SU1673755A1

SU1673755A1 - Analog electropneumatic converter

Info

Publication number: SU1673755A1
Application number: SU884496003A
Authority: SU
Inventors: Александр Евгеньевич Шаралапов; Валерий Яковлевич Краснослободцев; Евгений Юрьевич Ратников
Original assignee: Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1991-08-30

Abstract

Изобретение относитс к аналоговым электропневматическим преобразовател м. Цель изобретени - повышение точности преобразовател . 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 питани . Преобразователь снабжен последовательно соединенными в пр мом канале сумматором 1, первым компаратором 4 и усилителем 5 и последовательно соединенными в канале обратной св зи формирователем 13 экспоненциальных импульсов, формирователем 15 широтно-модулированных пр моугольных импульсов и формирователем 16 аналогового сигнала, св занного своим выходом с минусовым входом сумматора 1, плюсовой вход которого сообщен с входным каналом 2. Второй вход первого компаратора 4 св зан с генератором 6 треугольных импульсов, выход усилител 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 св зан с каналом 17 опорного сигнала. 2 ил.The invention relates to analog electropneumatic converters. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the converter. An analogous electropneumatic transducer contains an input channel 2, an electrically conductive elastic membrane 7, against which a nozzle 9 is installed in a flat base-electrode 8 and connected to an output channel 10 and through a choke 11 to a power channel 12. The converter is equipped with an adder 1, a first comparator 4 and an amplifier 5 and serially connected in a feedback channel by a former of 13 exponential pulses in a feedback channel, a former 15 of width-modulated rectangular pulses and a former 16 of an analog signal connected to its output with a negative signal. the input of the adder 1, the positive input of which is connected to the input channel 2. The second input of the first comparator 4 is connected to the generator 6 triangular pulses, the output of the amplifier 5 is connected to conductive membrane. The exponential pulse generator 13 is made in the form of a resistor 14 through which the base electrode 8 is connected to a common pole, and the pulse width modulated driver 15 is made in the form of a second comparator, the second input of which is connected to the channel 17 of the reference signal. 2 Il.

Description

Фиг /Fig /

Изобретение относитс к автоматике, а именно к электропневматическим преобразовател м , и может найти применение в электропневматических системах управлени .The invention relates to automation, namely to electropneumatic converters, and can be used in electropneumatic control systems.

Цель изобретени - повышение точности преобразовани аналогового электриче- ского сигнала в аналоговый пневматический сигнал, эффект достигаетс благодар введению отрицательной обратной св зи по положению электропроводной мембраны относительно неподвижного электрода с соплом. Это позвол ет исключить вли ние р да отрицательных факторов: виброударных нагрузок, изменение характеристик мембраны в результате усталостных необратимых изменений при длительной эксплуатации и др.The purpose of the invention is to improve the accuracy of converting an analog electric signal to an analog pneumatic signal, the effect being achieved due to the introduction of negative feedback on the position of an electrically conductive membrane relative to a fixed electrode with a nozzle. This eliminates the influence of a number of negative factors: vibro-impact loads, changes in membrane characteristics as a result of irreversible fatigue changes during long-term operation, etc.

На фиг. 1 представлена схема преобразовател ; на фиг. 2 - графики изменени сигналов во времени.FIG. 1 shows a converter circuit; in fig. 2 - graphs of signal changes over time.

Устройство содержит сумматор 1, плюсовой вход которого соединен с входным каналом 2, сигнал UBX может формироватьс задатчиком 3.The device contains an adder 1, the positive input of which is connected to the input channel 2, the signal UBX can be generated by the setting device 3.

Пр мой канал преобразовател включает первый компаратор 4 и усилитель 5. Второй вход компаратора 4 св зан с генератором 6 треугольных импульсов.The forward channel of the converter includes the first comparator 4 and the amplifier 5. The second input of the comparator 4 is connected to the generator 6 triangular pulses.

Узел электррпневматич еского преобразовани выполнен в виде электропроводной упругой мембраны 7, против которой в плоском основании-электроде 8 установлено сопло 9.The electropneumatic transducer assembly is made in the form of an electrically conductive elastic membrane 7, against which a nozzle 9 is installed in a flat base electrode 8.

Сопло 9 соединено с выходным каналом 10 и через дроссель 11 - с каналом питани 12. Полость между электродами - мембраной 7 и основанием 8 - сообщена с атмосферой .The nozzle 9 is connected to the output channel 10 and through the choke 11 to the power channel 12. The cavity between the electrodes, the membrane 7 and the base 8, is in communication with the atmosphere.

В канале обратной св зи преобразовател установлены формирователь 13 экспоненциальных сигналов, выполненный в виде резистора 14, через который основание 8 соединено с общим полюсом, формирователь 15 широтно-модулированных пр моугольных сигналов и формирователь 16 аналогового сигнала 1М обратной св зи, св занный с минусовым входом сумматора 1.In the feedback channel of the converter, a shaper 13 of exponential signals is installed, made in the form of a resistor 14, through which the base 8 is connected to a common pole, a shaper 15 of width-modulated rectangular signals and a shaper 16 of an analog signal of 1 M feedback connected to the minus input adder 1.

Формирователь 15 выполнен в виде второго компаратора, второй вход которого соединен с каналом 17 опорного сигнала U2 const.The imaging unit 15 is made in the form of a second comparator, the second input of which is connected to the channel 17 of the reference signal U2 const.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

В сумматоре 1 входной сигнал UBx сравниваетс с сигналом 1М обратной св зи.In adder 1, the input signal UBx is compared with the 1M feedback signal.

Результирующий сигнал AU . a также сигнал от генератора 6 поступают на компаратор 4, на выходе которого формируетс последовательность широтно-модулированных пр моугольных импульсов, которые усиливаютс с помощью усилител 5. Усиленный сигнал Ui. представл ющий собой также последовательность широтно-мо- дулированных импульсов, подаетс на мембрану 7.The resulting signal is AU. The signal from the generator 6 is also fed to the comparator 4, at the output of which a sequence of width-modulated rectangular pulses is formed, which are amplified by an amplifier 5. The amplified signal Ui. which is also a sequence of pulse width modulated pulses, is applied to the membrane 7.

Несуща частота этих импульсов, задаваема генератором 6, выбираетс не ме0 нее, чем в три раза большей максимальной частоты пропускани мембраны 7. Поэтому мембрана, выполн юща роль фильтра, занимает положение, пропорциональное скважности импульсов.The carrier frequency of these pulses, set by generator 6, is chosen not less than three times the maximum transmission frequency of the membrane 7. Therefore, the membrane acting as a filter takes a position proportional to the pulse duty cycle.

5При изменении длительности импульсов напр жени Ui, подаваемого на мембрану 7, например ее увеличении, под действием пондеромоторных кулоновских сил, возникающих в электрическом поле5 When changing the duration of the voltage pulses Ui supplied to the membrane 7, for example, its increase, under the action of ponderomotive Coulomb forces arising in an electric field

0 между электропроводной мембраной 7 и электродом 8. происходит перемещение мембраны 7 к электроду 8. При этом происходит увеличение сопротивлени истечению струи рабочей среды из сопла 9 и0 between the electrically conductive membrane 7 and the electrode 8. The membrane 7 moves to the electrode 8. In this case, there is an increase in resistance to the outflow of the working medium stream from the nozzle 9 and

5 поэтому давление в выходном канале 10 увеличиваетс . При уменьшении же длительности импульсов напр жени , поступающего на мембрану, в силу описанных физических влений давление в выходном5, therefore, the pressure in the outlet channel 10 increases. When reducing the duration of the voltage pulses entering the membrane, due to the physical effects described, the pressure at the output

0 канале Юуменьшаетс В результате происходит преобразование непрерывного электрического сигнала в непрерывный пневматический сигнал.Channel 0 Yuumenshatsya As a result, a continuous electrical signal is converted into a continuous pneumatic signal.

При изменении положени мембраны 7.By changing the position of the membrane 7.

5 например, при перемещении ее к электроду 8 рассто ние h между электродами измен етс , т.е. уменьшаетс . Это приводит к увеличению емкости конденсатора, образованного плоскими электродами:5, for example, when moving it to the electrode 8, the distance h between the electrodes changes, i.e. decreases. This leads to an increase in the capacitance of a capacitor formed by flat electrodes:

0 мембраной 7 и электродом 8. Изменение емкости конденсатора обуславливает изменение времени зар дки и разр дки его при поступлении каждого импульса высокого напр жени Ui на мембрану 7. Изменение0 by a membrane 7 and an electrode 8. A change in the capacitor capacitance causes a change in the charging and discharging time as each high voltage pulse Ui hits the membrane 7. The change

5 тока зар дки и разр дки конденсатора под действием перемещени мембраны 7 и изменени рассто ни между ней и электродом 8 измер етс с помощью формировател 13 с резистором 14. выход0 ным сигналом которого вл етс напр жение U2(t).5, the charging and discharging current of the capacitor under the action of moving the membrane 7 and changing the distance between it and the electrode 8 is measured using a shaper 13 with a resistor 14. The output signal of which is the voltage U2 (t).

Характер изменени этого напр жени во времени показан диаграммой U2(t) (фиг. 2). При уменьшении рассто ни h междуThe nature of the change in this voltage over time is shown by the diagram U2 (t) (Fig. 2). Decreasing the distance h between

5 электродами (увеличении емкости конденсатора ) происходит увеличение времени зар дки и разр дки конденсатора. Изменение напр жени U2(t) во времени происходит в виде импульсов, имеющих задний фронт, спадающий по экспоненте. Данный импульсный сигнал поступает на формирователь - компаратор 15, где сравниваетс с опорным сигналом посто нного уровн U 2 const (см. диаграмму U2(t) на фиг. 2). В результате такого сравнени на выходе формировател 15 формируютс импульсы напр жени Уз(т) с пр моугольной формой, наход щиес в однозначном соответствии с импульсами экспоненциальной формы, поступающими на вход формировател 15, т.е. изменение напр жени U2(t) или времени перезар дки конденсатора с переменной емкостью, образованной электродами 7 и 8,преобразуетс в изменение длительности пр моугольных импульсов напр жени 11з(1) (см. диаграммы U2(t) на фиг. 2). Напр жение UaW в виде пр моугольных импульсов поступает далее на, преобразователь 16, в котором длительность широтно-моду- лированных импульсов преобразуетс в пр мо пропорциональный не прерывный уровень напр жени ) Перемещение мембраны 7 относительно неподвижного электрода 8 будет продолжатьс до тех пор, пока мембрана остановитс в положении равновеси .5 electrodes (increasing the capacitance of the capacitor) increases the time of charging and discharging the capacitor. The change in voltage U2 (t) in time occurs in the form of pulses with a falling front, falling exponentially. This pulse signal is fed to the shaper-comparator 15, where it is compared with the reference signal of a constant level U 2 const (see diagram U2 (t) in Fig. 2). As a result of such a comparison, voltage pulses Uz (t) with a rectangular shape are formed at the output of the former 15, which are in one-to-one correspondence with the pulses of exponential form arriving at the input of the former 15, i.e. the change in voltage U2 (t) or the recharge time of a variable capacitor capacitor formed by electrodes 7 and 8 is converted into a change in the duration of rectangular voltage pulses 11z (1) (see diagrams U2 (t) in Fig. 2). The voltage UaW in the form of square pulses goes further to converter 16, in which the width of the pulse-width modulated pulses transforms into a directly proportional continuous voltage level) Moving the membrane 7 relative to the fixed electrode 8 will continue until the membrane stop at equilibrium.

При работе, например, в услови х сильного внешнего ускорени на мембрану 7 действует дополнительное измен ющеес во времени усилие, привод щие к дополнительному смещению мембраны. В этом случае также по вл етс сигнал рассогласовани Д U, но теперь уже обусловленный изменением сигнала L)4(t) отрицательной обратной св зи. Мембрана 7 вновь возвращаетс в свое исходное положение , компенсиру тем самым возмущающее воздействие на нее большого внешнего ускорени .When operating, for example, under conditions of strong external acceleration, an additional time-varying force acts on the membrane 7, leading to an additional displacement of the membrane. In this case, the error signal D U appears, but now due to a change in the negative feedback signal L) 4 (t). The membrane 7 returns to its original position again, thereby compensating for the disturbing effect on it of a large external acceleration.

Другим возмущающим воздействием может вл тьс изменение упругой мембраной своих физико-технических свойств в ре- зультате усталости при длительнойAnother disturbing effect may be the change in the elastic membrane of its physicotechnical properties as a result of fatigue during prolonged

эксплуатации. И в этом случае наличие обратной св зи позвол ет устранить или ском- пенсировать вли ние данного возмущающего воздействи на изменение выходного давлени от управл ющего электрического воздействи .operation. And in this case, the presence of feedback allows one to eliminate or compensate for the effect of this disturbing effect on the change in output pressure from the control electrical effect.

Claims

Invention Formula

Analogue Electropneumatic

a converter comprising an input channel, an electrically conductive elastic membrane, against which a nozzle is mounted in a flat base electrode connected to the output channel and through a choke — to a power supply channel characterized in that. that, in order to increase accuracy, the converter is equipped with a triangular pulse generator, successively connected in the forward channel by an adder, a first comparator and an amplifier and sequentially connected in a feedback channel by an exponential impulse driver, an input electrically connected to the base-electrode, and a driver -modulated rectangular pulses and an analog signal driver- associated with its output with a negative input of the adder / positive input of which is connected to the input bottom channel, and

the second input of the first comparator is connected to a triangular pulse generator, the output of the amplifier is connected to an electrically conductive membrane, and the exponential pulse driver is made in the form of a resistor through which the base electrode is connected to a common pole.