1

LABORATORIUM AUTOMATYKI PROCESOWEJ

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA C1

Badanie statycznych własności przetworników ciśnienia

Przetworniki pomiarowe w układach regulacji automatycznej są przeznaczone do przetwarzania

wartości wielkości regulowanej na standardowy sygnał wejściowy regulatora. Celem ćwiczenia jest
zbadanie statycznych własności trzech przetworników pomiarowych z pneumatycznym sygnałem
wyjściowym. Badane przetworniki:

pneumatyczny przetwornik natężenia prądu elektrycznego,
pneumatyczny przetwornik wysokich ciśnień,
pneumatyczny przetwornik różnicy ciśnień.

Pneumatyczne przetworniki sygnałów składają się zwykle z przetwornika pierwotnego (o różnej budowie i
zasadzie działania) oraz z mechanicznego układu stanowiącego przetwornik wtórny. Urządzenie jest
czasem wyposażone dodatkowo we wzmacniacz mocy. Mechaniczny zespół przetwarzający stanowi
zwykle wzmacniacz pneumatyczny typu dysza-przesłona objęty ujemnym proporcjonalnym sprzężeniem
zwrotnym. Działanie zespołu przetwarzającego oparte jest na zasadzie kompensacji sił lub przesunięć, co
zapewnia dużą dokładność i małą wrażliwość na zakłócenia.

Na rysunku 1 przedstawiono badany podczas ćwiczenia pneumatyczny przetwornik natężenia prądu
elektrycznego. Przetwornik ten przetwarza sygnał elektryczny w postaci natężenia prądu stałego na
unormowany sygnał pneumatyczny. Zmiana natężenia prądu przepływającego przez cewkę 1 umieszczoną

w polu działania magnesu trwałego 2
wywołuje zmianę siły z jaką cewka, a
wraz z nią i koniec dźwigni 3, są
przyciągane przez magnes. Powoduje to
przemieszczenie przysłony 4 i zmianę
ciśnienia wyjściowego p

w

, które przez

mieszek ujemnego sprzężenia zwrotnego
5 równoważy moment siły sygnału
wejściowego.

Wartość

początkowa

sygnału wyjściowego jest nastawiana przy
pomocy sprężyny 6.

Przetwornik

wysokich ciśnień przedstawiono na

rysunku 2.

Przetwornikiem

pierwotnym

w

tym

urządzeniu jest rurka Bourdona 1. Siła z jaką rurka
oddziałuje na dźwignię jest proporcjonalna do
mierzonego ciśnienia p. Siła ta jest przetwarzana w
przetworniku wtórnym na sygnał pneumatyczny w
postaci ciśnienia wyjściowego p

m

. Zakres mierzonych

ciśnień można zmieniać przesuwając mieszek 2.
Sprężyna 3 służy do nastawiania wartości początkowej
p

m

. Zastosowany wzmacniacz mocy 5 ma budowę

mieszkową. Komorę 4 zastosowano w celu polepszenia
stabilności pracy przetwornika przy niewielkich
obciążeniach wyjściowych.

+

1

2

3

4

6

5

p

w

p

0

Rys. 2. Przetwornik wysokich ciśnień.

Rys. 1. Pneumatyczny przetwornik pośredni natężenia

prądu elektrycznego.

2

Trzecim badanym układem jest przetwornik różnicy ciśnień przedstawiony na rysunku 3.

Rys. 3. Przetwornik różnicy ciśnień.

Różnica ciśnień działająca na blok membran 1 powoduje przesunięcie dźwigni 5 i tym samym zmianę
odległości między przesłoną a dyszą 7. Przesunięcie to zmienia ciśnienie kaskadowe układu dysza-
przesłona działające, po wzmocnieniu we wzmacniaczu 8, na mieszek sprzężenia zwrotnego 3. Siła
wywierana przez mieszek 3 równoważy wypadkową siłę parcia działającą na blok membran 1. Ciśnienie
wyjściowe p

wy

jest miarą różnicy ciśnień p

we2

p

we1

. Wewnątrz bloku membran 1 znajduje się ciecz 2 .

Przetwornik pierwotny oddzielony jest od przetwornika wtórnego membraną 4. Regulacja zakresu
pomiarowego dokonywana jest przy pomocy elementu 6. Sprężyna 9 służy do nastawiania wartości
początkowej p

wy

.

Opis ćwiczenia

1. Pneumatyczny przetwornik natężenia prądu elektrycznego.

W celu wyznaczenia charakterystyki statycznej należy zbadać zależność wyjściowego unormowanego
sygnału pneumatycznego od natężenia prądu zadawanego przy użyciu opornicy dekadowej. Zależność
p = f(R) należy wyznaczyć dla całego zakresu wartości sygnału wyjściowego podczas stopniowego
zwiększania, a następnie zmniejszania, wartości oporu R.

2. Przetwornik wysokich ciśnień.

Charakterystykę statyczną wyznacza się odczytując wartości unormowanego sygnału pneumatycznego
w funkcji ciśnienia wejściowego ustawianego zadajnikiem tłokowym. Ciśnienie wejściowe należy
powoli zwiększać pokręcając korbą zadajnika. Po osiągnięciu maksymalnej wartości sygnału
wyjściowego należy powoli zmniejszać ciśnienie wejściowe notując wartości sygnałów wejściowego i
wyjściowego.

3. Przetwornik różnicy ciśnień.

Charakterystykę statyczną sporządza się badając zależność wyjściowego unormowanego sygnału
pneumatycznego od różnicy ciśnień ustawianej przy pomocy zaworu redukcyjnego. Pomiary należy
przeprowadzić zwiększając, a następnie zmniejszając różnicę ciśnień wejściowych.

Sprawozdanie. Zakres sprawozdania z ćwiczenia określi prowadzący po uprzednim sprawdzeniu i
zaliczeniu wykonanych pomiarów.

Kolokwium. Zakres materiału wymaganego do zaliczenia kolokwium końcowego:

1. Wykład "Automatyka Procesowa" - 4 rok, semestr zimowy.

2. Chorowski B. i Werszko M. „Mechaniczne urządzenia automatyki”, WNT 1990,

str. 22-31, 83-96, 227-236, 248-257 (lub WNT 1974 str. 24-30, 115-122, 220-227, 231-240).

3. Kostro J. „Elementy, urządzenia i układy automatyki”, WSiP, 1983, str. 87-96.