DE1498120C - Rein fluidischer Integrator - Google Patents

Description

impedanz hat, eine Drossel für den fluidischen Ein- stärkers 8 mit dem Eingang der Strömungsmittelgang vorgesehen ist, welche die Fluidspeichervorrich- kapazität 1 und enthält eine Drossel 13. Die Signaltung mit der ersten Stufe des Verstärkers verbindet, rückkopplung ist so gewählt, daß sie dem Eingangsund daß die integrierende Fluidrückkopplungsdrossel signal einen Betrag zufügt bzw. es um einen solchen den Ausgang der letzten Stufe des reinen fluidischen 5 verstärkt, der gerade ausreicht, um die entgegenwir-Verstärkers mit dem Eingang der Fluidspeichervor- kende Kraft der Strömungsmittelkapazität 1 zu überrichtung gemeinsam mit der Signalquelle verbindet, winden. Das Signal an der Ausgangssignaldüse 11 ist um ein Signal rückzukoppeln, um Fluiddruckanstieg dann eine genaue Integration des Eingangssignals,
in der Speichervorrichtung zu kompensieren. Im einzelnen enthält in der dargestellten Ausfüh-

Durch die Erfindung, d. h. durch direkte Rück- io rungsform der Erfindung der Strömungsmittelverstärkopplung zwischen dem Ausgang jeder Verstärkungs- ker 8 zwei ähnliche, in Kaskade geschaltete Verstärstufe und dem Eingang derselben Stufe in Verbin- kungsabschnitte 14 und 15. Jeder der Abschnitte 14 dung mit einer getrennten integrierenden Rückkopp- und 15 ist gleich gebaut; infolgedessen wird nur ein lungsverbindung vom Ausgang der letzten Stufe zum Abschnitt 14 nachfolgend ausführlich beschrieben, Eingang der integrierenden Kapazität wird jedwede 15 wobei die Bezugszeichen für den Abschnitt 15 entWirkung der Belastung auf den Verstärkungswert des sprechend sind.

Verstärkers beseitigt, so daß im wesentlichen von der Der Verstärkungsabschnitt 14 ist ein dreistufiger,

Belastung des Verstärkers und damit der Größe des reiner Strömungsmittelverstärker und enthält drei Ausgangssignals des Verstärkers unabhängig gear- Quer-Auftrefiverstärker 16, 17 und 18. Die Modulabeitet werden kann. Dies wiederum bedeutet, daß 20 toren sind hier schematisch dargestellt; der Verstärüber einen großen Bereich von Ausgangssignalen ker 16 weist Elemente auf, die denen der Verstärker konstante Verstärkung und damit genaue Integration 17 und 18 entsprechen und durch gleiche Bezugserzielt wird. zeichen mit Beistrich gekennzeichnet sind.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Der Verstärker 16 weist ein Paar gegenüberliegen-Erfindung weist die Mehrzahl von Verstärkungsstufen 25 der oder Stromdüsen 19 und 20 auf, die an eine gezwei in Kaskade geschaltete rein fluidische Auftreff- meinsame Zufuhrleitung 21 in Reihe mit einer geverstärker auf, deren jeder eine negative Verstärkung meinsamen Drossel 22 angeschlossen sind. Eine Vorhat. Hierdurch wird ein beträchtlicher Vorteil erzielt, drossel 23 ist in die Leitung zur Düse 20 eingeschaltet, weil Auftreffverstärker für einen Integrator gemäß um die Stärke des aus der Düse austretenden Stroder Erfindung besonders geeignet sind, weil sie eine 3° mes um eine ausgewählte Konstante zu verringern, viel größere Verstärkung als Ablenkverstärker schaf- Eine Signaleingangsdüse 24 ist neben der Hauptfen. Somit ist es bei Verwendung von Auftreffverstär- zufuhrdüse 19 angeordnet und erstreckt sich recht-"kern möglich, die sich zufolge der direkten Rück- winklig zu dieser zur Ausrichtung eines Steuersignalkopplung gemäß der Erfindung ergebende Verringe- stromes, welcher auf den benachbarten Strom aus der rung der Gesamtverstärkung auszugleichen. Ein 35 Düse 19 auftrifft und ihn mit Bezug auf den entgegenweiterer Vorteil bei der Verwendung von Auftreff- gesetzten Strom aus der Düse 20 ablenkt. Eine verstärkern besteht darin, daß diese zufolge des Aus- Sammlerkammer 25, die mit einer Ausgangsröhre ganges geringer Impedanz besseres Ansprechen und oder -mündung versehen ist, wird durch das Signal lineares Ansprechen haben. an der Signalmündung 24 gesteuert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in 40 Die Eingangsdrossel 10 schließt die Signaldüse 24 weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt. im Eingangssummenpunkt 27 an die Kapazität 5 an.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Eine Rückkopplungsdrossel 28 schließt die Signal-Zeichnung beispielsweise erläutert. düse 24 unmittelbar an die Sammlerkammer 25 der

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung zur Er- dritten Stufe 18 an. Um eine richtige Funktionsver-

läuterung eines Integrators gemäß der Erfindung; 45 Stärkerwirkung zu erzeugen, wird die Eingangsdüse -Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Charak- 24 auch über eine geeignete Reihendrossel 30 an eine

teristik des Ausgangssignals des Integrators gemäß . Null- oder Sollwert-Druckeinstellungsquelle 29 ange-

der Erfindung. schlossen. Die Quelle 29 liefert eine Sollwerteinstel-

Der in der Zeichnung dargestellte Integrator weist lung, welche den Arbeitspunkt des Verstärkers 8 ereine Strömungsmittel-Speichervorrichtung oder -ka- 50 höht und dadurch die Wirkung der Eingangsimpedanz pazität 1 auf, die mit einer Strömungsmittelsignal- verringert oder ausschaltet, die diese auf die Arbeit quelle 2 in Reihe mit einer Drossel 3 und einer Er- eines bereits vorgeschlagenen Betriebsverstärkers ausdung verbunden ist. Ein Ventil 5 verbindet wahlweise übt. Die Sollwerteinstellung stellt auch einen Bedie Kapazität 1 mit einer Quelle 6 für eine Eingangs- triebspunkt her, über den der Druck veränderbar ist, bedingung, um die Kapazität auf einen bestimmten 55 um sowohl positive als auch negative Signalintegration Ausgangsdruck aufzuladen. Um den Strömungsmittel- zu ermöglichen. Die dargestellte Ausführungsform kreis frei zu machen und die Herstellung irgendeiner der Erfindung verwendet nicht einen besonderen beausgewählten Bedingung zu ermöglichen, verbindet reits vorgeschlagenen Sollwertmodulator, da die Verein Erdungsventil 7 die hohe Seite der Kapazität 1 un- Stärkung des geschlossenen Rückkopplungskreises der mittelbar mit einem geeigneten Erdungs- oder Be- 60 Anlage verhältnismäßig gering ist. Falls aus irgendzugswert. Ein reiner Strömungsmittel-Funktionsver- einem Grund eine wesentlich höhere Rückkopplungsstärker 8 mit positiver Verstärkung weist eine Ein- verstärkung erforderlich ist, kann die Anlage ohne gangssignaldüse 9 auf, die mit der Druckseite der weiteres so ausgestaltet werden, daß sie diesen be-Strömungsmittelkapazität 1 über eine Eingangsdrossel sonderen Modulatorabschnitt benutzt.

10 verbunden ist. Ferner ist eine Ausgangssignaldüse 65 Im Betrieb ist das Erdungsventil 7 geschlossen und

11 vorgesehen, an der das wahre Zeitintegral des Ein- das Einstellungsventil 5 in der normalen Betriebsgangssignals der Kapazität erzeugt wird. Eine Rück- stellung, um die Anlage mit der Erfindung zu verbinkopplungsleitung 12 verbindet den Ausgang des Ver- den und dadurch ein Nullbezugsniveau zu liefern. Die

Anfangsbedingung wird dann hergestellt, in dem das Erdungsventil 7 geöffnet und das Einstellungsventil 5 auf die anfängliche Einstellungslinie gedreht wird, wodurch eine anfängliche Ausgangsbedingung in der Strömungsmittelkapazität oder Speichervorrichtung hergestellt wird. Das Eingangssignal wird dann an den gemeinsamen Punkt 27 über die Drossel 3 angelegt, um die Vorrichtung 1 zu laden und gleichzeitig die sich erhöhende Ladung an den Verstärker 8 anzulegen. Die Strömung an dem gemeinsamen Eingangsanschluß oder Fehlerpunkt kann summiert und die folgende Ausgangssignalformel abgeleitet werden: wie schematisch in F i g. 1 dargestellt ist, ist der Hauptversorgungsdruck in der Leitung 21 auf 1,4 kg/cm² eingestellt worden. Ein Bezugssignal im Niveau von 0,35 kg/cm² ist benutzt worden, um das .5 Nullniveau darzustellen, so daß positive und negative Integration ausgeführt werden kann. Die Rückkopplungsschleifenverstärkung des Verstärkerpaares beträgt 4,0. Die verschiedenen Drosseln haben die folgenden Werte:

p₀ s=

( ^Ri

Pt-

A ist der Verstärkungsfaktor, p_t ist der Eingangssignaldruck, Ri ist die Impedanz der Eingangsdrossel 3, C ist das Volumen der Strömungsmittel-Speicherkapazität, geteilt durch das Produkt des mittleren absoluten Druckes und dem Verhältnis der spezifischen Wärmen, C_s ist der Laplace-Operator, R_L ist die Eingangsimpedanz des Verstärkers, und R„ ist die Impedanz der Rückkopplungsdrossel 13. Die richtige Integration wird erzielt, wenn der zweite Ausdruck im Nenner der oben angebenen Gleichung auf Null reduziert wird. Das erfordert, daß der Verstärkungfaktor A positiv und gleich Eins plus dem Verhältnis der Impedanzen der Rückkopplung und der Eingangsdrosseln plus dem Verhältnis aus den Impedanzen der Rückkopplung und der Ladungsdrossel ist. Dies wird dadurch erreicht, daß zwei Verstärkungsabschnitte 14 und 15, die einen negativen Faktor aufweisen und deren Verstärkungsfaktorenprodukt gleich dem Verstärkungsfaktor A ist, in Kaskade geschaltet werden. Der positive Verstärkungsfaktor wird durch Verwendung von zwei Verstärkungsabschnitten 14 und 15 mit negativem Faktor erzielt. Die Gleichung vereinfacht sich dann auf

Pidt,

Drossel 3 = 7-10«

Fuß*

_{f se}

welches die Definition eines wirklichen Integrators ist. In der tatsächlichen Ausführung eines Integrators, Drossel 10 (Abschnitt 14) = 5 · 106 # f sec/ft⁵
Drossel 10 (Abschnitt 15) = 10 · 1Oe # f sec/ft⁵
Drossel 28 (Abschnitt 14) = 10 Ί0⁶ # f sec/ft⁵
Drossel 28 (Abschnitt 15) = 20 · 10« # f sec/ft⁵
Drossel 13 == 9 · 10⁶ # f sec/ft⁵

Drossel 30 = 20 · 10° # f sec/ft⁵

Das Ansprechen des Strömungsmittelintegrators auf mehrere, abgestufte Eingangsströmungsmittelsignale ist in F i g. 2 graphisch dargestellt. Der Ausgangsdruck mit Bezug auf das 5-psi-(0,35-kg/cm²-) Bezugssignal und die Änderung des Ausgangsdruckes in Bezug hierzu ist auf der senkrechten Skala abgetragen. Die Zeit ist auf der horizontalen Achse dargestellt. Sowohl ein positiver als auch ein negativer l-psi-(0,07-kg/cm²-)Schritt erzeugt gleiche, entgegengesetzt auseinanderlaufende Diagrammlinien 32 und 33, von denen jede ein wahres Zeitintegral des Eingangssigrials ist. In gleicher Weise erzeugen positive und negative Signale in der Größe von 2 psi (0,14 kg/cm²) entsprechend auseinanderlaufende Diagrammlinien 34 und 35 mit stärkerem Anstieg und zeigen das erhöhte Eingangsintegral.

F i g. 2 zeigt klar die Genauigkeit der Integration eines Integrators, der nach der vorliegenden Erfindung gebaut ist. Der Integrator ist äußerst stabil und kann über beträchtliche Zeiträume wanderungsfrei mit einem Null-Eingangssignal arbeiten. Die Erfindung liefert daher eine zuverlässige und einfache Vorrichtung, um eine reine Strömungsmittelintegration eines Eingangssignals zu ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 Kaskade geschalteten Auftreffmodulatoren (16, Patentansprüche: 17, 18 bzw. 16', 17', 18') aufweist, von denen jeder zwei gegenüberliegende oder entgegengesetzte

1. Rein fluidischer Integrator zum Hervorrufen Hauptauftreffströme (19, 20) und einen quer vereines fluidischen Ausgangssignals, welches das 5 laufenden Steuerstrom (21) enthält, der mit dem Integral wenigstens eines fluidischen Eingangs- eintretenden Hauptstrom (19) in Eingriff tritt, um signals über die Zeit ist, mit einem rein fluidischen das Wiedererhalten der auftreffenden Ströme zu Verstärker, der eine integrierende Fluidkapazität steuern. .......

mit einer integrierenden Fluidrückkopplungs- 9. Integrator nach einem der Ansprüche 1 drossel aufweist, und mit einer Quelle fluidischer io bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidver-Signale, die mit einer Fluidspeichervorrichtung stärker zwei in Kaskade geschaltete Funktionsund nut dem Verstärker verbunden ist, d a d u r c h . verstärker aufweist, die einen Eingangsanschluß gekennzeichnet, daß der Verstärker (8) und einen Ausgangsanschluß bestimmen und eine Mehrzahl von" rein fluidischen Funktionsver- deren jeder eine Mehrzahl von Auftreffmodustärkungsstufen (14,· 15) aufweist, deren jede eine 15 latoren aufweist mit gegenüberliegenden oder ent-Rückkopplungsimpedanz (28 bzw. 28') hat, eine gegengesetzten Auftreffströmen, von denen einige Drossel (10) für uden .fluidischen Eingang vorge- durch einen quer verlaufenden Eingangssteuersehen ist, welche die Fluidspeichervorrichtung strom gesteuert sind, einzelne Rückkopplungsmit der ersten¹ Stufe des Verstärkers verbindet, drosseln jeweils zwischen den Ausgang jedes Ver- und daß die integrierende Fluidrückkopplungs- 2c stärkers und den Eingang jedes Verstärkers gedrossel (13) den Ausgang der letzten Stufe des schaltet sind, jeder der Funktionsverstärker eine reinen fluidischen Verstärkers mit dem Eingang ausgewählte Eingangsdrossel hat, und daß die der Fluidspeichervorrichtung gemeinsam mit der Fluidrückkopplungsdrossel zwischen den Ein-Signalquelle (3) verbindet, um ein Signal rückzu- gangsanschluß und den Ausgangsanschluß gekoppein, um Fluiddruckanstieg in der Speicher- 25 schaltet ist.
vorrichtung zu kompensieren.

2. Integrator nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Mehrzahl von Verstärkungsstufen zwei in Kaskade geschaltete rein fiui-

dische Auftreffverstärker aufweist, deren jeder 30 Die Erfindung bezieht sich auf einen rein fluidi-

eine negative Verstärkung hat. sehen Integrator zum Hervorrufen eines fluidischen

3. Integrator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Ausgangssignals, welches das Integral wenigstens gekennzeichnet, daß eine Sollwertdruckquelle (29) eines fluidischen Eingangssignals über die Zeit ist, mit dem Eingang des Fluidverstärkers (8) verbun- mit einem rein fluidischen Verstärker, der eine inden ist, um einen erhöhten Nullbezugsdruck zu 35 tegrierende Fluidkapazität mit einer integrierenden erzeugen und dadurch positive und negative Si- Fluidrückkopplungsdrossel aufweist, und mit einer gnalintegration zu ermöglichen. Quelle fluidischer Signale, die mit einer Fluid-

4. Integrator nach einem der Ansprüche 1 speichervorrichtung und mit dem Verstärker verbunbis 3, gekennzeichnet durch eine einen anfäng- den ist.

liehen Druck einstellende Quelle (6), die wahl- 40 Es ist ein fluidischer Integrator (australische Pa-

weise mit der Speichervorrichtung verbunden tentschrift 257 825) bekannt, der mehrere Verstär-

werden kann, um diese auf den ausgewählten An- kungsstufen aufweist und bei dem eine einzige.Rück-

fangsdruck aufzuladen. kopplung zwischen der letzten Verstärkungsstufe und

5. Integrator nach einem der Ansprüche 1 dem Eingang des gesamten Verstärkers vorgesehen bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entlade- 45 ist. Bei einer solchen Ausführung kann große Genaueinrichtung angeschlossen ist zum wahlweisen igkeit nicht erhalten werden, weil die Verstärkung Entladen der Speichervorrichtung. mit der Änderung des Ausgangssignals des Verstär-

6. Integrator nach einem der Ansprüche 1 kers nicht konstant ist. Somit ist der bekannte Intebis 5, gekennzeichnet durch eine Ventileinrich- grator praktisch nur für sich nicht ändernde Austung (5) zum wahlweisen Verbinden der Kapazität 50 gangssignale verwendbar, weil selbstverständlich eine (1) mit der den*anfänglichen Druck einstellenden:'■ von der Größe des Ausgangssignals unabhängige Quelle (6) und der Eingangsdrossel (10) mit der konstante Verstärkung erwünscht ist, um immer ge-Entladeeinrichtung, - um diese auf einen Bezugs- naue Integration zu erhalten. --■-

wert rückzustellen., . Es ist auch ein Integrator der einleitend genannten

7. Integrator' ^:riäch einem der Ansprüche 1 55 Art (USA.-Patentschrift 3 155 825) bekannt, bei welbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ver- chem positive und negative Rückkopplung zwischen Stärkungsstufen eine Mehrzahl von in Kaskade der letzten Stufe bzw. dem integrierten Ausgangsgeschalteten Auftreffmodulatoren aufweist, von signal und der ersten Stufe vorgesehen ist, so daß sich denen einer eine Eingangseinheit darstellt und ein hier ähnliche Nachteile wie bei dem vorbeschriebe-Paar entgegenwirkender bzw. gegenüberliegender 60 nen bekannten Integrator ergeben.
Auftreffströme umfaßt, und daß die Eingangs- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einheit eine Einrichtung aufweist, um einen Steuer- fluidischen Integrator zu schaffen, bei welchem auch strom zu bilden, der mit der Ausgangsseite der bei sich ändernden Ausgangssignalen immer genaue Signalquelle verbunden ist und auf einen der auf- Integration erhalten wird. Diese Aufgabe wird bei treffenden Ströme quer auftrifft. 65 einem Integrator der einleitend genannten Art gemäß

8. Integrator nach einem der Ansprüche 1 der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verstärker bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fluid- eine Mehrzahl von rein fluidischen Funktionsverstärverstärkungsstufen (14,15) eine Mehrzahl von in kungsstufen aufweist, deren jede eine Rückkopplungs-