Способ преобразования гидропневматического сигнала в электрический Советский патент 1979 года по МПК F15C3/14 F15B5/00 

1

Изобретение относите к способу гидропневмоэлектрического преобрайования сигналов в автоматических сиртемах различного Назначения и может быть использовано, например, в гидропневмосистемах летательных аппаратов.

Изйестен гидропневмоэлектрический способ преобразования сигналов, в котором гидр9пневмосигнал непосредст венно преобразуется в электрический сигнал. Устройство, реализующее способ, содержит камеру с размещенными в ней зЛектродами типа иглаплоскость , между которыми осутцествляется коронный разряд. Ток коронного разряда при данной температуре рабочей среды однозначно определяет давление на входе камеры.

Недостатками известного способа является сильная зависимость трка коронного разряда от температуры рабочей среды, существенная нелинейная его зависимость от входного давления 1 .

Наиболее, близким техническим решением к дагшому является способ п1реобразования гидропневматического сигнала в злектрический путем струйного воздействия на пьезотрансформатор.

Струйное воздейс гвие на пьезотрансформатор осуществляется через внешние дестабилизирующие факторы, приводящие к модуляции его вШсоДногЬ Напряжения. Однако модуляция выходного напряжения является неустойчивой, вследствие ненаправленного воздействия входного сигнала, что снижает точность преобразования 2 .

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет того, что струйный сигнал подгиот в зону максимальной амплитуды колебательной скорости пьезотрансформатора.

При преобразовании сигналов истекгиощие струи жидЛости (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 в работу ПЭТ, которое можно условно разделить на части: составляющую сопротивления, зависящую от характера потока около ПЭТ (сопротивление формы или давления); составляющую, обусловленную сопротивлением трения; составляющую сопротивления.

652370 обусловленную колебательными движени ями тела ПЭТ {от воздействия высокой частоты); составляющую, характеризую щую сопротивление потерь на излучени Режикал течения определяются значе нием входного давления Рдх и могут быть, в общем случае, ламинарными или турбулентными. Известно, что распределения напряженности вихря, функции тока и температуры для турбулентного течения качественно подоб ны соответствующим распределениям, полученных для ламинарной струи при больших числах Рейнольдса. Йрофили энергии турбулентного движения вблизи точки торможения дают области мак симума энергии турбулентного движени 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 вход ной гидропневмосигнал Pg,, подают в зону максимальной колебательной скорости ПЭТ. Эта зона располагается различным образом в разноббразных конструкциях ПЭТ. Например, у ПЭТ пластинчатого типа с двумя парами электродов, соответстве но, на боковых и торцовой плоскоетях,работающего в режиме продольных колебаний по длине о Яд (Лд - длина волны, соответствующая резонансной частоте W, продольных колебаний) зона будет располагаться в середине ПЭТ (в месте максимальных смещений материальной точки,т.е.где.тах/| /та будет иметь максимальную амплитуду колебательной скорости, равную Aw, если А ). Торцовые участки laKoro ПЭТ будут также работать с к.тах У пластинчатых ПЭТ зона расположения VK.O , в общем случае, зависит от моды воздуждаемых колебаний (выше бып рассмотрен ПЭТ, работающий на второй моде). При этом длина плас тинки ПЭТРдвСАе., т.е. должна быть кратна 0,5AQ , где ,2,3... цело число, указывающее номер моды колеба ний, в конструкции ПЭТ типа квадрат зоны V п,,., будут располагаться по прямоугольным краям квадрата. В режиме преобразования сигналов должен работать при согласованных по механической системе сопротив лениях нагрузки,-т.к. ПЭТ представляет собой высокочастотную электромеханическую систему, содержащую вхо ной и выходной электрические преобразователи и промежуточный механичес кий блок. Если эквивалентировать работу ПЭТ работой некоторой электрической схемы, то на входе и выходе ее должны быть расположены трансформаторы энергии, а часть схемы между ними будет имитировать работу механическогр 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 - Q, зависящей преимущественно от потерь энергии при распространении акустической волны. В эквивалентной схеме потери акустической энергии, вводимой в ПЭТ, приближенно определяются потерям; в эквивалентном механическом сопротивлении „«где К - коэффициент,зависящий от моды колебаний пластинки ПЭТ (для второй моды ) , ,3Tp-E - механичесkoe характеристическое (волновое) сопротивление ПЭТ;р - плотное/ь пьезокёрамики; С - фазовая скорость распространения продольной акустической волны; ц.:механическая добротность, равная отношению вещественной части одномерного модуля упругости к его мнимой части, измеренного при постоянном смещении D. Q иначе можно выразить через параметры эквивалентного комплексного механического импеданса При преобразовании сигналов коэффициент передачи ПЭТ по напряжению можно представить в следующем виде Ки Кр-К„-0, где Кр - коэффициент, зависящий от режима работы ПЭТ (при х.х. , в других режимах ); KU - коэффициент, зависящий от физических параметров пьезоматериала (пьезокёрамики). На основании вышеизложенного можно объяснить физику преобразования (модулирования) 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

гидропневмосигнал Pg подается в зону Мс1,ксимальной амплитуды колебательной скорости ПЭТ. Вьоходной электрический сигнал снимается с выхода ПЭТ через выпрямитель 3.

Устройство работает следующим 96разом. При отсутствии входного сигнала (РЙХ - « выходе ПЭТ устанавливается напряжение При подаче входного сигнёша ), напряжение Ujyj снижается по мере увеличения входного сигнала, что обусловлено комплексным воздействием на ПЭТ привносимых составляющих дополнительного сопротивления от воздействия Рдх. Эти составляющие эквивалентируются соответствующими частями в Rj ПЭТ причем рост Pgj увеличивает Е„, (уменьшает Q), что приводит к зависимости (Pjj) , К„(Рр,) или при U const к зависимости Чвых вх рабочем диапазоне изменения РВХ г определяемо конструкцией ПЭТ, его назначением, свойствами пьезокерамики.

Таким образом, по величине U можно судить о величине При этом устройство преобразует в электрический сигнёш как постоянный гидропневмосигнал, так и переменный (например переменный пневмоток) и, в этом случае, выходной сигнал с ПЭТ,будет модулирован входным переменным сигналом Р,

х

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

Формула изобретения

Способ преобразования гидропневматического сигнёша в электрический путем струйного воздействия на пьезотрансформатор, отличаю,щи 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 А.А. и Нагорный B.C. Элементы электрогидравлических и электропневматических систем автоматики, Л., ЛПИ им. М.И.Калинина,

1975, с. 170.

2. Авторское свидетельство СССР ,№402105, кл. Н 01 R 17/00, 1972.

|1о.

I fe amffocoffoy /вн. /