DE1523537B2 - Strömungsmittel-Operationsverstärker - Google Patents

Description

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F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Strö- Strahles, der auf den aus der Düse 19 austretenden

mungsmittel-Operationsverstärkers, Strahl auftritt, geschwächt. Der aus der Düse 18

Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene austretende Strahl hat seinen Höchstwert, wenn kein

Einzelansicht eines Strömungsmittelverstärkers, wie Steuersignal vorhanden ist. Mit zunehmender Stärke'

sie bei der Ausführung gemäß F i g. 4 verwendet 5 des aus der Steuerdüse 25 austretenden Steuersignals

werden, nimmt die Stärke des aus der Düse 18 austretenden

F i g. 6 eine graphische Darstellung von Kurven Strahles ab, so daß sich die Auftreffstelle der beiden zur Erläuterung der Arbeitsweise des in F i g. 4 dar- Hauptstrahlen aus der Ausgangskammer 22 vergestellten Strömungsmittel-Operationsverstärkers. schiebt, wodurch wiederum das Ausgangssignal ge-

Das in F i g. 1 dargestellte Blockdiagramm eines io schwächt wird. Ein solcher Gegenstrahlverstärker hat Strömungsmittel-Operationsverstärkers veranschau- demnach einen negativen Verstärkungsfaktor,
licht einen Strömungsmittelverstärker 1 mit hohem Eine Ausführungsform eines Gegenstrahlverstärkers Verstärkungsfaktor, der an eine Ausgangsleitung 2 gemäß vorstehender Beschreibung, der in einem angeschlossen ist, die mit einem nicht dargestellten Strömungsmittel-Operationsverstärker befriedigend geVerbraucher verbunden ist. Ein Vorstufen-Strömungs- 15 arbeitet hat, wobei Luft als Strömungsmittel vermittelverstärker 3 ist zwischen einer Eingangsleitung 4 wendet wurde, hatte folgende Abmessungen:
des Strömungsmittelverstärkers 1 und einer Strömungsmittelsignalquelle 5 geschaltet, wobei zwischen Abstand zwischen öffnung 21 und

der Strömungsmittelsignalquelle 5 und dem Vor- Steueröffnung 23 0,127 mm

stufen-Strömungsmittelverstärker 3 noch ein vorein- 20 Abstand zwischen öffnung 20 und

gestellter Strömungsmittelwiderstand 6 liegt. Der Vor- Steueröffnung 23 1,780 mm

stufen-Strömungsmittelverstärker 3 ist über eine Signal- Durchmesser der öffnung 20, 21

leitung 7 mit dem Strömungsmittelwiderstand 6 ver- und 26 0,406 mm

bunden und hat eine Sollwert-Eingangsleitung la Abstand zwischen der Öffnung 26

die mit einer Druckquelle 8 in Reihe mit einem Strö- 25 und der Mittellinie der

mungsmittelwiderstand 9 verbunden ist. Der Vor- . öffnung 20 0,406 mm

stufen-Strömungsmittelverstärker 3 ist als Gegerj^. Abstand zwischen der'Öffnung 20 " — '

strahlverstärker mit nur zwei Düsen ausgefühtfcT Zur und der Mittellinie der - · „ ·

Vervollständigung des Operationsverstärkers ist die öffnung 26 0,406 mm

Ausgangsleitung 2 mit der Signalleitung 7 des Vor- 30 Durchmesser der Steueröffnung 23*0,457 mm
stufen-Strömungsmittelverstärkers 3 über eine Rück- Durchmesser der Öffnung des Auskopplungsleitung 10 verbunden, die eine Rückkopp- gangs 24 und Innendurchmesser
lungsdrossel 11 aufweist. der Düsen 18, 19 und 25 2,336 mm

Der Strömungsmittel-Operationsverstärker gemäß

F i g. 1 wird durch die Anordnung nach F i g. 4 35 Gemäß F i g. 4 bildet eine Hauptzufuhrleitung 27 realisiert, wobei die Ausbildung eines der aktiven die Quelle für die Hauptstrahlen jedes Strömungs-Elemente in F i g. 5 schematisch dargestellt ist. Die mittelverstärkers 15, 16, 17, und jeder dieser Ströder F i g. 1 entsprechenden Teile in F i g. 4 sind mungsmittelverstärker 15,16,17 ist in folgender Weise zwecks Einfachheit und Klarheit der Beschreibung mit einer einzigen Verteilereinrichtung für das den gleich bezeichnet. 40 Düsen zuzuführende Strömungsmittel ausgestattet.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 weist der Eine Drossel 28 verbindet die Hauptzufuhrleitung 27 eigentliche Strömungsmittelverstärker 1 drei Strö- mit einer Verbindungsstelle 29. Die Düse 18 ist mungsmittelverstärker 15, 16 und 17 auf. Jeder unmittelbar mit der Verbindungsstelle 29 verbunden, Strömungsmittelverstärker 15, 16, 17 ist ein Gegen- und sie liefert daher einen Strom, der proportional strahlverstärker mit Ablenkung, wie er in verein- 45 dem Zufuhrdruck, geteilt durch den Widerstand der fachter Darstellung in F i g. 5 wiedergegeben ist. Drossel 28, ist. Die gegenüberliegende Düse 19 ist Gemäß F i g. 5 weist der Gegenstrahlverstärker zwei mit_ der Verbindungsstelle 29 über eine Drossel 30 Düsen 18 und 19 auf, die mit gleichen öffnungen 20 verbunden, um die Stärke dieses Strahles um einen und 21 versehen sind, die einander gegenüberliegend festen Prozentsatz zu verringern. Der Ausgang 24 im Abstand angeordnet sind und zwei aufeinander- 50 der ersten Stufe ist mit der Steuerdüse 25 der nächsten treffende Strahlen austreten lassen. Eine Ausgangs- Stufe verbunden, wobei der Ausgang 24 des letzten kammer 22 umschließt das Ende der Düse 19 und ist Strömungsmittelverstäikers 17 mit der Ausgangsmit einem Ausgang 24 und einer Steueröffnung 23 leitung 2 verbunden ist. Die Steuerdüse 25 des ersten versehen, die zu den öffnungen 20 und 21 ausgerichtet Strömungsmittelverstärkers 15 ist mit dem Ausgang liegt. Die Auftreffstelle der aus den Düsen 18 und 19 55 des Vorstufen-Strömungsmittelverstärkers 3 verbunden, austretenden Strahlen liegt zunächst innerhalb der Der Vorstufen-Strömungsmittelverstärker 3 ist ein Steueröffnung 23 der Ausgangskammer 22. Der Aus- Gegenstrahlverstärker, der eine ähnliche Ausführung gangsdruck in der Ausgangskammer 22 hängt von der wie der Gegenstrahlverstärker gemäß F i g. 5 aufrelativen Stärke der beiden aufeinandertreffenden weist mit der Ausnahme, daß die Steuerdüse 25 nicht Strahlen an der Auftreffstelle ab. Ein Steuersignal 60 vorhanden ist. Der Vorstufen-Strömungsmittelverwird durch eine Steuerdüse 25 zugeführt, deren stärker 3 weist daher lediglich zwei entgegengesetzt öffnung 26 zwischen den Düsen 18 und 19 liegt und gerichtete Düsen 31 und 32 für die Hauptstrahlen auf. deren Achse senkrecht zu den beiden Hauptstrahlen Die Düse 32 ist die Signaleingangsdüse und ist gleichaus. den Düsen 18, 19 verläuft und zur Düse 18 zeitig mit einer Mehrzahl getrennter Signalleitungen 34 benachbart liegt. Der Strahl aus der Düse 18 wird 65 und 35 verbunden, deren jede einen fest eingestellten somit durch einen aus der Steuerdüse 25 austretenden Strömungsmittelwiderstand 36 bzw. 37 enthält. Die Steuersignalstrahl abgelenkt. Infolgedessen wird der Düse 31 ist über einen Strömungsmittelwiderstand 38, wirksame Teil des aus der Düse 18 austretenden der einen Vorspannungswiderstand darstellt, an die

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Hauptzufuhrleitung 27 angeschlossen. Der Strömungs- F i g. 3 wächst der Anstieg der Kurve oder deren mittelwiderstand 38 ist, wie durch den Pfeil 39 ange- Kehrwert als Eingangswiderstand bei Annäherung deutet, einstellbar. Der Wert dieses Strömungsmittel- des Betriebsdruckes an Null. Der Eingangswiderstand Widerstandes wird für den Betrieb des Operations- nähert sich ebenfalls Null und verhindert, daß die Verstärkers auf ein Niveau eingestellt, bei welchem die 5 Einrichtung als echter Operationsverstärker arbeitet, Auftreffstelle der Hauptstrahlen zunächst in der siehe z. B. Arbeitspunkt 13. Es ist ersichtlich, daß beim Steueröffnung liegt. Eine Ausgangskammer 40 ist Arbeitspunkt 13 sich für eine gegebene Signaleingangsneben der Düse 31 vorgesehen, und sie liefert die Ein- druckänderung eine vergleichsweise große Änderung gangsströmung für die Steuerdüse 25 des ersten der Durchflußmenge an der Signaleingangsleitung Strömungsmittelverstärkers 15. Der Operationsver- io ergibt, was unerwünscht ist. Bei höherem Betriebsstärker wird vervollständigt durch die feste Rück- druck (Punkt 14) nimmt jedoch die Steigung der kopplungsdrossel 11, die auch in F i g. 1 dargestellt ist. Kennlinie 12 ab, so daß der Eingangswiderstand höher

Die Kennlinien gemäß F i g. 2 sind für einen Vor- ist und weiterhin für eine gegebene Druckänderung

stufen-Strömungsmittelverstärker, der als Sollwert- die Änderung der Durchflußmenge nur sehr gering ist.

Verstärker ausgeführt ist, typisch. Das Signal wird mit 15 Ein mit zwei Signalleitungen versehener Operations-

einem festen Druck, dem Sollwert, verglichen. Dabei verstärker gemäß vorstehender Beschreibung mit

erhöht sich der Ausgangsdruck nicht, bis das Signal einem Vorstufen-Strömungsmittelverstärker 3 und drei

den Sollwert-Druck übersteigt. Strömungsmittelverstärkern 15, 16 und 17 hat eine

F i g. 3 veranschaulicht eine typische Kennlinie für Vorwärtsverstärkung von etwa 1,7 · 10⁴. Das Widerdas Verhältnis zwischen Signaleingangsdruck und 20 Standsverhältnis der Rückkopplungsdrossel 11 und der Durchflußmenge für den Vorstufen-Strömungsmittel- betreffenden Strömungsmittelwiderstände 36, 37 ist verstärker 3, wobei die Durchflußmenge entlang der 3 bzw. 5. Die Arbeitsweise des Operationsverstärkers senkrechten Achse und der Signaleingangsdruck ent- ist in F 1 g. 6 durch einen Satz von Kurven dargestellt lang der horizontalen Achse aufgetragen sind. Die für verschiedene feste Werte des Eingangssignals zu Kennlinie bzw. Kurve entspricht der bekannten 25 dem Eingang, der dem Widerstandsverhältnis vorf 5 Charakteristik einer Düsenströmung, wobei die Durch- zugeordnet ist. Die Nullinien liegen in Wirklichkeit flußmenge proportional zur Wurzel aus d&r· DPuck- bei dem erhöhten Betriebsdruck von 0,35 kg/cm ν Die differenz ist. Unter der Annahme, daß der Strömungs- Kennlinie zeigt klar, daß die Verstärkung ,durch die mittelverstärker 1 eine ausreichend hohe Verstärkung passiven Elemente, die Drosseln,Jbesfimmt wird und aufweist, ist die Änderung des Signaleingangsdruckes 30 unabhängig von den aktiven Ele"menten ist.
für eine gegebene Änderung im Signalausgangsdruck Durch die Erfindung ist ein Strömungsmittelsehr gering. Auf Grund dessen entspricht der Ein- Operationsverstärker geschaffen, der ein oder mehrere gangswiderstand des Vorstufen-Strömungsmittelver- Eingangssignale um die gleiche oder verschiedene stärkers 3 dem Kehrwert der Steigung der Kennlinie 12 Konstanten vervielfachen und miteinander addieren in F i g. 3 bei einem vorbestimmten Betriebsdruck, 35 kann. Die Arbeitsweise des Verstärkers kann aus den d. h. einem Druck, bei welchem der Ausgang einem baulichen Parametern zuverlässig und genau vorherausgewählten Nulldruckniveau entspricht. Gemäß bestimmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

ι 2 Verstärker bestehen sinngemäß die gleichen Nachteile Patentansprüche: wie bei einem Ablenkverstärker. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

1. Strömungsmittel-Operationsverstärker mit einen Vorstufen-Strömungsmittelverstärker zu schaffen, mehreren, hintereinandergeschalteten und an eine 5 bei dem in einfacher Weise ein hoher Widerstand an Strömungsquelle angeschlossenen Strömungs- der Signaleingangsleitung erhalten werden kann,
mittelverstärkern sowie mit einem dem ersten Diese Aufgabe wird bei einem Strömungsmittel-Strömungsmittelverstärker vorgeschalteten Vor- Operationsverstärker der einleitend genannten Alt stufen-Strömungsmittelverstärker, in welchen eine dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß als Vorstufe Rückkopplungsleitung mit einem Strömungsmittel- io ein Gegenstrahlverstärker mit nur zwei Düsen angewiderstand, ausgehend vom Ausgang des letzten ordnet ist, dessen eine Düse über einen Strömungs-Strömungsmittelverstärkers, und Signalleitungen mittelwiderstand (Vorspannungswiderstand) an die einmünden, dadurch gekennzeichnet, Strömungsmittelquelle zum Vorspannen, und dessen daß als Vorstufe ein Gegenstrahlverstärker mit andere Düse an mindestens eine Signalleitung zusätznur zwei Düsen (31, 32) angeordnet ist, dessen 15 Hch zu der an dieser mündenden Rückkopplungsleitung eine Düse (31) über einen Strömungsmittelwider- angeschlossen ist. Bei einer solchen Ausführung kann stand (38; Vorspannungswiderstand) an die Strö- der Widerstand an der Signaleingangsleitung vermungsmittelquelle zum Vorspannen und dessen gleichsweise bequem dadurch hoch gemacht werden, andere Düse (32) an mindestens eine Signalleitung daß der Vorspannungswiderstand entsprechend niedrig (35) zusätzlich zu der an dieser mündenden 20 gemacht wird.

Rückkopplungsleitung (10) angeschlossen ist. Ein weiterer Vorteil, der durch Verwendung eines _

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn- solchen Gegenstrahlverstärkers mit nur zwei Düsen zeichnet, daß in jeder Signalleitung (34, 35) ein als Vorstufen-Strömungsmittelverstärker erzielt wird, Strömungsmittelwiderstand (36, 37) angeordnet ist. besteht darin, daß" ein solcher Gegenstrahlverstärker ,

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 25 eine gegenüber einem gewöhnlichen Ablenkverstärker gekennzeichnet, daß jeder Strömungsmittelver- außerordentlich hohe Verstärkung hat, was erwünscht^:- stärker als Gegenstrahlverstärker ausgebildet isfc~ ist, weil nur dann erreicht werden kann, daß die Ver-

4. Verstärker nach einem der Ansprüche Ibis 3, Stärkung — die allgemein als das Verhältnis von dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungs- Signalausgangsänderung zu Signaleingangsänderung widerstand (38) einstellbar ist. 30 verstanden wird — nur von dem Verhältnis von

Rückkopplungswiderstand zu Signaleingangswiderstand abhängig ist.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist in jeder

Signalleitung ein Strömungsmittelwiderstand ange-

35 ordnet. Hierdurch wird erreicht, daß das Ausgangssignal des Gesamtverstärkers zu allen Eingangs-

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmittel-Opera- Signalen proportional ist.

tionsverstärker mit mehreren, hintereinandergeschal- Gemäß einei weiteren Ausbildung der Erfindung ist teten und an eine Strömungsmittelquelle angeschlos- jeder Strömungsmittelverstärker als Gegenstrahlversenen Strömungsmittelverstärkern sowie mit einem 40 stärker ausgebildet, wodurch erreicht wird, daß mit dem ersten Strömungsmittelverstärker vorgeschalteten vergleichsweise geringem Aufwand eine hohe VerVorstufen-Strömungsmittelverstärker, in welchen eine Stärkung erzielt werden kann.
Rückkopplungsleitung mit einem Strömungsmittel- Bei einer anderen Ausbildung der Erfindung ist der widerstand, ausgehend vom Ausgang des letzten Vorspannwiderstand einstellbar, derart, daß der Ver-Strömungsmittelverstärkers, und Signalleitungen ein- 45 stärker bequem an in verschiedenen Bereichen münden. arbeitende Meßgeräte angepaßt werden kann. Durch Es ist bei derartigen Anordnungen bekannt, als die -bequenTauszuführende Einstellung des Vorspan-Vorstufen-Strömungsmittelverstärker einen Ablenk- nungswiderstandes ist es weiterhin möglich, die Vorverstärker zu verwenden. Bei solchen Ablenkver- stufe an einem Arbeitspunkt zu fahren, der auf der die stärkern besteht jedoch der Nachteil, daß sie einen 5° Änderungen der Durchflußmenge bei Druckändeniedrigen Eingangswiderstand haben, weil sie ver- rungen anzeigenden Kennlinie des Signaleinganges in gleichsweise große Durchflußmengen benötigen, wo- einem Bereich liegt, in dem diese Kennlinie flach bei dann auch die Änderungen der Durchflußmengen verläuft, was bedeutet, daß an einem Arbeitspunkt bei Signaldruckänderungen groß sind, was uner- gefahren werden kann, bei welchem die Änderung wünscht ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß, 55 der Durchflußmenge bei einer gegebenen Druckwenn mit einem solchen Vorstufen-Strömungsmittel- änderung gering ist.

verstärker ein hoher Widerstand in der Signaleingangs- Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

leitung erzielt werden soll — was an sich erwünscht Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher

ist —, es erforderlich ist, vergleichsweise viele Ver- erläutert. Es stellen dar

Stärkungsstufen vorzusehen, um eine entsprechende 60 F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Strömungsmittelgewünschte Verstärkung zu erhalten, wobei außerdem Operationsverstärkers,

die erste Stufe konstruktiv außerordentlich klein aus- F i g. 2 eine graphische Darstellung einer Kenngeführt werden muß. Dies ist aber insgesamt sehr linie eines Vorstufen-Strömungsmittelverstärkers, wie aufwendig und kompliziert und praktisch kaum zu er gemäß F i g. 1 verwendet wird, und der mit ververwirklichen. 65 schiedenen Sollwert-Drücken arbeitet,

Es ist auch bekannt, einen Gegenstrahlverstärker F i g. 3 eine Kennlinie, welche für die Signalein-

mit Querablenkung als Vorstufen-Strömungsmittel- gangsleitung die Änderung der Durchflußmenge in

verstärker zu verwenden. Aber auch bei einem solchen Abhängigkeit von der Druckänderung veranschaulicht.