиск в ємності перевищує Р₂ і мембранний блок ЕЗ 1 переходить донизу. При цьому Р_ЖИВ.1 буде перекрито, а повітря з лінії 2 іде в атмосферу крізь верхнє сопло ЕЗ 1. Під дією тиску підпору реле 4 перекриє Р_ЖИВ.2 і повітря з лінії 5 іде в атмосферу крізь нижнє сопло цього реле.

В наслідок переміщення жорсткого центру реле 6 в лінію 7 поступає Р₃ замість Р₂. Повітря крізь дросель з ємності буде виходити в атмосферу до того часу, поки тиск в ємності не стане менш Р₃. Після цього Р_ЖИВ.1 надходить в лінію 2. Р_ЖИВ.2 – в лінію 5 і т.д. цикл повторюється. Верхнє і нижнє значення амплітуди регулюється значенням тисків Р₂ і Р₃.

При реалізації деяких пневматичних приборів (наприклад – множувально-ділильних пристроїв на пульсуючих пневмоопорах) виникає необхідність в використанні генераторів прямокутних коливань, частота яких змінюється в залежності від тиску Р_упр. Такий генератор можливо побудувати по схемі показаній вище, замінивши змінний дросель на керований значення якого залежить від тиску Р_упр. Цей генератор можна роздивлятися як перетворювач в частоту коливань.

На рис.2.5 показана схема генератора такого типу. Він складається з ЕС 1, реле 2, дроселя 3 і пневмоємності 4.

Рис.2.5.

При підвищенні Р_упр збільшується провідність опору тиску “сопло-заслінка”, а частота коливань збільшується.

Література: [1] стор.73-74; [3] стор.311-314; [7] стор.79-81.

Лекція 9. Пневматичні генератори зростаючих, спадаючих тисків та пилоподібних коливань на мембранних елементах.

На мембранних елементах УСЕППА можуть бути зібрані генератори, що дозволяють одержати коливання не тільки прямокутної форми. Роздивимось генератори зростаючих та спадаючих тисків, на базі яких збігаються генератори пилоподібних та гармонічних коливань. Такий генератор може бути зібраний на базі інтегруючого пристрою.

Пневматичний генератор безперервного та лінійно зростаючих тисків(рис.2.3).

Рис.2.3. Схеми (а-в) і часові діаграми роботи (г-д) пневматичних генераторів безперервно-зростаючих тисків.

Складається з пневмоємкості , пневмоопора , повторювача 3, управляє мого пневмоклапана 2, генератора прямокутних коливань 4 та пристрою 1, що здійснює автоматичне підтримування постійного перепаду тиску на пневмоопорі . Пристрій 1 може бути спеціальним повторювачем 3 з зсувом (рис.2.3,а), повторювачем без зсуву (рис.2.3,б) двоходовим підсилювачем.

Робота генератора зростаючих тисків відбувається таким чином (рис.2.3,г,д). В мить часу , коли сигнал прямокутних коливань від генератора дорівнює “0”, клапан 2 ізолює пневмоємкість від атмосфери і в ній починає лінійно зростати тиск до миті часу . Тиск в пневмоємкості повторюється за допомогою повторювача 3.

В мить часу при появі імпульса тиску від генератора клапан 2 з’єднує пневмоємкість з атмосферою і тиск в пневмоємкості, а отже, і на виході схеми і тиск в пневмоємкості, а отже, і на виході схеми миттєво стає рівним “0”.

В мить часу клапан 2 ізолює пневмоємкість від атмосфери і усі процеси повторюються.

Принцип дії пристрою, що забезпечує лінійне зростання тиску, полягає у слідуючому. Складається ланцюг 3 постійного і управляє мого пневмоопору та пневмоємкості. На постійному опорі підтримується постійний перепад тиску при постійному тиску на вході. Крізь нього тече газ з постійними масовими витратами. Так як управляємий опір з’єднаний посліловно з постійним, то крізь нього тече та ж кількість газу. Постійний перепад тиску досягається автоматичним регулюванням за допомогою мембранного пристрою 1 провідності управляє мого пневмоопору. Т.ч., в кожну мить часу пневмоємкість поступає однакова кількість газу і тому зростання тиску і ній відбувається по лінійному закону.

Пневматичний генератор лінійно спадаючих тисків.

Побудований на базі точного повторювача з зсувом. Він відрізняється від генератора лінійно зростаючих тисків місцем підключення пневмоємкості. Але такий генератор має значну не лінійність і може бути використаний як генератор лінійно спадаючих тисків тільки при невеликих змінах вихідного тиску Точний генератор лінійно спадаючих тисків виконують на базі двох входового підсилювача (рис.2.4,а). принцип його дії полячгає в слідуючому. Створюється ланцюг, що складається з послідовно включеної пневмоємкості , управляє мого і змінного пневмоопорів. Змінний опір з’єднаний з атмосферою. В мить часу (рис.2.4,б,в) при появі імпульсу від генератора 1 пневмоємкість за допомогою клапана 2 з’єднуються з джерелом стабілізованого тиску. Тиск в пневмоємкості дорівнює . Коли імпульс зникає (мить часу ), повітря з пневмоємкості тече в атмосферу крізь пневмоопори і . За допомогою двохходового підсилювача 3 автоматично змінюється провідність пневмоопора є ростійним. Останнє забезпечується постійним атмосферним тиском і наявністю тиску перед пневмоопором , що дорівнює тиску в пневмокамері . З умови рівноваги двохходового підсилювача тиск в пневмокамері повинен дорівнювати тиску в камері , який підтримується постійним і рівним . Постійність перепаду тиску на опорі при постійному тиску на його виході означає і постійність масових витрат газу крізь нього.

Таким чином, в кожну мить часу крізь опір з пневмоємкості тече одна і та ж кількість газу, що і дозволяє лінійно зменшувати тиск в пневмоємкості. Повторював 4 забезпечує розв’язку схеми з навантаженням. Цей пристрій реалізує залежність При після інтегрування одержимо:

звідки (1.59)

Початковий рівень тиску може бути яким завгодно. Спадання тиску може відбуватися до атмосферного або будь-якого стабілізованого значення , але при цьому лінійний закон буде виконуватися при умові

Рис.2.4. Схема і часові діаграми роботи (б,в) пневматичного генератора безперервно зникаючих тисків.

Пневматичний генератор симетричних пилоподібних коливань.

Може бути побудований на базі пневматичних генераторів лінійно-зростаючих та лінійно спадаючих коливань (рис.2.5,а). генератор складається з генератора 2 лінійно-зростаючих тисків і генератора 1 лінійно-спадаючих тисків, з’єднаних клапанами 3 і 4 з пневмокамерою . Сигнал з пневмоємкості подається в повторював 5 і елементи зрівняння 6 і 7, що являють собою двохходові підсилювачі. Елементи зрівняння управляють тригером 8 з разокремленими входами. Робить генератор таким чином(рис.2.5,б). Поки діє генератор 2, сигнал на виході тригера дорівнює “0” і тиск в ємності зростає. Як тільки тиск досягає заданого верхнього рівня , на виході елемента зрівняння 6 з’являється сигнал, що дорівнює “1”, який перекидає тригер в другий стан, і сигнал на виході тригера стає також рівним “1”. При цьому за допомогою клапана 3 від’єднується від пневмоємкості генератора 2 і до неї за допомогою клапана 4 з’єднується генератор 1. Тиск в пневмоємкості і на виході генератора починає спадати, як тільки значення тиску досягає заданого нижнього рівня і на виході елемента зрівняння 7 з’явиться сигнал, що дорівнює “1”, який перекидає тригер в ісходнє положення. При цьому до пневмоємкості за допомогою клапана 3 приєднується генератор 2 і від неї за допомогою клапана 4 відключається генератор 1. тиск на виході і в пневмоємкості знову збільшується. Далі усі процеси повторюються і на виході генератора встановлюються пилоподібні коливання.

Пневматичний генератор симетричних пилоподібних коливань може бути побудований також на базі пневматичного інтегруючого пристрою(рис.2.5,в). Він складається з генератора прямокутних коливань, зібраного на двохходовому підсилювачі та пневматичного інтегратора. Ці два пристрої включені послідовно і обхвачені заперечним зв’язком.

Рис.2.5.

Література: [3],стор.317-325; [7],стор.82-84.