Компенсационный пневмогидроэлектрический преобразователь Советский патент 1987 года по МПК F15C1/04 

лятор 9, дискретный интегратор о, блок 10 управления, высоковольтный усилит.ель 1 1 , электрогидроДинамичес- кий обратный преобразователь 12 с .емкостным датчиком недокомпенсации. Одна из обкладок 14 емкостного датчика недокомпенсации в цепи обратной связи через переключатель 5 соединяется или с выходом преобразователя, или с делителем 3, период которого , где Сп - паразитная емкость, R - сопротивление ключа. Другая обкладка 13 емкостного датчика недокомпенсации соединена с входом усилителя 7 заряда с подключенным к нему опорным конденсатором 6 прямой

.1302036

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 недокомпенсации сообщающиеся сосуды для легкой маловязкой рабочей диэлектрической жидкости, электрически не связанные между собой, 3 ил.

1

Изобретение предназначено дпя использования его в цепях управления электропневматических (электрогидравлических) систем автоматики,

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и улучщение 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 Сд ) j усилитель заряда 7, дискретный интегратор 8, демодулятор 9, блок 10 управления э высоковольтный усилитель П, электрогидродинамический обратный преобразователь 12 с емкостным датчиком недокомпенсации, включающий обкладки 13 и 14 цилиндрического емкостного датчика недокомпенсации и цилиндрические электроды 15 и 16 электрогидродинамического обратного преобразователя, между которыми находится двухфазный несмешивающийся между собой диэлектрик (например, для компенсационного пневмоэлектрического преобразователя может быть - минеральное масло - воздух).

Блок 10 управления состоит из генератора 17 импульсов, триггера 18 и элемента ИЛИ 19,

ля, образующего совместно с обкладками емкостного датчика недокомпенсации сообщающиеся сосуды для легкой маловязкой рабочей диэлектрической жидкости, электрически не связанные между собой, 3 ил.

В качестве электрогидродинамического обратного преобразователя 12 с емкостным датчиком недокомпенсации используется .преобразователь ЭГ011-2Ф,

Работа электрогрщродинамического обратного преобразователя 12 с двух- фазным диэлектриком характеризуется уравнением

- 0,5 е„Е v VP, (1)

где Р

5

0

давление в диэлектрической жидкости при отсутствии поля и данных значениях плотности жидкости Р;

vP - градиент- давления; VE - градиент в относительной диэлектрической проницаемости М1-шер 1пьного масла; ЕО - электрическая постоянная. Принцип компенсации входного давления в преобразователе поясняется с учетом выражения (1), Если условно выбрать в качестве входной информа- с ции величину напряженности Е электрического поля, которая полностью определяется входным напряжением U на ; электродах, то входным сигналом в электрогидродинамическом обратном преобразователе 12 будет величина давления в жидкости (газе), пропорциональная равнодействующей объемных пондеромоторных сил. Данный выходной сигнал в цепи обратной связи компен0

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 пневмогидроэлектрического преобразователя состоит в следующем.

При поступлении входного сигнала Р&х уровень диэлектрической жидкос

ти смещается между электродами 15 и 16, например, вниз. Поскольку ЭГОП

12и емкостной датчик недокомпенса- ции канструктивно выполнены как единое целое и пространство между электродами 15 и 16 ЭГОП 12 и обкладками

13и 14 емкостного датчика недоком- пенсации образует сообщающиеся сосуды, то при этом минеральное масло соответственно поднимается вверх между обкладками 13 и 14 емкостного датчи- ка недокомпенсации. Величина емкости С изменяется (в данном случае

увеличивается) и далее преобразуется в изменение выходного сигнала Ug , который по цепи обратной связи подается на вход высоковольтного усилителя 1 1 , Напряжение на электродах 15 и 16 увеличивается, и диэлектрическая жидкость (минеральное масло) под действием объемных пондеромоторных сил (1) поднимается между электродами ЭГОП 12, компенсируя входное давление, В целом преобразователь выполнен по статической схеме, поэтому величине Рд соответствует определен- ная величина U

Для увеличения помехоустойчивости и улучшения статических характеристик в преобразователе приняты сле

дующие меры.

Преобразование емкость - напряжение осуществляется на принципе статического уравновешивания токов,протекающих через опорный конденсатор 6 емкостью Cjj и датчики недокомпенсации емкостью GX, Влияние емкости линий связи С, .подключенной к общей точке емкостей С, и С„, определяется

Для уменьшения емкости линий связи, подключенных к другим выводам емкости 6 и датчика недокомпенсации ЭГОП 12 (обкладка 14), период опорного напряжения Т выбирают существенно большим постоянной времени, образованной паразитной емкостью и сопротивлением R| ключей 2 и 3, , Существую1 ще ключи позволяют это сдезначением коэффициента усиления (К)

усилителя рассогласования (вьшолнен- 55 частоты изменения опорного из элементов 7 и 8)

ного напряжения 100 кГц, кроме того, при таком выполнении схемы обеспечивается прямо пропорциональная зависис

С л

к С л

O

5

0

0

Например, для емкости лини11 связи С 1 10 , емкости датчика недокоми

5

К должно быть не менее 10 ,

пенсации

х О

5 О ь

значение При работе усилителя рассогласования на частоте 1 кГц он должен иметь частоту единичного усиления 10,0 МГц,

В данном преобразователе усилитель рассогласования выполнен двухкаскад- ным, первый каскад представляет усилитель 7 заряда, а второй - дискретный интегратор 8, Причем для реализации схемы одна из обкладок емкостного датчика 14 недокомпенсации в цепи обратной связи через ключ (модулятор) 5 соединяется или с выходным каналом (и ) 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 схемь обеспечивает следующее.

Коэфс1дш.иент усиления усилителя рассогласования равен произведению коэффициента усиления первого каскада 7, взятого по частоте изменения опорного напряжения, и коэффициента 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 полузаданное 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 ЭГОП 12 (обкладка 14), период опорного напряжения Т выбирают существенно большим постоянной времени, образованной паразитной емкостью и сопротивлением R| ключей 2 и 3, , Существую1 ще ключи позволяют это сде частоты изменения опорного напряжения 100 кГц, кроме того, при таком выполнении схемы обеспечивается прямо пропорциональная зависимость и

вь(

f(PBx).

Поскольку обкладки 13 и 14 емкостного датчика недокомпенсации ключом 5 переключаются между выходным напряжением ,, и частью опорного напряжения, определяемого произведением 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 имеем статическую характеристику (при разомкнутой цепи . главной отрицательной обратной связи)

и

бых

и„с.в

UoC.B,

Д С С

(2)

(н

- с

+ &С

В 1 ,2 текущее и начальное значения емкости датчика недокомпенсации j

коэффициент деления делителя 2;

.С

Из висимость

коэффициент деления м делителя 3. выражения (2) следует, что заи„ (дС) квазилинейна

Bbly.

и кривая несколько направлена вьшук- лостью вверх (фиг.2), Характеристика построена для С„ 40 пФ в каче н

стве примера.

Для дальнейшего улучшения статической характеристики U

ЬЫЭ.

fa. )

в преобразователе выходной сигнал

и

(,ы одновременно подают через высоковольтный усилитель 11 на электроды 15 и 16 и через ключ 5 на обкладки емкостного датчика недокомпенсации.

Для отдельного ЭГОП 12 с емкостным выходом статическая характерисика лС. (и„ )

t EXk-lw

Вых

4 Л К,„

имеет .а

К ел и

вид

2

.р Ч Л (-1) l.g Usbix ДС J.

Pg

(Rl - r ) In

i In

s.

S3

r (3)

о

К 1 - коэффициент пропорциональности;

-коэффициент усиления высоковольтного усилителя;

-ускорение силы тяжести;

К.

R, .

г - соответственно внутренний радиус электрода 16, наружный радиус электрода 15, внутренний радиус обкладки 14 датчика недокомпенсации и наружный радиус обкладки 13 датчика недокомпенсации. На фиг.З в качестве примера показана статическая характеристика 12 с. емкостным выходом, где U. - напряжение на электродах ЭГОП-2Ф; О, X, а - экспериментально снятые характеристики, соответствующие темпе

ратуре окружающей среды 21, 42, 68°С; й.С - расчетная статическая характеристика, вычисленная по формуле (3) для выбранных конструктивных параметров

R 1 . 3 устранения влияния температуры ЭГОП 12 целесообразно включать по дифференциальной схеме).

Статическая характеристика ЭГОП 12 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.1). При этом первый каскад 7 прямой цепи преобразования .работает при малых значениях выходно- го напряжения U. . Поэтому в компенРЬ Л

.сационном преобразователе допустимое значение амплитуды помехи определяется коэффициентом подавления помехи всего устройства в целом.

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.

Формула изобретения

тойчивости и улучшения линейности ха рактеристики, он содержит последовательно подключенные к источнику опор ного напряжения первый и второй делители, связанные первыми информационными входами с выходами делителей, первый и второй переключатели, соеди ненный с выходом демодулятора дискретный интегратор, выход которого яв ляется выходным каналом, и блок управления, подключенный выходами к уп равляющим входам демодулятора и переключателей, второй информационный вход дервого переключателя и второй

Компенсационный пневмогидроэлект- рический преобразователь, содержащий 5 информационный вход второго перекто- 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 преобрачателя соединены соответственно с ши ной нулевого потенциала и выходным- каналом, а i-ix выходы - соответственно с одной из обкладок опорного конденсатора и с одной из обкладок емкостного датчика недокомпенсацин, другая обкладка которого соединена с другой обкладкой опор-, него конденсатора и входом усилителя .

зователем, отличающийся тем, что, с целью повьшения помекоус

тойчивости и улучшения линейности характеристики, он содержит последовательно 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 дервого переключателя и второй

информационный вход второго перекто-

5 информационный вход второго перекто- 20 25

чателя соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и выходным- каналом, а i-ix выходы - соответственно с одной из обкладок опорного конденсатора и с одной из обкладок емкостного датчика недокомпенсацин, другая обкладка которого соединена с другой обкладкой опор-, него конденсатора и входом усилителя .

Изобретение может быть использовано в цепях управления электропнев- мат -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

йСл,/

лСх, п

3 fe.,-%,,,/f5 (

Редактор О.Бугир

Составитель О.Гудкова Техред Н. Глушенко

Заказ 1201/36Т аж 640Подписное

ВНИИ1Ш Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

Корректор Е.Рошко