DE1811781A1

DE1811781A1 - Fluidischer Frequenz-Analog-Kreis

Info

Publication number: DE1811781A1
Application number: DE19681811781
Authority: DE
Inventors: Woodson Carl Warren
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1968-11-29
Publication date: 1969-07-17
Also published as: JPS4821382B1; GB1239065A; FR1593833A; US3458129A

Description

Pluidischer Frequenz-Analog; Kreis

Die Erfindung bezieht sich auf frequenzanzeigende Pluid-Verstärker, und sie betrifft insbesondere solche Kreise, die die Punktion übernehmen, ein druckgesteuertes fluides Frequenzeingangssignal (Wechselstrom) in ein analoges Signal (Gleichstrom) umzuwandeln, dessen Druckhöhe der Frequenz des Eingangssignales ™ umgekehrt proportional ist.

Pluidverstärker finden als digitale und analoge Computerelemente laufend eine weite Anwendung in verschiedenen fluidischen Regelsystemen. Tn einem bestimmten fluidischen Regelsystem, wie z.B. einem Cfeschwindigkeitsregelsystem, in dem die Bewegung eines bewegbaren Teiles, wie z.B. die Drehgeschwindigkeit einer Welle, geregelt werden soll, ist ein Kreis erforderlich, der die druckgesteuerten FreouenzSignale) die durch einen geeigneten mit dem bewegbaren Teil gekoppelten Wandler erzeugt werden, in ein analogartiges Signal umzuformen, dessen Druckh^he nach irgendeiner bekannten Frequenzfunktion verläuft,

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Fluid-Kreise zur Umwandlung von Frequenzsignalen in analoge Signale sind zwar bekannt, aber alle diese bekannten Kreise sorgen entweder nicht für eine sehr lineare Kennlinie des Druckausgangssignals gegen die Frequenz, oder sie weisen einen relativ komplexen Aufbau auf.

Deshalb beinhaltet die Erfindung im wesentlichen einen Fluidverstärkerkreis ohne sich bewegende mechanische Teile zur Umwandlung eines Frequenzsignals in ein analoges Signal, das eine sehr lineare Kennlinie des Druckausgangssignals über der Frequenz besitzt.

Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung ist der Aufbau des fluidi_r sehen Kreises aus einer relativ geringen Anzahl von Elementen, so daß die Herstellung erleichtert und eine kompakte Vorrichtung erhalten wird.

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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen fluidischen Kreis gelöst, der einen digitalartigen Fluidverstärker zur Erzeugung von rechteckigen Druckimpulsen konstanter Amplitude als Reaktion auf Frequenzeingangssignale und eine frequenzempfindliche fluidische Vorrichtung umfaßt , die die Rechteckwellenimpulse in Fluidsignale umwandelt, deren mittleren Druckamplituden eine Funktion der Frequenz des Eingangssignales sind. Die frequenzempfindliche Vorrichtung besitzt die Eigenschaft, die mittlere Amplitude des Signals am Ausgang des Digitalverstärkers bei geringen Frequenzen des Eihgangssipinals zu verringern, und bei höheren Frequenzen des Eingangssignals nur eine vernachlässifi-bare Wirkung zu haben. Ein drittes Fluid-Element erzeugt in Abhängigkeit von den Signalen mittlerer Amplitude ein analoges Aus gangs signal,, dessen Druckhöhe der Frequenz des Eingangssignals des Kreises umgekehrt proportional ist.

Sowohl der Aufbau als.auch die Wirkungsweise dieser Erfindung werden zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen am besten anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen verständlich. In den Zeichnungen sind gleiche Teile in den verschiedenen Figuren durch die gleichen BezugszLffern bezeichnet.

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Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Frequenz-Analogkreises.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Abänderung des frequenzabhängigen Teiles des Kreises nach Figur 1.

Figur 3azeigt eine Reihe druckgesteuerter Fluidwellenformen, die an verschiedenen Punkten des in Figur 1 dargestellten Kreises auftreten.

Fifeur 3 b ist eine graphische Darstellung der linearen Kennlinien des Ausgangsdruckes, gegen die Eingangssignalfrequenz eines erfindungsgemäßen Fluid-Kreises.

Figur 3 c ist eine graphische Darstellung der Wirkung des frequenzempfindlichen Teiles auf die Empfindlichkeit und den Frequenzbereich des erfindungsgemäßen Kreises.

In Figur i ist ein schematisches Schaltbild eines fluidischen Kreises zur Umwandlung von Frequenzsignalen in analoge Signale gezeigt, der ecemäß dieser Erfindung aufgebaut ist. Die schematischen Symbole entsprechen denjenigen in dem US-Patent 3 232 533, das den Titel 'Fluid-Operated Logic Circuit" trägt. Den Eingängen 4 und 5 wird ein wechselndes druckgesteuertes Fluid-EingangssignalΔ.P, zugeführt.

Das Eingangssignal wird im allgemeinsten Falle von dem Ausgang eines Wandlers geliefert,- der eine bestimmte Regelsystem-Variable oder einen Parameter> wie z.B. die Wellenrotation, abtastet und ein wechselndes druckcesteuertes Fluid-Signal (Wechselstrom) erzeugt, dessen Wellenform der in Fie:ur 3 a gezeigten Art entspricht und das darin mit^P. bezeichnet worden ist. Es ist verständlich, daß dieses Eingangssignal sowohl in der Amplitude als auch der Freauenz variabel sein kann, wobei die Frequenz der bestimmten, durch den Wandler abgetasteten Variablen direkt proportional ist. Geeirnete abgeschlossene Fluid-Kanäle übertragen das Finrann-ssirnal.AP. von den Fin^n^en ü. 5 zu den Fluid-

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BAD ORiGINAL

Regeleinlässen eines digitalartigen Pluid-Verstärkers 6.

Digitalartige Pluid-Verstärker sind bekannt, und deshalb wird hier keine detaillierte Beschreibung des Aufbaues dieser Geräte gegeben. Es sei Jedoch auf das oben erwähnte US Patent 3 232 533 hingewiesen, da der Aufbau und die Wirkungsweise dieses besonderen geregelten Gerätes ohne sich bewegende mechanische Teile auskommt. Mit Bezug auf dieses Patent und insbesondere auf die Beschreibung zu der darin enthaltenen Figur 3 ist die ^digitale Vorrichtung 6 ein bistabiles Element mit einem Fluid-Häupteinlaß 7, der zur Bildung eines konstanten Strömungsstrahles der Hauptströmung in eine.Düse mündet. Die Vorrichtung 6 ist aktiv, da der Einlaß für die Hauptströmung mit einer Quelle 8 eines konstantenj unter Druck gesetzten Strömungsmediums verbunden ist, um ütif diese Weise einen konstajpt fließenden Hauptstrahl zu erzeugen. In der vorliegenden Erfindung ist jeder Fluid-Verstärker eine aktive Vorrichtung, Es ist jedoch verständlich, daß*die Druckhöhe der Speisung der Hauptströmung für jeden Fluid-Verstärker in diesem Kreis im allgemeinen nicht gleich ist.

Die Regelströmungseinlässe 9 und 10 der Vorrichtung 6 münden in Düsen zur Bildung von RegelströmungsstTahlen, die auf entgegengesetzte Seiten des Leistungsstrahies gerichtet sind. Die Regelstrahlen lenken den Leistungs- oder Hauptstrahl innerhalb einer Zwischenwirkungskammer ab, die durch ein Paar gegenüberliegend angeordneter und divergierender Seitenwände gebildet wird. Diese bekcrtra|i|| eine Grenzschichtwirkung, um die Hauptströmung im wesentlichen ausschließlich auf einen entsprechenden Empfänger der zwei Fluid-Empfanger 11 und 12 zu begrenzen, die in Richtung des Strahies hinter dem Haupteinlaß angeordnet sind. Der jeweilige Empfänger, der den ausschließlichen Strom der Hauptströmungsaufnimmt, wird durch den differentiellen Druck der Regelströmungen bestimmt, die den Regelströmungseinlässen 9 und 10 zugeführt ■werden. Im allgemeinsten Falle 1st das Eingangssignal ein differentielles druckgesteuertes SignalzxP^ Bei einigen Anwendungs-•fällen kann es aber auch ein einseitiges Signal (P-) sein, und in diesem Falle würde zweckmässlgerweise an dem Regelströmungs-

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BADORIQJNAL

einlass, dem kein Eingangssignal zugeführt wird, ein kleiner Gegendruck angelegt. Lediglich zu Darstellungszwecken weist das in Figur 3 a gezeigte E in gangs Signa LA P. eine sinusähnliche Wellenform des Druckes über die Zeit auf, wobei aber die Amplitudenspitzen und die Frequenz unterschiedlich sind. Das Ausgangssignal des digitalen Fluid-Verstärkers 6 ist ein differentlell druckgesteuertes Fluid-Signal^P,, . Es ist ein Rechteckwellenzug wechselnder aber konstanter Amplitude, der die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal^., oder P. aufweist. Die Funktion der Vorrichtung 6 ist die eines Entkopplers, um den Ausgang eines Wandlers mit einem zweiten Fluid-Verstärker 13 zu verbinden. Weiterhin wirkt die Vorrichtung 6 als ein Begrenzer, um ein Signal mit einer Druckamplitude zu liefern, die von der Amplitude des Eingangssignales oder Wellenform unabhängig ist, vorausgesetzt, daß die Höhe des Eingangssignales ausreichend ist, um den bistabilen Verstärker 6 von einer seiner stabilen Betriebsstufen in die anderen zu schalten.

Das AusgangssignaLAPv der Vorrichtung 6 ist das Eingangssignal, das den Regelströmungseinlässen einer zweiten Vorrichtung 13 eines Fluid-Verstärkers zugeführt wird. Diese Vorrichtung umfaßt einen analogartigen Fluid-Verstärker, der ebenfalls in dem US Patent 3 232 533 und insbesondere im Zusammenhang zu der Beschreibung der darin enthaltenen Figur 1 genau beschrieben idt. Auch die Analog- oder Momentanwert-Austauschvorrichtung 13 enthält einen Hauptströmungseinlaß und zwei Empfänger, wie im Falle der Vorrichtung 6, Der in den Empfängern aufgenommene Hauptetrom (Druckrückgewinn) ist Jedoch durch den Ablenkungsgrad des Hauptstrahles bestimmt, der durch den effektiven Impuls der zwei gegenüberliegenden Regelstrahlen bewirkt wird. Wenn kein Eingangs« signalAPjr vorhanden wäre, würde der Leistungsstrahl in die Mitte zwischen die zwei Empfänger lh und 15 gerichtet sein. Wenn aber ein Signal^ Pj, besteht, wird von einem Empfänger ein proportional grösserer Anteil der Flüssigkeit aufgenommen'(Drück zurückgewonnen) als in dem anderen Empfänger, wobei der genaue Anteil durch die Höhe des dlfferentiellen Eingangssignales-ΔΡ^ bestimmt wird. Für den besonderen Fall eines an die Vorrichtung 13 angelegten rechteckförmlgen Wechseleingangssignales^P.,

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konstanter Amplitude würde das Ausgangssignal ^P₂ ^ebenfaH^s die gleiche Rechteckwellenform aufweisen, wenn irgendein frequenzempfindliches Element oder Netzwerk in dem Ausgangskreis fehlen würde. Es ist jedoch ein passives frequenzempfindliches Element mit einer Fluid-Induktivität 16 über die Strömungskanäle^eschaltet, die die Empfänger des analogen Fluid-Verstärkers 13 und die Regelströmungseinlässe einer Vorrichtung 17 eines analogartigen Pluid-Verstärkers mit einem einzelnen Empfänger verbinden. Die Punktion des Analogverstärker 13 besteht somit darin, als eine Puffer- oder Anpassungsstufe zwischen dem Ausgang des bistabilen Digital-Verstärkers 6 und dem Eingang zu dem Analogveerstärker 17 mit einem einzelnen Empfänger zu wirken.

Die frequeneempfindliche Fluid-Induktivität 16 ist ein langer abgeschlossener Strömungskanal mit kleiner Querschnittsfläche. Ein Beispiel hierfür ist eine dünne Rohrleitung mit relativ grosser Länge, die irgendeiner hindurchtretenden Strömung ein grösseres Trägheitsmoment verleiht. Dadurch erhält man ein induktives (abhängiges) oder verzögertes Ansprechen auf Veränderungen in der Strömung, Dieser durch die Induktivität 16 erzeugte Effekt einer Erhöhung des Trägheitsmomentes der Strömung ist durch die Wellenform des SignalesAP₂ angedeutet, in der die vordere Kante (mit Hochfrequenzkomponenten} eines jeden Rechttckimpulses des Slgn&XtiiAPj infolge einte hellen Trägheiteeffektes genau reproduziert fet, während der Teil mit konstanter Amplitude d#s Impulses^! (im wesentlichen eine Gleichstromkomponente) durch die 'Induktivität, wirksam kurageechlossen ist (derTr&sheitseffeitt ist nujj^ wenn die Frequen* null ist). Dieser Vorgang ist'dttreh den abklingenden Teil der We Ilen form ^₂ wiedergegeben. Somit liefert die Inauktdvitä| 16 bei niedrigenF*equen*en des Bingtngeeignm^es^^ und^Pj (indem Bereich von etwa 0 bis 150 Hz) einen induktiven Kurzschlusskreis über die Regelströmungseinlässe des Verstärkers 17. Dieser

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betonte induktive Effekt auf das Signal ^p₃ iet durch das grössere Abklingen angegeben, und daraus resultiert eine stark verringerte mittlere Amplitude der ersten vier Impulse des Signales^Pp, auf das durch die gestrichelten, durch jeden Impuls hindurchführenden Linien hingewiesen iet. Bei steigenden Frequenzen de# Eingang<|ljki|«s (über etwa 150 Hz) verringert sich die Wirkung der Induktivität 16 hinsichtlich des Kurzschlusses des differentiellen Eingangs signale sA^* ^{und be}^ Frequenzen über etwa 300 Hz ist ihre Wirkung vernachlässigbar. Dieser sehr viel "'weniger betonte induktive Effekt ist durch das sehr viel geringere Abklingen angedeutet, und daraus resultiert eine nur weitig Verkleinerte mittlere Amplitude der letzten vier Impulse deή SignalesAP₂* ^D*^{e oben} ß^enannten Frequenzen sind typisch für eine Induktivität mit einem speziellen Induktivitätswert L, wobei L der Länge der Rohrleitung direkt proportional und dem Innendurchmesser (quadratisch) oder der Querschnittsfläche umgekehrt proportional ist. Der effektive (induktive Kurzschlusswirkung) Frequenzbereich nimmt mit fallenden Induktiyitätswerten zu und verringert sich mit steigender Induktivität.

Eine zweite Ausführungeform des frequenzempfindlichen Kreises ist in Fig. 2 gezeigt. Hier weifet die Induktivität 16 zwei lange Stücke einer, dünnen Rohrleitung auf, von der di» ersten Enden mit .den Strömungekanälen verbunden sind, die die Empfänger des Verstärkers 13 und die Regelströmungseinlässe des Gleichrichters miteinander verbinden, und von der die zweiten Enden zur At-⁴' Biosphäre hin entlüftet sind (diese Entlüftungen ist durch die Mittelanzapfung gegen Masse angedeutet).

Der Plüid-Verstärker 17 ist ein analoger Verstärker und weist einen einzelnen Empfänger 18 auf,"der mit der Leistungsdüse in •einer Linie liegt. Wenn somit ein Regelströmungssignal fehlt oder ein ausgeglichenes differentielles DrucksignalzlPp vorhanden ist, ist der Hauptstrahl für eine maximale Druckrückge-

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winnung in dem Empfänger entlang der Mittelachse des Empfängers 18 gerichtet. Im Falle eines nichtausgeglichenen Signales^aP₂ wird in dem Empfänger 18 ein geringerer Druck zurückgewonnen, und somit wird an dem Ausgang des Empfängers 18 in Abhängigkeit von dem differenziell druckgesteuerten Wechselsignal^P₂ ein einseitiges Ausgangssignal P_Q erhalten. Die Vorrichtung 17 wird' inl· allgemeinen als ein fluidisoher (Vollweg) Gleichrichter bezeichnet, da sie anstelle eines Eingangssignals doppelter Polarität ein Ausgangssignal mit nur einer Polarität erzeugt. Die Vorrichtung 17 ist somit ein amplitudenempfindlicher Gleichrichter, da die mittlere Amplitude des einseitigen Ausgangssignales P« der mittleren Amplitude eines jeden Impulses des Eingangswechselsignales^ΔΡ₂ umgekehrt proportional ist. Bei kleinen Frequenzen von AP. weisen die Impulse<^p einen weiten Abstand zueinander auf und nehmen nur kleine Bruchteile der Periode einer jeden Schwingung ein. Dadurch entsteht eine grosse Gleichstromkomponente in dem Ausgangssignal Pq. Bei steigender Frequenz vonAP. vergrössert sich der prozentuale Anteil der Impulse^Pp in der zeitlichen Schwingung und daraus resultiert eine Verringerung der Gleichstromkomponente in Pq. Das ungefilterte Ausgangssignal des Gleichrichters 17 ist in Fig. 3a durch die ausgezogene Linie für P_Q angegeben. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass sich der zeitliche Durchschnittswert des Druckes (Gleichstromkomponente) entgegengesetzt zur Frequenz des Eingangssignales P. ändert (und der Signale^AP- und^Pp).

Das einseitige ungefilterte Signal P am Ausgang des Gleichrichters 17 besitzt einen beträchtlichen Welligkeitsgehalt, der der Gleichstromkomponente überlagert ist, und für viele Anwendungsfälle sind diese transienten Änderungen unerwünscht. Ein Filternetzwerk aus einem passiven Fluid-Widerstand 19 und einem Kondensator 20 wird dazu verwendet, praktisch den gesamten Welligkeitsgehalt zu entfernen. Der Fluid-Widerstand 19 ist ein

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langer abgeschlossener Strömungskanal mit kleiner Querschnittsfläche. Ein Beispiel für einen derartigen Kanal enthält ein relativ langes Stück einer dünnen Rohrleitung, ähnlich wie die Induktivität 16, aber mit einer grösseren Querschnittsfläche, wodurch die Induktivität wesentlich verkleinert wird. Der Kondensator 20 liefert eine Vorrichtung zur Energiespeicherung des strömenden Mediums, das als potentielle Energie verwendet wird. Im Falle eines kompressiblen Mediums, wie z.B. einem Gas einschliesslich Luft, ist der Kondensator 20 ein festgelegtes Volumen, in dem die Ein- und Ausströmungskanäle nicht auf einer Linie liegen. Im Falle nicht kompressibler Medien, wie z.B. einer Flüssigkeit, besitzt der Kondensator 20 die Form eines hydraulischen Akkumulators, der üblicherweise einen Druckkessel mit einer bewegbaren Scheidewand, wie z.B. eine Gummimembran aufweist, die die Flüssigkeit von einem Gas trennt. Das elektronische Äquivalent eines Akkumulators oder eines festen Volumens ist ein Kondensator, der mit Masse verbunden ist. Das Signal^lP am Ausgang des Filternetzwerkes ist ein relativ welligkeitsfreies, analoges (Gleichstrom) Signal mit einer Druckhöhe, die der Frequenz von umgekehrt proportional ist und die durch die gestrichelte

Linie zur Darstellung von P in Fig. 3a gezeigt ist. Dieses gefilterte einseitige Signal P_Q ist in vielen Anwendungsfällen nutzbringend und kann direkt einer Vorrichtung zur Verwendung zugeführt v/erden.. Diese Vorrichtung kann einen weiteren fluidischen Kreis oder ein pneumatisch oder hydraulisch betätigtes bewegbares Element aufweisen, wie z.B. ein Ventil oder ähnliches Element. In einigen Anwendungsfällen ist jedoch ein doppelseitiges (differentiell druckgesteuertes) Fluid-Signal erwünscht oder sogar erforderlich. In dem letzteren Beispiel kann das gefilterte einseitige Ausgangssignal P- in ein doppelseitiges Signal /VP durch Verwendung eines zusätzlichen analogartigen Fluid-Verstärkers 21 umgewandelt werden, indem das gefilterte einseitige Signal P_Q einem der Regelströmungseinlässe zugeführt wird, und der zweite

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Regelströmungseinlass wird mit einem Vorspannungssignal P_ß gespeist, das zweckmässigerweise von der Leistungsströmungsspeisung beim Durchtritt durch einen fluidischen Widerstand 22 zur Herabsetzung der Druckhöhe auf einen gewünschten Vorspannungswert geliefert wird.' Dieser Vorspannungsdruck kam ein Mass für den gewünschten Bezugswert des Regelsystemparameters sein, der mittels des erfindungsgemässen Kreises überwacht und von einem Frequenzsignal in ein analoges Signal umgewandelt wird. Das druckgesteuert e Fluid-Signal -<Δ»Ρ , das an den Ausgängen der zwei Empfänger des Strömungsverstärkers 21 gebildet wird, ist in der Wellenform praktisch identisch mit dem einseitigen gefilterten Signal Pq, wie es in den Wellenformen der Fig. 3a dargestellt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Vorspannungsdruck P„ den Drucknullpunkt in dem Ausgangs signal ·<^Ρ_Ο bestimmt, so dass bei kleineren Frequenzen des Eingangssignales ^CsJ?. der Ausgangs anschluss 23 relativ zu dem Anschluss 24 positiv druckgesteuert ; ist, wogegen bei höheren Frequenzen der Anschluss 24 positiv wird und bei steigender Frequenz des EingangssignalesAP. noch positiver wird, wie es durch die PolaritätsSymbole an den Anschlüssen 23j 24 angedeutet ist.

Die graphische Darstellung der Fig. 3b zeigt, dass die Kennlinien des Ausgangsdruckes (von P und^lP ) über der Freqμenz (des Eingangs signales^SwP.) des erfindungsgemässen Kreises sehr linear sind. Insbesondere ein die folgenden Elemente aufweisender Kreis besitzt eine praktisch perfekte Linearität von einer Frequenz von etwa 5 Hz bis etwa 350 Hz. Somit schafft diese Erfindung einen einfachen Strömungskreis zur Umwandlung eines Frequenzsignales in ein analoges-Signal. Dieser Kreis ist eine einfach herstellbare Vorrichtung, die einzeln gefertigte Fluid-Verstärker, fluidische Widerstände und Reaktanzanordnungen umfassen kann, die durch geeignete Rohrleitungen oder andere Mittel miteinander verbunden sind. Die ganze Anordnung kann aber auch in einem Stück

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(integriert) hergestellt werden, wobei die Pluid-Verstärker, die Widerstände 19 und 22 und sogar· die Induktivität 16 alle innerhalb eines einheitlichen Gebildes mit dem extern verbundenen Kondensator 20 gebildet sind. In jedem Falle aber ist der erfindungSgemässe Kreis für eine leichte Herstellung geeignet, und er ist infolge der Verwendung sehr weniger Elemente sehr kompakt ausgebildet.

Ein typischer Kreis zur Erzielung der in Fig. 3b gezeigten Eigenschaften des Ausgangsdruckes über der Frequenz weist folgende μ Elemente auf:

der Digitalverstärker 6 weist einen Leistungsspeisedruck von 0,86 kg/cm (2 lbs./psig) auf, und der Querschnitt der Hauptdüse beträgt in der Breite 0,5 mm (0,020 inch) bei einer Höhe von 0,81 mm (0,032 inch). Der Verstärker 13 arbeitet mit einem Leistungsspeisedruck von 0,65 kg/cm (5 psig) bei einem Querschnitt der Leistungsdüse von 5 χ 5 mm (0,20 inch χ 0,20 inch).

Der Leistungsspeisedruck für das Strömungsmittel des Gleich-

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richters 17 beträgt 0,65 kg/cm (5 psig), und die Hauptdüse hat ebenfalls einen Querschnitt von 5 x 5 mm (0,20 inch χ 0,20 inch). Die Induktivität 16 ist bei einem Innendurchmesser von 0,685 mm (0,027 inch) etwa 75 mm (3 inches) lang, und der Widerstand 19 besitzt eine Länge von 25» ¹J mm (1,0 inch) sowie (I einen Innendurchmesser von 0,45 mm (0,018 inch). Der Filterkondensator hat ein Volumen von 32,8 cnr (2,0 cubic inches), der Fluid-Verstärker 21 weist einen Leistungsspeisedruck für das

Strömungsmittel von 0,65 kg/cm (5 psig) bei einem Querschnitt der Hauptdüse von 0,5 χ 0,5 mm (0,020 inch χ 0,020 inch) und der Vorspannwiderstand 22 ist schliesslich ein variabler Widerstand (typischerweise ein Nadelventil). Der Vorteil einer Verwendung eines variablen Widerstandes für den Vorspannungswiderstand 22 liegt in der Bildung zweekmässiger Mittel zur Veränderung des Bezugswertes des Parameters eines Regelsystems, der durch den erfindungsgemässen Kreis von einem Frequenzsignal in ein analoges Signal umgewandelt wird. Eine Veränderung des Fluid-

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Widerstandswertes des Widerstandes 22 (d.h. die Veränderung des Gegendruckes Ρ_β) hat die Wirkung, dass der Nullpunkt des Ausgangssignales ΔΡ verändert wird» Insbesondere sorgt eine Variierung des Gegendruckes "P„ für eine Schar par-alleler Linien in Fig. 3b.

Sehliesslich sei darauf hingewiesen., dass der Induktivitätswert des frequenserapfindlichen Elementes 16 ein primärer Faktor sur Bestimmung des Frequenzbereiches und der Empfindlichkeit des e-rfindungsgemässen Kreises ist» Wie in Fig„ 3c gezeigt, ist der Frequenzbereich für kleine Induktiv!tätswerte , (L₁) grosser, aber die Empfindlichkeit, dah«: die-.Frequenzänderung des Eingangs signals <ΔΡ· für eine gegebene Änderung des AusgangsdruckesZkP· , wird kleiner. Dagegen wird der Frequenzbereich für grosse Induktivitätswerte (L₂) verkleinert, aber die Empfindlichkeit wird erhöht. Offensichtlich kann die Kreisverstärkung ohne Einfluss auf die Empfindlichkeit bereits dadurch erhöht werden, dass mehrere Stufen analoger Verstärker 13 oder 21 hinzugefügt wer-den.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass durch diese Erfindung die gestellten Aufgaben erfüllt werden, insbesondere schafft die Erfindung einen .durch ein Strömungsmittel betätigten Kreis zur Umwandlung eines Frequenssignales in ein analoges Signal, der aus Elementen aufgebaut-ist, die als Fluid-Verstärker bekannt sind, und der keine sich bewegenden mechanischen Teile aufweist. Der Kreis weist eine sehr lineare Kennlinie des Druckausganges über der Frequenz auf, und er ist für eine leichte Herstellung und Kompaktheit aus einer relativ kleinen Anzahl von Elementen aufgebaut. Wenn diese Anordnung in einem System verwendet wird, das nur ein einseitiges Ausgangssignal P erfordert, sind die wesentlichen Elemente des erfindungsgemässen Kreises ,der Digitalverstärker 6, das frequenzempfindliche Element 16, der Gleichrichter 17 und das Filternetzwerk 19, 20. Die Trenn-

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- stufe 13 wird zwar im allgemeinen verwendet, sie stellt aber nicht in allen Fällen ein notwendiges Element dar, und in zukünftigen Entwicklungen von Pluid-Verstärkern, in denen die Abweichungen zwischen dem Ausgangswiderstand der einen Stufe und dem Eingangswiderstand der nächsten folgenden Stufe geringer

sind, wird eine derartige Trennstufung nicht in jedem Falle erforderlich sein. Somit weist der erfindungsgemässe frequenzanzeigende Kreis die zwei Vorteile auf, die keiner der bekannten Kreise besass, dass er nämlich eine sehr lineare Kennlinie des Ausgangsdruckes über der Frequenz liefert und der Aufbau sehr einfach ist. ™

Es sind zwar nur zwei Ausführungsformen eines fluidischen Frequenz-Analog-Kreises gemäss der Erfindung beschrieben worden, es ist aber offensichtlich, dass im Rahmen der angegebenen Lehren Abwandlungen und Veränderungen dieser Erfindung möglich sind. Beispielsweise kann die Trennstufe 13 weggelassen werden,: wenn der Ausgangswiderstand des Digitalverstärkers 6 und der Eingangswiderstand des Gleichrichters 17 genügend angepasst werden können. Weiterhin kann der lineare Druckausgang über dem Frequenzbereich ausgedehnt werden, indem der Induktivitätswert des Elementes 16 verringert wird. Dies kann durch eine Verkleinerung der Länge .des induktiven Röhrenelementes 16 erreicht M werden-.-

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Claims

Patentansprüche

1. Pluidischer Frequenz-Analogkreis, gekennzeichnet durch die Kombination eines ersten digitalartigen bistabilen Pluid-Verstärkers (6) zur Erzeugung wechselnder Druckrechteckimpulse konstanter Amplitude als Reaktion auf fluidische Druckeingangssignale eines passiven frequenzempfindlichen Fluid-Strömungselementes (16) zur Umwandlung der wechselnden Rechteckimpulse in wechselnde Fluid-Drucksignale mit wesentlich verkleinerten mittleren Amplituden bei niedrigen Frequenzen des Eingangssignales und mit wachsenden mittleren Amplituden bei steigender Frequenz des Eingangssignales, und eines ersten analogartigen Fluid-Verstärkers" (17) mit einem Haupteinlass für das Strömungsmittel, einem Paar negeleingängen und einem einzelnen Empfänger (l8)_s der in einer Linie mit dem Haupteinlass des Strömungsmittels liegt, wobei das Regeleingangspaar des Strömungsmittels mit dem ersten Fluidverstärker (6) und dem frequenzempfindlichen Fiuid-Strömungselement (16) fluidisch in Verbindung stehen.

2. Fluidischer Frequenz-Analogkreis nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , dass das frequenzempfindliche Element (16) eine fluidische Induktivität aus einem relativ langen abgeschlossenen Strömungskanal aufweist, der eine kleine Querschnittsfläche besitzt und den Eingängen der dritten Fluid-Vorrichtung parallel geschaltet ist,

3. Fluidischer Frequenz-.Analogkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das frequenzempfindliche Fluid-Strömungselement aus einem Paar fluidischer Induktivitäten besteht, die sich aus relativ langen abgeschlossenen Kanälen mit kleinen'Querschnittsflächen zusammensetzen, von denen

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die ersten Enden mit den Eingängen zu der dritten Fluid-Vorrichtung, die zweiten Enden mit den'Eingängen zu der dritten Pluid-Vorrichtung verbunden sind, und von denen zweite Enden zur Atmosphäre entlüftet sind.

M. Fluidischer Frequenz-Analogkreis nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3» gekennzeichnet durch ein fluidisches Filternetzwerk mit einem fluidischen Widerstand (19) und einem fluidischen Kondensator (20), das mit dem Ausgang des einzelnen Empfängers (18) des ersten analogartigen Fluid-Verstärkers verbunden ist, so dass transiente Änderungen in der Druckhöhe des analogen Ausgangssignales am Ausgang des einzelnen Empfängers ausfilterbar sind.

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5. Fluidischer Frequenz-Analogkreis nach Anspruch 4, d a d u r ch gekennzeichnet , dass ein zweiter analogartiger Fluid-Verstärker (21) einen ersten Regeleingang (P_o)_s der mit dem Ausgang des Filternetzwerkes in Verbindung steht, und einen zweiten Regeleingang (P_ß) aufweist, der zur Vorspannung des zweiten Fluid-Verstärkers auf einen bestimmten Betriebspunkt mit einer Quelle eines unter Druck gesetzten Mediums verbunden ist, so dass ein differentiell druckgesteuertes Fluid-Ausgangssignal erhaltbar ist, in dem der differentielle Druck der Frequenz der Eingangesignale umgekehrt proportional ist.

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