Аналоговый электропневматический преобразователь Советский патент 1991 года по МПК F15C3/04 

Фиг /

Изобретение относится к автоматике, а именно к электропневматическим преобразователям, и может найти применение в электропневматических системах управления.

Цель изобретения - повышение точности преобразования аналогового электриче- ского сигнала в аналоговый пневматический сигнал, эффект достигается благодаря введению отрицательной обратной связи по положению электропроводной мембраны относительно неподвижного электрода с соплом. Это позволяет исключить влияние ряда отрицательных факторов: виброударных нагрузок, изменение характеристик мембраны в результате усталостных необратимых изменений при длительной эксплуатации и др.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - графики изменения сигналов во времени.

Устройство содержит сумматор 1, плюсовой вход которого соединен с входным каналом 2, сигнал UBX может формироваться задатчиком 3.

Прямой канал преобразователя включает первый компаратор 4 и усилитель 5. Второй вход компаратора 4 связан с генератором 6 треугольных импульсов.

Узел электррпневматич еского преобразования выполнен в виде электропроводной упругой мембраны 7, против которой в плоском основании-электроде 8 установлено сопло 9.

Сопло 9 соединено с выходным каналом 10 и через дроссель 11 - с каналом питания 12. Полость между электродами - мембраной 7 и основанием 8 - сообщена с атмосферой.

В канале обратной связи преобразователя установлены формирователь 13 экспоненциальных сигналов, выполненный в виде резистора 14, через который основание 8 соединено с общим полюсом, формирователь 15 широтно-модулированных прямоугольных сигналов и формирователь 16 аналогового сигнала 1М обратной связи, связанный с минусовым входом сумматора 1.

Формирователь 15 выполнен в виде второго компаратора, второй вход которого соединен с каналом 17 опорного сигнала U2 const.

Преобразователь работает следующим образом.

В сумматоре 1 входной сигнал UBx сравнивается с сигналом 1М обратной связи.

Результирующий сигнал AU . a также сигнал от генератора 6 поступают на компаратор 4, на выходе которого формируется последовательность широтно-модулированных прямоугольных импульсов, которые усиливаются с помощью усилителя 5. Усиленный сигнал Ui. представляющий собой также последовательность широтно-мо- дулированных импульсов, подается на мембрану 7.

Несущая частота этих импульсов, задаваемая генератором 6, выбирается не ме0 нее, чем в три раза большей максимальной частоты пропускания мембраны 7. Поэтому мембрана, выполняющая роль фильтра, занимает положение, пропорциональное скважности импульсов.

5При изменении длительности импульсов напряжения Ui, подаваемого на мембрану 7, например ее увеличении, под действием пондеромоторных кулоновских сил, возникающих в электрическом поле

0 между электропроводной мембраной 7 и электродом 8. происходит перемещение мембраны 7 к электроду 8. При этом происходит увеличение сопротивления истечению струи рабочей среды из сопла 9 и

5 поэтому давление в выходном канале 10 увеличивается. При уменьшении же длительности импульсов напряжения, поступающего на мембрану, в силу описанных физических явлений давление в выходном

0 канале Юуменьшается В результате происходит преобразование непрерывного электрического сигнала в непрерывный пневматический сигнал.

При изменении положения мембраны 7.

5 например, при перемещении ее к электроду 8 расстояние h между электродами изменяется, т.е. уменьшается. Это приводит к увеличению емкости конденсатора, образованного плоскими электродами:

0 мембраной 7 и электродом 8. Изменение емкости конденсатора обуславливает изменение времени зарядки и разрядки его при поступлении каждого импульса высокого напряжения Ui на мембрану 7. Изменение

5 тока зарядки и разрядки конденсатора под действием перемещения мембраны 7 и изменения расстояния между ней и электродом 8 измеряется с помощью формирователя 13 с резистором 14. выход0 ным сигналом которого является напряжение U2(t).

Характер изменения этого напряжения во времени показан диаграммой U2(t) (фиг. 2). При уменьшении расстояния h между

5 электродами (увеличении емкости конденсатора) происходит увеличение времени зарядки и разрядки конденсатора. Изменение напряжения U2(t) во времени происходит в виде импульсов, имеющих задний фронт, спадающий по экспоненте. Данный импульсный сигнал поступает на формирователь - компаратор 15, где сравнивается с опорным сигналом постоянного уровня U 2 const (см. диаграмму U2(t) на фиг. 2). В результате такого сравнения на выходе формирователя 15 формируются импульсы напряжения Уз(т) с прямоугольной формой, находящиеся в однозначном соответствии с импульсами экспоненциальной формы, поступающими на вход формирователя 15, т.е. изменение напряжения U2(t) или времени перезарядки конденсатора с переменной емкостью, образованной электродами 7 и 8,преобразуется в изменение длительности прямоугольных импульсов напряжения 11з(1) (см. диаграммы U2(t) на фиг. 2). Напряжение UaW в виде прямоугольных импульсов поступает далее на, преобразователь 16, в котором длительность широтно-моду- лированных импульсов преобразуется в прямо пропорциональный не прерывный уровень напряжения ) Перемещение мембраны 7 относительно неподвижного электрода 8 будет продолжаться до тех пор, пока мембрана остановится в положении равновесия.

При работе, например, в условиях сильного внешнего ускорения на мембрану 7 действует дополнительное изменяющееся во времени усилие, приводящие к дополнительному смещению мембраны. В этом случае также появляется сигнал рассогласования Д U, но теперь уже обусловленный изменением сигнала L)4(t) отрицательной обратной связи. Мембрана 7 вновь возвращается в свое исходное положение, компенсируя тем самым возмущающее воздействие на нее большого внешнего ускорения.

Другим возмущающим воздействием может являться изменение упругой мембраной своих физико-технических свойств в ре- зультате усталости при длительной

эксплуатации. И в этом случае наличие обратной связи позволяет устранить или ском- пенсировать влияние данного возмущающего воздействия на изменение выходного давления от управляющего электрического воздействия.

Формула изобретения

Аналоговый электропневматический

преобразователь, содержащий входной канал, электропроводную упругую мембрану, против которой в плоском основании-электроде установлено сопло, подключенное к выходному каналу и через дроссель -.к каналу питания, отличающийся тем. что, с целью повышения точности, преобразователь снабжен генератором треугольных импульсов, последовательно соединенными в прямом канале сумматором, первым компаратором и усилителем и последовательно со- единенными в канале обратной связи формирователем экспоненциальных импульсов, входом, электрически подключенным к основанию-электроду, формирователем широтно-модулированных прямоугольных импульсов и формирователем аналогового сигнала-, связанного своим выходом с минусовым входом сумматора/плюсовой вход которого сообщен с входным каналом, причем

второй вход первого компаратора связан с генератором треугольных импульсов, выход усилителя соединен с электропроводной мембраной, а формирователь экспоненциальных импульсов выполнен а виде резистора, через который основание-электрод, подключен к общему полюсу.

Изобретение относится к аналоговым электропневматическим преобразователям. Цель изобретения - повышение точности преобразователя. Аналоговый электропневматический преобразователь содержит входной канал 2, электропроводную упругую мембрану 7, против которой в плоском основании-электроде 8 установлено сопло 9, подключенное к выходному каналу 10 и через дроссель 11 к каналу 12 питания. Преобразователь снабжен последовательно соединенными в прямом канале сумматором 1, первым компаратором 4 и усилителем 5 и последовательно соединенными в канале обратной связи формирователем 13 экспоненциальных импульсов, формирователем 15 широтно-модулированных прямоугольных импульсов и формирователем 16 аналогового сигнала, связанного своим выходом с минусовым входом сумматора 1, плюсовой вход которого сообщен с входным каналом 2. Второй вход первого компаратора 4 связан с генератором 6 треугольных импульсов, выход усилителя 5 соединен с электропроводной мембраной. Формирователь 13 экспоненциальных импульсов выполнен в виде резистора 14, через который основание-электрод 8 подключен к общему полюсу, а формирователь 15 широтно-модулированных импульсов выполнен в виде второго компаратора, второй вход которого связан с каналом 17 опорного сигнала. 2 ил.