Способ преобразования гидропневматического сигнала в электрический

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз СоеетскМ

Сещиалистичесиик

Рвспублии

< 1652370 ф ОЛ„Ц фЯРУР,3

4уи (61) Дополнительное н авт. свид-ву (22) Заявлено 2806.76 (21) 2377587/18-24 с присоединением заявки ЭВ (23) Приоритет

{Sf) N. Ka

F l5 С 3/14

F 15 В 5/00

Государствеииый комитет

СССР по демам изобретений и открмтнй

Опубликовано 150379,Бюллетень М 10 (5З) УДК (088 ° 8) Лата опубликования описания 1503.79 (72) Автор изобретения

A.À.Åðoôååâ

Pl) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО

СИГНАЛА. В ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ

Изобретение относится к способам гидропневмоэлектрического преобразования сигналов в автоматических системая различного назначения и может быть использовано, например, в гидропневмосистемах летательных аппаратов. .Известен гидропневмоэлектрический способ преобразования сигналов, в котором гидропневмосигнал непосредст- ® венно преобразуется в электрический сигнал. Устройство, реализующее способ, содержит камеру с размещенными в ней электродами типа иглаплоскость, между которыми осуществ- 1 ляется коронный разряд. Ток коронного разряда при данной температуре рабочей среды однозначно определяет давление на входе камеры.

Недостатками известного способа © является сильная зависимость тока коронного разряда от температуры рабочей среды, существенная нелинейная его зависимость от входного давления (1) . 95

Наиболее близким техническим решением к данному является способ преобразования гидропневматического сигнала в электрический путем струйного воздействия на пьеэотрансформатор.

Струйное воздейс гвие на пьезотрансформатор осуществляется через внешние дестабилизирующие факторы, приводящие к модуляцйи его выходного напряжения.

Однако модуляция выходного напряжения является неустойчивой, вследствие ненаправленного воздействия входного сигнала, что снижает точность преобразования (2).

Целью изобретения является повышение точности преобразования эа счет того, что струйный сигнал подают в зону максимальной амплитуды колебательной скорости пьеэотрансформатора.

При преобразовании сигналов истекающие струи жидкости (газа) передают энергию пьезоэлектрическому трансформатору (ПЭТ) через трение, а также через кинетическую энергию вихрей и других образований скорости, характеризующих поле скоростей около ПЭТ.

Эти воздействия приводят к внесению дополнительного эквивалентного сопротивления s работу ПЭТ, которое можно условно разделить на части: составляющую сопротивления, зависящую от характера потока около ПЭТ (сопротивление формы или давления)g составляющую, обусловленную сопротивлением трения; составляющую сопротивления, 3 б 5 23 обусловленную колебательными движениями тела ПЭТ (от воздействия высокой частоты); составляющую, характеризующую сопротивление потерь на излучение.

Режимы течения определяются значением входного давления Р „ и могут 5 быть, в общем случае, ламинарными или турбулентными. Известно, что распределения напряженности вихря, функции тока и температуры для турбулентного течения качественно подоб-1р ны соответствующим распределениям, полученных для ламинарной струи при больших числах Рейнольдса. Профили энергии турбулентного движения вблизи точки торможения дают области мак-(5 снмума энергии тугбулентного движения, Распределение статического давления— максимально в точке торможения и далее резко падает в стороны от этой точки.

Наиболее эффективно реализация гидро (-пневмо)-преобразования сигналов осуществляется тогда, когда входной гидропневмосигнал Р „ подают в зону максимальной колебательной скорости Vö „тела ПЭТ. Эта зона

25 располагается различным образом в разноббраэных конструкциях ПЭТ. Например, у ПЭТ пластинчатого типа. с двумя парами электродов, соответственно, на боковых и торцовой плоскос- Ю тях,работающего в режиме продольных

6 колебаний по длине = Я o (Л о — длина волны, соответствующая резонансной частоте Oo продольных колебаний), зона будет располагаться в середине 35

ПЭТ (в месте максимальных смещений материальной точки,т.е.гдето„ х.пах / д /мал

70 4 маторы энергии, а часть схемы между ними будет имитировать работу механического блока ПЭТ. Электрический сигнал, приложенный к возбудителю

ПЭТ за счет обратного пьезоэффекта, преобразуется в энергию акустических волн, которые зарождаются на границах возбуждающих электродов и распространяются по всему объему ПЭТ.

ПЭТ является резонансной системой и его свойства характеризуются добротностью в идеальном случае примерно равной добротности механического блока ПЭТ вЂ” Qù, зависящей преимущественно от потерь энергии при распространении акустической волны. В эквивалентной схеме потери акустической энергии, вводимой в ПЭТ, приближенно определяются потерямы в эквивалентном

KeZo механическом сопротивлении p

1 m где K — коэффициент, зависящий от моды колебаний пластинки ПЭТ (для второй моды K=1), ЕО=Бз,pE — механическое характеристическое (волновое) сопротивление ПЭТ; — плотнос :ь пьезокерамики; С вЂ” Фазовая скорость распространения продольной акустичесс,о кой волныу Ощ = — — механическая

С 2)3 добротность, равная отношению вещественной части одномерного модуля упругости к его мнимой части, измеренного при постоянном смещении D. О,„ иначе можно выразить через параметры эквивалентного комплексного механического импеданса будет иметь максимальную амплитуду колебательной скорости, равную Aw©, если A slnvo1;). Торцовые участки такого ПЭТ будут также работать с

Ч„ „. У пластинчатых ПЭТ зона расположения V„t„, в общем случае, за- 45 висит от моды воздуждаемых колебаний (выше был рассмотрен ПЭТ, работающий на второй моде). При этом длина пластинки ПЭТ Ро "— -, т.е. должна быть кратна 0, 5 Ар где n=1 2, 3... — целое 50 число, указывающее номер моды колебаний. В конструкции ПЭТ типа квадрат эоны Ч„„, „ будут располагаться по прямоугольным краям квадрата.

В режиме преобразования сигналов .@

ПЭТ должен работать при согласованных по механической системе сопротивлениях нагрузки, т.к. ПЭТ представляет собой высокочастотную электромеханическую систему, содержащую входной и выходной электрические преобразователи и промежуточный механический блок. Если эквивалентировать работу ПЭТ работой некоторой электрической схемы, то на входе и выходе ее должны быть расположены трансфорLm

=wо =1 woCò è

О (0 Г13 (откуда o rn m ®o wCm (.

При преобразовании сигналов коэффициент передачи ПЭТ по напряжению можно представить в следующем виде

К„=К К„ 0, где Kp — коэффициент, зависящий от режима работы ПЭТ (при х.х. К> =1, в других режимах К с1)t

Кя — коэффициент, зависящий от физических параметров пьезоматериала (пьезокерамяки).

На основании вышеизложенного можно объяснить Физику преобраэовання (модулнрования) выходного сигнала

ПЭТ входным гидропневмосигналом.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ .

Устройство содержит пьезотрансформатор 1 (ПЭТ), напряжение возбуждения на который подается от транзисторного автогенератора 2. Входной

652370

Формула изобретения! (8 атносрерц р è с, аФ

Составитель .О.Гудкова

Техред Э,Фанта ° Корректор В. Куприянов

Редактор В.Чирков

Заказ 1023/35 Тирам 869 Подписное,/ I1HHHUH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 4-35, Раушская наб., д. 4/5

Филин ППШ iIIгент, г.укгород, ул.Проектная,4 гидропневмОсигнал Р „ подается в зонУ максимальной амплитуды колебательной скорости ПЭТ. Выходной электрический сигнал снимается с выхода ПЭТ через выпрямитель 3.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала (РВ„ =О) на выходе ПЭТ устанавливается напряжение 0 „„. При подаче входного сигнала (Рв„> О), напряжение

Us „ снимается по мере увеличения входного сигнала, что обусловлено комплексным воздействием на ПЭТ привносимых составляющих дополнительно го сопротивления от воздействия Рв

Эти составляющие эквивалентируются соответствующими частями в Вщ ПЭТ причем рост Р „увеличивает R щ (уменьшает 0,„), что. приводит к завйсймести

К =f (ÐI„,), К„=Й(Р „) или при U <= const к зависимости Ов„„=&(Р „) в рабочем диапазоне изменения Рэ, определяемом конструкцией ПЭТ, его назначением, свойствами пьезокерамикн.

Таким образом, по величине U> II мозно судить о величине Р „. При этом устройство преобразует в электрический сигнал как постоянный гидропневмосигнал, так и переменный (например, переменный пневмоток) и, в этом случае, выходной сигнал с ПЭТ,будет модулирован входным переменным сигналом Рз а

По сравнению с известными способамн предлагаеыий способ обладает существенными технико-экономическими преимуществами, определяемыми: значительным улучшением стабильности статических и динамических характеристик устройств, реализующих способ1 линейной зависимостью выходного электрического сигнала от входного (в рабочем диапазоне); малыми габаритами и весом устройств, реализующих

)p спОсОбе

Способ преобразования гидропневматического сигнала в электрический путем струйного воздействия на пьезотрансформатор, о т л и ч а ю,щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, струйный сигнал подают в зону максимальной амплитуды колебательной скорости пьезотрансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Денисов A.A. и Нагорный В.С.

25 Элементы электрогидравлических и электропневматических систем автоматики, Л., ЛПИ им. М.И.Калинина, 1975, с. 170.

2. Авторское свидетельство СССР

30 9402105, кл. Н 01 R 17/00, 1972.