Компенсационный пневмогидроэлектрический преобразователь

 

Изобретение может быть использовано в цепях управления электропневмат -гческих и электрогидравлических систем автоматики. Цель изобретения состоит в увеличении помехоустойчивости и улучшении линейности стати ческих характеристик пневмоэлектрических (гидроэлектрических) преобразователей малых давлений в электрический сигнал. Компенсационный пневмо электрический (гидроэлектр1гческий) преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, делители 2 и 3, переключатели 4 и 5, опорный конденсатор 6, усилитель 7 заряда, демодуSS (Л %(/. (Риг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5!)4 > 15 С 1 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ кг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н Д BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3920154/24-24 (22) 19.04,85 (46) 07.04,87, Бюл, Ф 13 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) В.С.Нагорный, В.С.Гутников, Г,П,Плотников и А.И.Чередов (53) 621 †5 (088.8) (56) Фетисов М.М., Ложников В.Я. Компенсационный манометр с-магнитогидродинамическим обратным преобразовате— лем. — Приборы и системы управления, 1969, N -5.

Денисов А.А., Нагорный В,С. Пнев— матические и гидравлические устройст— ва автоматики, — М:, Высшая школа, 1978, с,192-194.

„„SU„„1302036 А 1 (54) КОМ11ЕНСАЦИОНН!>!Й Г1НЕВМОГИДРОЗЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОЬРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение может быть использовано в цепях управления электропневматических и электрогидравлических систем автоматики. Цель изобретения состоит в увеличении помехоустойчивости и улучшении линейности статических характеристик пневмоэлектрических (гидроэлектрических) преобразователей малых давлений в электрический сигнал. Компенсационный пневмоэлектрическпй (гидроэлектрический) преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, делители 2 и 3, переключатели 4 и 5, опорный конденсатор 6, усилитель 7 заряда, демоду. 1 302036 лятор 9, дискретный интегратор 8, блок 10 управления, высоковольтный усилитель 11, электрогидрадинамический обратный преобразователь 12 с .емкостным датчиком недокампенсации. Одна из обкладок 14 емкостнога датчика недакомпенсации в цепи обратной связи через переключатель 5 соединяется или с выходом преобразователя, или с делителем 3, период которого

T>10 R„C„, где С„ - паразитная емкость, Š— сопротивление ключа. Другая обкладка 13 емкостного датчика недокомпенсации соединена с входом усилителя 7 заряда с подключенным к нему опорным конденсатором 6 прямой

Изобретение предназначено для использования его в цепях управления электропневматических (электрогидравлических) систем автоматики, Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и улучшение линейности характеристики преобразователя, На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг,2 и 3 — его характеристики.

Преобразователь содержит источник

1 опорного напряжения (U ), делители 2 и 3, переключатели 4 и 5, опорный.конденсатор 6 (емкостью С, ), усилитель заряда 7„ дискретный интегратор 8, демодулятор 9, блок 10 управления, высоковольтный усилитель 11, электрагидродинамический обратный преобразователь 12 с емкостным датчиком недакомпенсации, включающий обкладки 13 и 14 цилиндрического емкостного датчика недокампенсации и цилиндрические электроды 15 и 16 электрагидрадинамического обратного преобразователя, между которыми находится двухфазный несмешивающийся между собой диэлектрик (например, для компенсационного пневмоэлектрическога преобразователя может быть — минеральное масло — воздух).

Блок 10 управления состоит из ге. нератара 17 импульсов, триггера 18 и элемента ИЛИ 19. цепи, который через переключатель 4 соединен с делителем. Выход усилителя 7 заряда через демодулятор 9 соединен с дискретным интегратором 8.

Выход дискретного интегратора является выходом преобразователя и подается через высоковольтный усилитель 11 на электроды 15 и 16 электрогидродинамического обратного преобразователя, образующего совместно с обкладками емкостного датчика недокампенсации сообщающиеся сосуды для легкой маловязкой рабочей диэлектрической жидкости, электрически не связанные между собой, 3 ил.

В качестве электрогидрадинамического обратного преобразователя 12 с емко стным датчиком недокомпенсации используется преобразователь ЭГОП-2Ф, 5 Работа электрагидродинамического обратного преобразователя 12 с двух фазным диэлектриком характеризуется уравнением 2

1Р— 0 5 C,E « = ЧР„ (1) где P — давление в диэлектрической жидкости при отсутствии поля и данных значениях плотности жидкости

vP — градиент давления; — градиент в относительной диэлектрической проницаемости минерального масла;

Š— электрическая постоянная, Принцип компенсации входного давления в преобразователе поясняется с учетом выражения (1), Если условна выбрать в качестве входной информации величину напряженности Е электрического поля, которая полностью определяется входным напряжением U на электродах, то входным сигналом в электрогидродинамическом обратном

Зр преобразователе 12 будет величина давления в жидкости (газе), пропорциональная равнодействующей объемных пандеромоторных сил. Данный выходной сигнал в цепи обратной связи кампен1302036 сационной схемы компенсирует входное давление. Таким образом, реализуется пневмоэлектрический преобразователь с компенсацией по давлению, что позволяет охватить обратной связью прямую цепь преобразования, Последнее принципиально невозможно осуществить в известных преобразователях с механическими подвижными элементами.

Принцип действия компенсационного 10 пневмогидроэлектрического преобразователя состоит в следующем, При поступлении входного сигнала

Р х уровень диэлектрической жидкости смещается между электродами 15 и 15

16, например, вниз. Поскольку ЭГОП

12 и емкостной датчик недокомпенсации конструктивно выполнены как единое целое и пространство между электродами 15 и 16 ЗГОП 12 и обкладками 20

13 и 14 емкостного датчика недокомпенсации образует сообщающиеся сосуды, то при этом минеральное масло соответственно поднимается вверх между обкладками 13 и 14 емкостного датчика недокомпенсации. Величина емкос— ти С „ изменяется (в данном случае увеличивается) и далее преобразуется в изменение выходного сигнала U, который по цепи обратной связи пода- 30 ется на вход высоковольтного усилителя 11, Напряжение на электродах 15 и

16 увеличивается, и диэлектрическая жидкость (минеральное масло) под действием объемных пондеромоторных сил 35 (1) поднимается между электродами

ЗГОП 12, компенсируя входное давление, В целом преобразователь выполнен по статической схеме, поэтому величине P соответствует определен- 40 вх ная величина U,х, Для увеличения помехоустойчивости и улучшения статических характеристик в преобразователе приняты следующие меры, 45

Преобразование емкость — напряжение осуществляется на принципе статического уравновешивания токов,протекающих через опорный конденсатор 6 емкостью С, и датчики недокомпенса- 50 ции емкостью С„, Влияние емкости линий связи С,, подключенной к общей точке емкостей С „ и С, определяется значением коэффициента усиления (К) усилителя рассогласования (выполнен- 55 ного из элементов 7 и 8) К Сл

Например, для емкости линий связи

С 10, емкости датчика недокомпенсации С 1О " и "10 значение х 5

К должно быть не менее 10, При работе усилителя рассогласования на частоте 1 кГц он должен иметь частоту единичного усиления 100 МГц.

В данном преобразователе усилитель рассогласования выполнен двухкаскадным, первый каскад представляет усилитель 7 заряда, а второй — дискретный интегратор 8, Причем для реализации схемы одна из обкладок емкостно10 датчика 14 недокомпенсации в цепи обратной связи через ключ (модулятор) 5 соединяется или с выходным каналом (П „„ ) преобразователя или с делителем 3 опорного напряжения, Вторая обкладка !3 емкостного датчика недокомпенсации ЭГОП 12 соединена с входом усилителя 7 заряда с подключенным к нему опорным конденсатором

6 прямой цепи.

Такое выполнение схемы обеспечивает следуюшее.

Коэффициент усиления усилителя рассогласования равен произведению коэффициента усиления первого каскада 7, взятого по частоте изменения опорного напряжения, и коэффициепта усиления второго каскада 8, взятого на частоте изменения входного сигнала. В этом случае с учетом значения граничной частоты входного давления (например, 100 Гц) потребуется операционный усилитель с частотой единичного усиления до 10 МГц.

Таким образом, это позволяет получить заданное значение погрешности из-за влияния емкости линии связи, подключенной к общей точке опорного конденсатора 6 и емкостного датчика недокомпенсации (обкладка 13).

Для уменьшения емкости линий связи, подключенных к другим выводам емкости 6 и датчика недокомпенсации

ЗГОП 12 (обкладка 14), период опорного напряжения Т выбирают существенно большим постоянной времени, образованной паразитной емкостью и сопротивлением R< ключей 2 и 3, T>10 R С к n

Существующие ключи позволяют это сделать вплоть до частоты изменения опорного напряжения 100 кГц, кроме того, при таком выполнении схемы обеспечивается прямо пропорциональная зависиMocT?> U9b)x = Й(Рвх), С вЂ” Б С В, С „ (2) 20

+лС кн где лС = С вЂ” С х

С С х x„ хн текущее и начальное значения емкости датчика недокомпенсации; коэффициент деления делителя 2;

0,8аВ с1 2

1 (3) 5 13020

Поскольку обкладки 13 и 14 емкостного датчика недокомпенсации ключом

5 переключаются между выходным напряжением U„„„ è частью опорного напряжения, определяемого произведением 5 коэффициентов деления делителей 2 и

3 опорного напряжения, то таким образом вводится дополнительное смещение напряжения на емкостный датчик недокомпенсации ЭГОП 12. В этом случае в установившемся режиме из условия равенства изменения зарядов на емкостях С, и Г имеем статическую характеристику (при разомкнутой цепи . главной отрицательной обратной связи) С

В = -- - — коэффициент деления

С„ хн делителя 3, Из выражения (2) следует, что зависимость U = f(лС) квазилинейна и кривая несколько направлена выпуклостью вверх (фиг,2), Характеристи- 35 ка построена для С = 40 пФ в качехи стве примера, Для дальнейшего улучшения стати— ческой характеристики U = f(P „ ) ььгл в преобразователе выходйой сигнал 40 одновременно подают через высоковольтный усилитель 11 на электроды 15 и 16 и через ключ 5 на обкладки емкостного датчика недокомпенсации. 45

Для отдельного ЭГОП 12 с емкостным выходом статическая характеристика лС„= f (Ц „) имеет вид

47 К1Еь (E-1) К вм Бвы» лС 50 х

p g (R — r ) 1п — — 1п --

Р R, R

3 Е r

О где К 1 — коэффициент пропорциональ55 ности;

К вЂ” коэффициент усиления выь„ соковольтного усилителя;

g — ускорение силы тяжести;

36 6

r — соответственно внутренний радиус электрода 16, наружный радиус электрода 15, внутренний радиус обкладки 14 датчика недокомпенсации и наружный радиус обкладки 13 датчика недокомпенсации.

На фиг.3 в качестве примера показана статическая характеристика ЭГОП

12 с емкостным выходом, где Бл„,„ напряжение на электродах ЭГОП-2Ф;

О, Х, и — экспериментально снятые характеристики, соответствующие температуре окружающей среды 21, 42, 68 С; лС„ — расчетная статическая характеристика, вычисленная по формуле (3) для выбранных конструктивных параметров

R1>,Р» 11 x r (для Устране ния влияния температуры

ЭГОП 12 целесообразно вклю— чать по дифференциальной схеме) .

Статическая характеристика ЭГОП 2 с емкостным выходом направлена выпуклостью вверх, поэтому при замыкании главной отрицательной обратной связи (фиг,1) имеют место нелинейности разных знаков. Таким образом, при замыкании выхода преобразователя на вход высоковольтного усилителя 11, выход которого соединен с электродами ЭГОП

12, еще более улучшается линейность статических характеристик предлагаемого преобразователя, Для увеличения помехоустойчивости в прямой цепи выход усилителя 7 заряда через емкость 20 и демодулятор 9, выполненный на двух ключах, соединен с дискретным интегратором 8, выход которого является выходом преобразователя. Введение демодулятора 9 в цепь прямого преобразования позволяет существенно уменьшить влияние его параметров на статические характеристики всего устройства. В преобразователе сигнал обратной связи берется уже после синхронного детектора (демодулятора 9, фиг.I). При этом первый каскад 7 прямой цепи преобразования .работает при малых значениях выходного напряжения U . Поэтому в компенВыем. сационном преобразователе допустимое значение амплитуды помехи определяется коэффициентом подавления помехи всего устройства в целом, 130203

Кроме того, при таком выполнении схемы для уменьшения влияния емкостей линий связи, подключенных к раздельным выводам конденсатора 6 и датчика недокомпенсации (обкладка 14), введено стробирование переписи заряда с конденсатора 20, с выхода усилителя 7 заряда на конденсатор дискретного интегратора 8 посредством демодулятора 9 ° 10

Формула изобретения

Компенсационный пневмогидроэлектрический преобразователь, содержащий подключенный к входному каналу емкостный датчик недокомпенсации, источник опорного напряжения и опорный конденсатор, а также усилитель, подключенный выходом к демодулятору, и 20 высоковольтный усилитель, через который выходной канал соединен с электрогидродинамическим обратным преобразователем, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоус25

6 8 тойчиво сти и улучшения линейно сти характеристики, он содержит последова" тельно подключенные к источнику опорного напряжения первый и второй делители, связанные первыми информационными входами с выходами делителей, первый и второй переключатели, соединенный с выходом демодулятора дискретный интегратор, выход которого является выходным каналом, и блок управления, подключенный выходами к управляющим входам демодулятора и переключателей, второй информационный вход первого переключателя и второй информационный вход второго переключателя соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и выходным каналом, а их выходы — соответственно с одной из обкладок опорного конденсатора и с одной из обкладок емкостного датчика недокомпенса ии> другая обкладка которого соединена с другой обкладкой опор-. ного конденсатора и входом усилителя.

1302036

2Ф вв

Ф lr8ö У,р,юд

Редактор 0.Бугир

Заказ 1201/36

Туаж 640 П одп и сное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-3S, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4

4Сх

Составитель О.Гудкова

Техред Н, Глушенко Корректор E Ðîøêî