Устройство и принцип работы одномембранных элементов

Одномембранные элементы системы НЭМП-30 (рис. 2.1, а) состоят из разъемного корпуса, мембраны, зажатой в корпусе, и сопла. Пространство между корпусом и мембраной называется пневматической камерой. Если камера имеет один вход, то она называется глухой, если в камере есть вход и выход, то она называется проточной. На рис. 2.1, б, в, г приведены одномембранные элементы 2СК-0,08, 2СО-0,08, 2СК-б/п. Они отличаются друг от друга наличием или отсутствием пружины (б/п) и местом ее расположения в глухой (СК) или проточной (СО) камерах. Пружины также различаются жесткостью. Это отражается в маркировках элементов – 0,08, 0,32, 0,18.

Принцип действия мембранных элементов построен на компенсации сил (рис. 2.1, г), действующих на мембрану (), и преобразовании силы в перемещение жесткого центра мембраны относительно сопла, которое соединено либо с линией питания, либо с атмосферой. Наличие пружины создает дополнительное усилие N, которое также должно компенсироваться силами с противоположной стороны за счет создания добавочного давления Р.

При неравенстве сил мембрана смещается относительно сопла, сопло открывается, и пневматический сигнал или поступает, или уходит через сопло по каналу 2, 5. Вообще заметим, что каждая камера снабжена двумя идентичными выходными каналами с соответствующими разъемами. Одномембранные элементы могут использоваться как в качестве аналоговых, так и в качестве дискретных.

Рис. 2.1. Одномембранные элементы

Рис. 2.2. Внешний вид панели 4

Рис. 2.3. Логические модули: а – сравнение, б – повторение, в – отрицание, г – конъюнкция, д – дизъюнкция

Рис. 2.4. Аналоговый повторитель

В лабораторной работе используется панель N 4 (рис. 2.2.), на которой расположены элементы и дроссели. На одномембранных элементах с использованием, при необходимости, инерционных звеньев, дросселей собираются функциональные модули, исследуемые в лабораторной работе.

Реализация логических операций на одномембранных элементах

На одномембранных элементах с использованием дросселей за счет комбинаций выходных каналов, типов элементов, их количества можно реализовать все известные логические функции, В лабораторной работе собираются и исследуются только логические модули сравнения, повторения "ДА", отрицания "НЕ", конъюнкции "И", дизъюнкции "ИЛИ" (рис. 2.3, а, б, а, г, д). Принципы работы модулей соответствуют логическим функциям и очевидно вытекают из общего принципа работы элементов, описанного выше. Особенностью логического модуля "ИЛИ" является логическое сложение трех входных сигналов. Уровни входных и выходных сигналов стандартные. Для модулей конъюнкции и дизъюнкции приведены таблицы состояний, показывающие как зависит выходной сигнал от входных.

Аналоговый повторитель

Аналоговый повторитель (рис. 2.4.) построен на одномембранном элементе без пружины 2СК - б/п, сопло (каналы 2, 5) соединено с атмосферой. При правильно подобранном дросселе в канале питания (вход в проточную камеру) должно реализоваться условие Рвых = Рвх.

Модуль памяти

Модуль триггера с раздельными входами (рис. 2.5, а) реализован на одномембранном элементе 2СК-0,32 и дросселях 0,2 и 0,4. При подаче включающего сигнала Р1 = 1 открывается сопло питания 2 за счет подъема мембраны и Рвых = 1. На выходе триггера поддерживается Рвых = 1 и после снятия включающего сигнала (Р1 = 0), за счет того, что мембрана удерживается в верхнем положении силой Ф1 = РвыхFэ. При подаче выключающего сигнала Р2 = 1 сила, действующая на мембрану сверху, равна , т. е. превышает силу Ф1 на силу сжатия пружины, вследствие этого жесткий центр мембраны опускается вниз и закрывает сопло питания. Выходной сигнал становится равным нулю (Рвых = 0).

Модуль генератора

Генератор предназначен для создания импульсов давления регулируемой частоты. Он собран на одномембранных элементах 2СО-0,32, 2СК-0,32 и инерционном звене, состоящем из емкости и дросселя (рис. 2.5, б). При подаче давления питания сигнал на выходе генератора максимальный (Рвых = 1), поскольку сопла элементов Э1 и Э2 открыты. Давление питания, подаваемое через вход 1 элемента Э2, поступает по каналу 5 на выход, одновременно начинает наполняться через дроссель емкость и глухая камера элемента Э1. Когда давление в глухой камере создаст силу, действующую на мембрану, превышающую силу сжатия пружины с другой стороны мембраны, сопло 2 закроется, воздух питания перестанет стравливаться в атмосферу через выход 1, а давление, подаваемое по каналу 3 в глухую камеру Э2, создаст усилие, необходимое для перемещения мембраны вниз и закрытия сопла 2 (Рвых = 0). Одновременно прекратится поступление давления питания в инерционное звено, остаток воздуха стравится в атмосферу, сопла в элементах Э1 и Э2 снова откроются, а выходной сигнал достигнет максимума. Цикл повторяется. Подбором α можно изменять период колебаний. График зависимости Рвых= f (t) приведен на рис. 2.5, в.