Wstęp teoretyczny:

Siłownik jest urządzeniem przetwarzającym sygnał wejściowy na przesunięcie kątowe części ruchomej siłownika (trzpienia). W tym ćwiczeniu zajmowaliśmy się siłownikami ciągłymi (analogowymi), które mogą przyjąć w sposób stabilny każdą pozycję w zakresie ruchu trzpienia. Siłowniki można podzielić na: pneumatyczne, hydrauliczne i elektryczne. Siłowniki pneumatyczne dzieli się na membranowe i tłokowe. Urządzenie używane w doświadczeniu było siłownikiem pneumatycznym membranowym ze sprężyną, które pracowało jako zawór regulacyjny. Siłowniki membranowe ze sprężyną można podzielić dalej na: proste (trzpień siłownika wysuwa się, gdy ciśnienie narasta) i odwrócone (trzpień siłownika chowa się gdy ciśnienie narasta).

W siłownikach występuje zjawisko histerezy, czyli zależności aktualnego stanu układu od stanów w poprzedzających chwilach. Powoduje je siła tarcia występująca w siłowniku. Ze względu na histerezę wysunięcie trzpienia przy tym samym ciśnieniu różni się podczas wzrostu ciśnienia i zmniejszania go. Aby osłabić wpływ histerezy używa się nastawników pozycyjnych. Jego zasada działania jest następująca: jeżeli wysunięcie trzpienia y jest zbyt małe, to następuje zdławienie dyszy, co powoduje wzrost ciśnienia kaskadowego. Wzrost tego ciśnienia powoduje wzrost ciśnienia na wyjściu wzmacniacza, które oddziałując na membranę spowoduje wysunięcie trzpienia. Wysuwanie trzpienia powoduje otwieranie dyszy aż do momentu, aż układ osiągnie stan równowagi.

Schemat stanowiska:

1. Wskaźnik zegarowy; 2. Trzpień; 3. Membrana; 4. Sprężyna; 5. Króciec doprowadzający ciśnienie sterujące; 6. Regulator bez/z nastawnikiem; 7. Nastawnik; 8. Ciśnieniomierz; 9. Zawór regulujący ciśnienie

Tabele pomiarowe:

Bez nastawnika l y [mm] P [bar] 3 0,09 0,18 22 0,66 0,25 55 1,65 0,31 89 2,67 0,35 127 3,81 0,4 205 6,15 0,5 283 8,49 0,6 365 10,95 0,7 442 13,26 0,8 526 15,78 0,9 595 17,85 1 648 19,44 1,1 697 20,91 1,2 739 22,17 1,3 772 23,16 1,4 781 23,43 1,4 764 22,92 1,3 723 21,69 1,2 677 20,31 1,1 614 18,42 1 540 16,2 0,9 456 13,68 0,8 368 11,04 0,7 279 8,37 0,6 193 5,79 0,5 115 3,45 0,4 34 1,02 0,2 0 0 0,1 Wykres:

Z nastawnikiem l Y [mm] P [bar] 201 6,03 0,55 373 11,19 0,65 483 14,49 0,7 485 14,55 0,8 p - ciśnienie doprowadzane do siłownika l – wartość wysunięcia trzpienia na wskaźniku zegarowym a=6,5cm b=13,5cm y- 1 podziałka odpowiada wysunięciu 0,01mm x – rzeczywista wartość wysunięcia trzpienia (1 podziałka na wskaźniku odpowiada 0,03 mm rzeczywistego wysunięcia)

Wnioski:

Charakterystyka przedstawione na wykresie przedstawiają siłownik pneumatyczny membranowy ze sprężyną – prosty, ponieważ wysunięcie trzpienia wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. Charakterystyka dotyczy zwiększaniu i zmniejszaniu ciśnienia w przypadku gdy w układzie nie jest podłączony nastawnik. W siłowniku bez nastawnika szerokość histerezy powinna być znacznie większa niż jest to przedstawione na wykresie. Charakterystyka z nastawnikiem nie została naniesiona, gdyż nie zostały zmierzone wartości w przypadku zmniejszania ciśnienia.

Nastawnik spowodował zwiększenie ciśnienia zasilającego siłownik, co spowodowało zwiększenie szybkości jego działania. Wartość początkowa ciśnienia sterującego w siłowniku bez nastawnika wyniosła 0,18 bar, a zakres proporcjonalności od ok. 0,4 do 0,9 bar.