Пневматический логический элемент Советский патент 1980 года по МПК F15C3/14 

Изобретение относится к техническим средствам автоматического управления периодическими и циклическими процессами с помощью пневматических, сигналов, т.е. относится к релейной 5 ветви пневмоавтоматики.

Пневматический логический элемент предназначен для выполнения прежде всего операции инвертирования (отрицания) одного входного сигнала по О активной схеме включения (с двумя источниками уровней выходного сигнала) , а также для выполнения логических операций с двумя и тремя ьходнымисигналами соответственно по полуактив-15 ной (с одним источником уровня выходного сигнала) и пассивной (без источников уровней выходного сигнала) схемам включения,. В этом смысле пневматический логический элемент инверс- 20 ного действия.

Известны элементы, которые имеютдва камерных разделителя (две мембраны) и два внутренних пропускных канала (два сопла) 1.25

Они универсальны в том смысле, что каждый из них является логическим элементом инверсного и прямого действия. Известны пневматические элементы систем Dreloba, ГЦР, Samsomatic, 30

ФРГ и пневмореле для сложных условий эксплуатации, СССР.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является мембранный логический элемент системы Ore- loba, ГДР 2 ..

Этот элемент имеет сопла, направленные в противоположные стороны, и мембраны, жестко соединенные штоком в единый блок, обе мембраны которого являются заслонками, так--как расположены со стороны сопел. Такое расположение сопл и мембран сопровождается симметричностью схемы относительно выхода. Симметрия схемы плохо сказывается на релейности статической характеристики элемента..

Статическая характеристика элемента Dreloba содержит аналоговые участки, и при изменениях состояния выходного сигнала в зависимости от формы входных сигналов на этих участках элемент работает как аналоговое устройство, в результате чего в нем имеют место паразитные расходы во цуха и снижается быстродействие.

Причиной возникновения этих анапоговых участков у элемента Dreloba является внутренняя отрицательная обратная связь, возникающая в момент

переключения элемента в результате принятой схемы. Эффект этот усиливается у других известных элементов при наличии пружины, обеспечивающей устойчивое состояние элемента.

Улучшают статическую характеристику у известных элементов, в том числе и у элемента Dreloba, разным соотношением размеров каналов сопл, что усложняет конструкцию элемента,

Цель изобретения - увеличениебыстродействия элемента.

Для этого вторая мембрана размещена между соплами, которые направлены навстречу друг другу, на жестких центрах мембран установлены толкатели, направленные навстречу друг другу, причем эффективная площадь мембраны меньше суммарной площади каналов сопл.

Предлагаемый пневматический логический элемент за счет асимметричности схемы имеет положительную обратную связь, которая- повышает его быстродействие, за счет улучшения статической характеристики элемента и упрощения его конструкции, так как элемент содержит сопла с каналами одинакового размера.

На фиг.1 представлен предлагаемый логический элемент; на фиг,2,3,4 основные схемы его включения.

Предлагаемый элемент, выполненный в едином корпусе 1, содержит мембраны 2 и 3, снабженные толкателями 4, с помощью которых передается по оси усилие сжатия. Мембраны 2 и 3 имеют одинаковые эффективные площади ( ), Образующийся таким образом мембранный блок делит элемент на три части. Первая часть, имеющая входной канал 5, является управляющей камерой 6, Вторая и третья части разделены перегородками 7 с соплами И и 9 еще на две части каждая. При этом сопла 8 и 9 направлены навстречу друг другу и имеют общую заслонку 10, совмещенную с мембраной 3, Сопла 8 и 9 имеют одинаковые каналы (), Камеры 11-14, соединенные соответственно с коммутационными каналами ISIS, используются различно.

При операцией инвертирования, т,е, отрицания (2)C.j) входного сигнала Х, поступающего с помощью канала 5 в управляюгчую камеру 6, камеры 12 и 14 обьединяются с помощью соединения каналов 16 и 18 общим выходом Z, а в камеру 11 с помощью канала 15 подается константа , образующая верхний уровень выходного сигнала Z, и в камеру 13 с помощью канала 17константа О , образующая нижний уровень выходного сигнала Z (фиг.2).

При реализации логической операции i камеры 12 и 14 обьединяются с помощью соединения каналов 16 и 18 общим выходом Z, а в камеры б,11,13 с помощью каналов 5,15, 17

подаются соответственно входные сигна

(фиг, 3) ,

лы Х,Х

г 3

При выполнении операции инвертирования управляющего сигнала Х(фиг,2 толкатели 4 мембранного блока, не соприкасающиеся в первоначальном положении, при котором выходной сигнал Z соответствовал условно единице, приходят в соприкосновение, и мембранный блок перемещается в другое крайнее положение, при котором выходной сигнал Z соответствует условно нулю. Значение управляющего сигнала X-j, нарастая, достигает значения, ранного давлению верхнего уровня, умноженного на разность площадей , а возвращается в исходное положение при убывании управляющего сигнала Ху до значения, равного произведению давления верхнего уровня на Fg, Из такого расположения точек срабатывания элемента вытекает, что размеры эффективных площадей выбраны из соотношения: Fj Fg и T fa+fQ.

Предлагаемое соотношение площадей обеспечивает начальное состояние и правильное функционирование элемента не только при выполнении операт ии отрицания, но и других.

При достаточно больших размерах каналов- сопл, коммутационных каналов и расстояний между заслонкой и соплами элемент может использоваться как усилитель мощности с одновременным инвертированием сигнала,

. Два предлагаемых элемента, выполненных в едином корпусе и не имеющих жесткой раздёлительчой стенки (фиг,4), позволяют одновременно реализовать операции отрицания Z х и повторения входного сигнала Х. .

При этом камеры 12 и 14 у обоих элементов обьединяются с помощью соединения канялов 16 и 18 у обоих элементов соответственно общими выи Z,

а в камеры I1 у обоход

М

их элементов с помощью каналов 15 подаются константы О ,образующие нижние уровни выходных сигналов Z и а.в камеры 13 у обоих элементов с помощью каналов 17 подаются константы 1 ,образующие верхние уровни выходных сигналов Z и Zg . Входной сигнал Х поступает через канал 5 в управляющую камеру б только одного элемента - реализующего выходной сигнал Z. X,j , а камера 14 этого элемента совмещается с управляющей камерой 6 элемента реализующего выходной сигнап . Такая камера не нуждается еще в одном канале 5, Соотношение площадей

И F, F, + F«

гд Обеспечивает правильное функционирование каждого элемента, реализующего операцию инвертирования, Аналогично в едином корпусе предлагаемый элемент может стыкоаа7ьоп fjen толкателя и с другими лне :1мл ичр(::кг1ми узлами.

Таким образом, повышенное быстродействие предлагаемого элемента расширяет область его применения. Возможности элемента еще больше расширяются, . так как он допускает увеличенное число управляю 1их камер, разд.лениьх мембранами, от которых воздействия передаются с помощью толкателей, входящих в контакт с мембраной каждой другой нижестоящей управляющей камеры. Это дает возможность реализовать многовходовуго логическую операцию штрих Шеффера , 5 V..., Кроме того, предлагаелий элемент допускает сопряжение управляющей камеры через толкатель и с более сложными узлами.

Форг-гула изобретения

Пневматический логический элемент, содержащий установленные в корпусе две мембраны с жесткими центрами р эффективные площади которых равны

6 П f 5 ™.Z --/1-

ft/Z 1

между собой, два сопла с одинаковой площадью каналов, выполненные в перегородках, расположенных во внутренней полости корпуса, между торцом которого и, одной перегородкой размещена первая мембрана, причем площадь канала сопла меньше эффективной площади мембраны, отли чающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия элемента, вторая мембрана разметйспа между соплами,

0 которые направлены навстречу друг другу, на жестких центрах мембран установлены толкатели, направленные навстречу друг другу, npiyieM эффективная площадь мембраны меньше суммар5 ной площади каналов сопл.

Исаочники информации, принятые во внимание при экспертизе 201. Топфер Г. и др. Система пневматических элементов релейной техники, М., Энергия, 1972, с,28, рис.22 (прототип).

1

Фиг.г