ПНЕВМОНИКА, струйная пневмоавтоматика

— направление в создании средств автоматики и вычислительных устройств, характерной чертой которого является использование элементов с взаимодействием потоков воздуха. Эти элементы не содержат механических подвижных частей. Узлы приборов — модули и целые приборы — изготавливаются прессовкой. В струйных элементах П. используют различные аэродинамические процессы: отрыв потока от стенки, непосредственное взаимодействие струй и др. В струйном реле (рис., а) при непрерывном увеличении давления при некотором его значении, поток, вытекающий из канала питания, к которому он подводится с давлением , отрывается от стенки; при этом скачком изменяются давления и расходы на выходе: исчезают в канале 2 и возникают в канале 1. Те же функции выполняет и струйный элемент, имеющий два канала управления (рис., 6), если сигналы управления передаются лишь по одному из них и элемент имеет только одно устойчивое рабочее состояние. При соответствующем выборе параметров (относительные размеры, режимы течения) данный элемент имеет два устойчивых состояния: при создании давления в канале 3 поток, вытекающий из канала питания, направляется в канал 1 и примыкает к верхней его стенке, причем это направление течения сохраняется и после снятия давления в канале 3; при создании давления в канале 4 поток переключается в канал 2 и примыкает к нижней его стенке, это направление течения сохраняется и после снятия давления в канале 4. Сохранение одного и другого состояния элемента в отсутствие управляющих воздействий достигается благодаря свойствам пристеночных течений. Работающий таким образом струйный элемент выполняет функции ячейки запоминания сигналов. Эти же функции выполняет и струйный элемент, в котором основная струя удерживается в отклоненном положении струей, вытекающей из канала обратной связи (рис., в).

Струйные элементы служат для выполнения различных логич. операций, таких, как конъюнкция (рис., г, где 1 и 2 — входные каналы, 3 — выходной канал), равнозначность (рис., , где 1 и 2 — входные каналы, 4 — выходной), неравнозначность (рис., д; при объединении выходных каналов 3 и 5), импликация (рис. 9; при объединении выходных каналов 3 и 4) и др. В аэродинамическом генераторе колебаний (рис., е), имеющем профильную вставку 1 и камеру 5, при постоянном давлении питания в канале 2 в выходных каналах 4 и 3 давление колеблется с частотой, зависящей от объема камеры 5, причем колебания давления в канале 4 — пилообразной формы, а в канале 3 — прямоугольные.

Для выполнения указанных операций используют и др. аэродинамические эффекты: релейные характеристики получаются в струйном элементе при турбулизации струи, вытекающей из капиллярного канала 1, под действием струи, поступающей из канала управления 2 (рис., ж); используется эффект взаимодействия встречных коаксиальных струй (рис., з) и др. Наряду со струйными элементами в устройствах П. применяются ламинарные (рис., и) и турбулентные (рис., к) дроссели и пневматические камеры (емкости) с дросселями различных типов. Функции дросселей переменного сопротивления выполняют вихревые струйные элементы, в которых потери мех. энергии потока, следующего из канала 1 в выходной канал 2, зависят от степени завихренности потока, определяемой величиной давления в канале управления 3 (рис., л). Примеры узлов цифровых систем П. — струйная ячейка сдвигающего регистра, струйное устройство сравнения по модулю двух двоичных чисел.

В струйной ячейке сдвигающего регистра (рис., о) имеются два элемента запоминания сигналов I и II. В отсутствие тактовых команд на выходах элементов удерживаются сигналы, соответствующие ранее поданным входным сигналам. По каналам 1 и 2 элемента I передаются сигналы от предшествующей ячейки сдвигающего регистра. Выходные каналы 3 и 4 ячейки являются вместе с тем входными каналами для следующей ячейки регистра. По каналам 5, 6, 7 и 8 подводятся давления, соответствующие тактовым командам. По каждой из них в данную ячейку сдвигающего регистра поступают сигналы из предыдущей ячейки, а сигналы, которые ранее в ней удерживались, передаются в следующую по цепи воздействий ячейку. В струйном устройстве сравнения по модулю двух двоичных чисел (на рис., показаны ячейки сравнения трех разрядов числа) при равенстве в обоих сравниваемых числах цифр высшего разряда струя, вытекающая из канала питания, поступает в соответствующем элементе в средний приемный канал, являющийся перепускным (проходным), и операция сравнения далее выполняется в следующем, более младшем разряде. Цифрами старших разрядов сравниваемых чисел А и В являются . При струи, вытекающие из всех каналов питания струйных элементов, кроме крайнего справа, направляются в перепускные каналы, а струя, вытекающая из

крайнего справа канала питания, направляется в центр, выходной канал устройства. Возникновение давления воздуха в этом канале и указывает на то, что Если же или , то переключением струи, вытекающей из следующего канала питания, на один из наклонных приемных каналов соответствующего струйного элемента отключается питание системы сравнения сигналов .

(рис. см. скан)

Элементы пневмоники.

Затем происходит отключение и системы сравнения сигналов и на выходах цепи струйных элементовв соответствующем из крайних справа наклонном канале создается давление, что указывает соответственно на то, что или .

На струйных элементах и пневматических камерах строятся также решающие усилители, линейные и нелинейные преобразователи, интеграторы и др. вычислительные устройства непрерывного действия.

Изготовление приборов П. способом печатных схем основано на том, что на пластинке из пластмассы или из др. материала с помощью штампа получают углубления, образующие осн. элементы и коммуникации (рис., ). При перекрытии такой пластинки плоской крышкой получается готовый узел прибора или целый прибор. Приборы П. изготовляют и способом фотохим. травления, при котором на пластинах из светочувствительного материала с негатива делают отпечатки и при проявлении протравливают их на заданную глубину. Используют также прецизионное литье и др. технологические приемы. Все перечисленные способы построения элементов позволяют повысить надежность приборов и систем, разрабатываемых на их основе, а также упростить их эксплуатацию.

Для элементов П. характерны малые затраты мощности, т. к. они могут работать при очень малых избыточных давлениях питания (порядка 100—200 мм вод. ст.). Хотя скорость выполнения операций в элементах П. (предельная частота порядка ) значительно меньше, чем в электронных элементах, но она на несколько порядков больше той, которая ранее считалась предельно достижимой для устройств пневмоавтоматики. Стоимость изготовления приборов П. много ниже, чем приборов др. типов. Приборы П., как и др. устройства пневмоавтоматики, пожаро- и взрывобезопасны; при изготовлении их из соответствующих материалов они могут работать и при очень высоких т-рах окружающей среды, при радиационных воздействиях и в др. спец. условиях эксплуатации, когда не работоспособны приборы иных типов.

Наряду с ранее известной широкой областью применения пневмоавтоматики П. используют и там, где ранее считалось возможным применение лишь электроники,— например при построении цифровых управляющих и информационных устройств. Элементы и приборы П. применяют в машиностроении, энергетике, авиац. и ракетной технике, при создании новых типов мед. аппаратов, при измерениях различных физ. величин и в моделирующих установках.

Примером систем автомат, управления, строящихся на элементах П., служит система управления конвейером (рис., ). Деталь движется с лентой конвейера 1. На входы 5 группы сдвигающих регистров 3 подаются сигналы «0» и «1», составляющие в совокупности двоичное число, которым шифруется программа обработки детали. По каждой из тактовых команд, связанных с движением ленты конвейера, это двоичное число смещается, переходя из одного вертикального ряда ячеек группы сдвигающих регистров в соседний ряд. При совпадении двоичного числа, которым зашифрована программа, с заданным для соответствующей позиции конвейера двоичным числом устройство сравнения 4 выдает команду на перестановку исполнительных органов 2. Программу можно корректировать в связи с поступлением по каналам 6 сигналов от датчиков измерительных устройств.

Наряду с самостоятельным применением струйные элементы П. находят применение и в комбинированных пневматических системах (используются вместе с мембранными элементами универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики). Разработки устройств П. ведутся как в СССР, так и за рубежом.

Лит.: Новое в пневмонике. М., 1969; Залманзон Л. А. Теория элементов пневмоники. М., 1969 [библиогр. с. 485—502]; Залманзон Л. А. Пнев-моника и модели. М., 1970: Пневматическая струйная техника. Пер. с польс. М., 1969. Л. А. Залманзон.