11. Усилительные элементы (усилители)
Датчики, как правило, дают незначительный по величине выходной сигнал, энергии которого недостаточно для управления последующими элементами САР и САУ. Поэтому этот сигнал усиливают с помощью усилительных элементов. Иногда усилители ещё и преобразуют один вид энергии в другой.
Пример. В станках-автоматах мощность приводного двигателя подачи ~ 300-400 Вт, а выходная мощность мостового потенциометрического датчика, реагирующего на изменение подачи ~ 0,1 мВт. Поэтому следует создать коэффициент усиления по мощности, равный
,
где Nвых – мощность силового элемента; Nвх – мощность датчика.
Выбор усилителя определяется следующими основными соображениями:
1) видом и величиной входного сигнала;
2) необходимой величиной коэффициента усиления и требуемым его постоянством;
3) видом применяемой вспомогательной энергии;
4) требуемым характером выходного сигнала (например, видом сервопривода);
5) требуемой чувствительностью;
6) зависимостью рабочих характеристик усилителя от внешних влияний (температуры, давления, влажности, вибраций и т.п.);
7) допустимыми габаритом и весом;
8) возможностью суммирования выходных сигналов нескольких датчиков.
Все усилители делятся на неэлектрические и электрические.
К неэлектрическим относятся механические, гидравлические и пневматические усилители.
К электрическим относятся электромагнитные, магнитные, электронно-ионные и полупроводниковые усилители.
11.1. Механические усилители
Характеризуются: а – простотой конструкции; б – лёгкостью перехода от усиления по усилию к усилению по перемещению и наоборот; в – сравнительно малым коэффициентом усиления (до 103 по мощности): Их примерами являются:
1. Рычажная передача (рис. 11.1, а). Тип
нагрузки: механическое усилие,
–
от долей грамма и выше,
–
от нескольких граммов и выше.
2
Рис. 11.1. Схемы
механических усилителей:
а – рычажная
передача; б – зубчатая передача
11.2. Гидравлические и пневматические усилители
Характеризуются: а – плавностью работы; б – большим, плавно изменяемым диапазоном регулирования скоростей (200 : 1); в – большим коэффициентом усиления (до 104 – 109). По плавности регулирования и диапазону изменения скоростей гидропривод не имеет себе равных. Вспомогательной энергией здесь является энергия жидкости, нагнетаемой насосом 1 и находящейся под давлением. Входной величиной усилителя является перемещение штока золотника 2, выходной – перемещение штока поршня 3 силового цилиндра. Так как здесь в выходной цепи источник вспомогательной энергии – двигатель насоса, то выходная мощность движения поршня может быть значительно больше мощности, затрачиваемой на перемещение золотника, т.е. можно получить усиление входного сигнала по мощности, перемещению и усилению.
11.2.1. Гидроусилитель с золотниковым управлением
Пусть в исходном состоянии каналы, соединяющиеся с силовым цилиндром, полностью перекрыты (рис. 11.2). Поршень 3 при этом, очевидно, неподвижен. При небольшом перемещении золотника вверх, на которое требуется малое усилие, верхняя полость силового цилиндра оказывается сообщенной с находящимся под давлением маслом, а нижняя полость одновременно сообщается с обратным сливным трубопроводом. В результате этого давление в верхней полости рабочего цилиндра оказывается более высоким, и поршень начинает перемещаться вниз на всю длину цилиндра, обеспечивая усиление по перемещению. При этом масло вливается в верхнюю полость и выливается из нижней и происходит также усиление по усилию и мощности за счет давления масла, создаваемого насосом 1.
3
2
1
H
Рис. 11.2. Схема гидроусилителя с золотником