Badanie pomp
dodatek











Badanie pomp
dodatek

 

 

Ćwiczenie można
przeprowadzić na dwa sposoby: w sposób tradycyjny, ze spisywaniem danych z
przyrządów pomiarowych, oraz - z wykorzystaniem programu pomiarowego. Wybór
sposobu przeprowadzenia ćwiczenia zależy od prowadzącego i od celów
dydaktycznych, które chce osiągnąć. Pomiary z wykorzystaniem programu
pomiarowego mają za zadanie zapoznanie studentów z komputerową akwizycja danych
pomiarowych.

 

 

Komputerowa akwizycja danych pomiarowych

 

Celem komputerowej akwizycji danych pomiarowych jest
gromadzenie, wizualizacja i bieżąca
analiza wyników pomiarów przeprowadzone
z wykorzystaniem komputera.

 

Zasada komputerowej akwizycji danych
polega na przetworzeniu wielkości mierzonych (najczęściej nieelektrycznych
wielkości mechanicznych) w sygnał zrozumiały dla komputera. Poniższy schemat
blokowy przedstawia najważniejsze etapy
przetwarzania sygnału pomiarowego.

 



 

 

Pierwszy etap przetwarzania sygnału realizowany
jest w czujniku pomiarowym i
polega na przetworzeniu mierzonej wielkości nieelektrycznej na będący jej funkcją sygnał elektryczny
(napięcie lub natężenie prądu). Najprostszym czujnikiem tego rodzaju jest
oporowy czujnik temperatury (RTD), którego zasada działania (przetwarzania
sygnału temperaturowego) polega na wykorzystaniu zależności oporności
przewodnika od temperatury. Zmiany oporności powodują zmiany napięcia, które
mogą być mierzone odpowiednim układem mostkowym. Miarą temperatury jest więc
napięciowy sygnał ciągły (czyli "analogowy").

 

W układzie pomiarowym zastosowanym w ćwiczeniu
przetwarzane na sygnał elektryczny będą następujące wielkości: ciśnienie i
natężenie przepływu.

 

Czujniki ciśnienia absolutnego, zastosowane
w ćwiczeniu, posiadają element piezorezystywny, który przetwarza bezpośrednio
ciśnienie na sygnał elektryczny.

 

Do pomiaru natężenia przepływu zastosowano dwa
rodzaje przyrządów pomiarowych: przepływomierz wirowy oraz kryzę.

 

Przepływomierz wirowy posiada pręt
(zaokrąglony od strony napływu i ścięty po stronie spływu) wstawiony w
przepływ. Pręt stanowi przeszkodę powodującą spływ wirów naprzemiennie z obu
ostrych krawędzi pręta. Powoduje to powstanie zmiennego ciśnienia wprawiającego
pręt w drgania. Miarą natężenia przepływu jest częstotliwość spływu wirów, a
więc w konsekwencji częstotliwość drgań
pręta. Jest ona przetwarzana przez element piezorezystywny na elektryczny
sygnał wyjściowy.

 

Kryza jest przeszkodą z otworem o średnicy
mniejszej niż średnica przewodu. Jej zasada działania polega na dławieniu
przepływu i generowaniu różnicy ciśnień w przekrojach przed i za kryzą. Jest
ona miarą natężenia przepływu. Do kryzy podłączony jest pojemnościowy
przetwornik różnicy ciśnień. Ruchoma okładka kondensatora reaguje na zmienne
ciśnienie powodując zmianę pojemności. W rezultacie otrzymujemy zmienny i
zależny od różnicy ciśnień (natężenia przepływu) sygnał elektryczny.

 

Wszystkie zastosowanie w ćwiczeniu czujniki
wielkości mechanicznej dają na wyjściu sygnał "prądowy" (natężenie prądu),
czyli mają tzw. "wyjścia prądowe" z zakresu 4-20 mA.

 

Sygnał
elektryczny ciągły (analogowy) otrzymywany na wyjściu czujników pomiarowych
musi być zmierzony i przetworzony na sygnał dyskretny (cyfrowy). Ten
etap przetwarzania sygnału wykonują
specjalistyczne mikroprocesorowe przetworniki analogowo-cyfrowe lub karty
pomiarowe. W naszym układzie pomiarowym zastosowano przetworniki
analogowo-cyfrowe serii ADAM firmy Advantech. Ponieważ mierzą one i
przetwarzają sygnały napięciowe, sygnał prądowy pobrany z czujnika pomiarowego
musiał na drodze do przetwornika ADAM zostać przetworzony na napięciowy poprzez
zastosowanie opornika o znanym oporze.

 

Przetworzony w opisany powyżej sposób sygnał
pomiarowy doprowadzany jest do wejścia szeregowego komputera i może być dalej
analizowany przez program pomiarowy.

 

Opis przetwarzania nieelektrycznej wielkości
pomiarowej przedstawiony powyżej jest bardzo skrótowy i pomija pewne mniej
ważne z dydaktycznego punktu widzenia etapy przetwarzania sygnału pomiarowego.

 

 

Program pomiarowy

 

Program
pomiarowy napisany został w środowisku GenieDAQ firmy Advantech. Tworzenie
własnego programu pomiarowego polega na pobraniu sygnałów pomiarowych z
uprzednio zarejestrowanych w środowisku Genie przetworników ADAM, ich
wizualizacji oraz zapisie na dysku komputera. Sygnały pomiarowe, w zależności
od potrzeb, mogą być w programie w dalszym ciągu przetwarzane i analizowane.
Mogą również służyć jako sygnały sterujące w układach regulacji.

 

Odnośniki do programów znajdują się na pulpicie komputera.
Programy zapisują wyniki w folderze "badanie_pomp", również umieszczonym na pulpicie.

 

 

 

 

 

Wyznaczanie krzywej dławienia pompy

 

Program I
"krzywa dławienia"

 

Funkcje programu:

 

1)     
pomiar ciśnienia ps w króćcu ssawnym i ciśnienia pt
w króćcu tłocznym pompy (czujniki ciśnienia absolutnego)

2)     
pomiar wydajności Q (kryza)

3)     
wyznaczanie wartości wysokości podnoszenia pompy H

4)     
zapis wyników w pliku tekstowym: pompa.txt

5)     
zapis wyników w arkuszu Excela Book1 oraz automatyczne
kreślenie krzywej dławienia.

 

 

 

 

 



 

 

Rys.1 Schemat
stanowiska i widok programu pomiarowego "krzywa dławienia"[1,2]

 

 

 

 

 

Obsługa stanowiska i programu pomiarowego "krzywa
dławienia":

 

1)     
zapoznać się ze stanowiskiem pomiarowym, obejrzeć czujniki
ciśnienia i przepływomierze, spisać
dane z przyrządów pomiarowych,

2)     
zapoznać się z komputerowym układem pomiarowym, sposobem
podłączenia czujników i przetworników; naszkicować jego schemat i spisać dane z przetworników ADAM,

3)     
układem zaworów uzyskać przepływ zgodny ze schematem widocznym
na Rys.1,

4)     
podłączyć zasilanie przetworników, włączyć pompę i uruchomić program pomiarowy, jednocześnie otworzy
się gotowy do zapisu arkusz obliczeniowy Excela ( przełączanie pomiędzy
programami
poprzez przyciski na pasku zadań),

5)     
na ekranie komputera wcisnąć przyciski "utwórz plik do zapisu"
oraz "reset arkusza Excela",

6)     
sprawdzić osiągalny zakres wydatku Q ( przy całkowicie
otwartym zaworze regulacyjnym),

7)     
zakres pomiarowy podzielić 10 punktami pomiarowymi,
rozłożonymi w miarę możności równomiernie wzdłuż zakresu,

8)     
pożądaną wartość wydatku uzyskujemy poprzez odpowiednie
ustawienie zaworu regulacyjnego (dławienie przepływu zaworem),

9)     
po ustaleniu się warunków pomiaru ( w przeciągu kilku minut;
proszę obserwować wartości wydatku na ekranie komputera) wcisnąć przycisk
"pomiar",

10) 
czynności 8-9
powtarzamy 9-krotnie dla innych wartości wydatku,

11) 
obejrzeć uzyskaną
krzywą dławienia,

12) 
wyłączyć program
pomiarowy.

 

 

 

 

 

 

 

Badanie współpracy równoległej dwu takich samych pomp

 

 

Program II
"równolegle"

 

Funkcje programu:

 

1)     
pomiar ciśnienia ps w króćcu ssawnym i ciśnienia pt
w króćcu tłocznym jednej pompy
(czujniki ciśnienia absolutnego)
ze względu na połączenie równoległe warunki
na wyjściu z obu pomp są takie same;

2)     
pomiar wydajności Q (przepływomierz wirowy)

3)     
wyznaczanie wartości wysokości podnoszenia układy pomp
połączonych równolegle H

4)     
zapis wyników w pliku tekstowym: rownolegle.txt.

 

 



 

 

Rys. 2.
Schemat stanowiska i widok programu pomiarowego "rownolegle" [1,2]



 

 

 

 

 

 

Obsługa stanowiska i programu pomiarowego "równolegle":

 

1)     
układem zaworów uzyskać przepływ zgodny ze schematem widocznym
na Rys.2,

2)     
uruchomić program pomiarowy "rownolegle"

3)     
na ekranie komputera wcisnąć przyciski "utwórz plik do zapisu"
,

4)     
sprawdzić osiągalny zakres wydatku Q ( przy całkowicie
otwartym zaworze regulacyjnym),

5)     
zakres pomiarowy podzielić 10 punktami pomiarowymi, rozłożonymi
w miarę możności równomiernie wzdłuż zakresu,

6)     
pożądaną wartość wydatku uzyskujemy poprzez odpowiednie
ustawienie zaworu regulacyjnego (dławienie przepływu zaworem),

7)     
po ustaleniu się warunków pomiaru ( w przeciągu kilku minut;
proszę obserwować wartości wydatku na ekranie komputera) wcisnąć przycisk
"pomiar",

8)     
czynności 6-7
powtarzamy 9-krotnie dla innych wartości wydatku,

9)     
wyłączyć program pomiarowy.

 

 

Badanie współpracy szeregowej dwu takich samych pomp

 

 

Program III
"szeregowo"

 

Funkcje programu:

 

1)     
pomiar ciśnienia ps w króćcu ssawnym pierwszej
pompy i ciśnienia pt w króćcu tłocznym pompy drugiej (czujniki ciśnienia absolutnego);

2)     
pomiar wydajności Q (kryza)

3)     
wyznaczanie wartości wysokości podnoszenia układy pomp
połączonych szeregowo H

4)     
zapis wyników w pliku tekstowym: szeregowo.txt.

 

 



 

 

Rys.3. Schemat stanowiska i widok programu pomiarowego
"szeregowo" [1,2]

 

 

 

 

 

 

 

 

Obsługa stanowiska i programu pomiarowego "szeregowo":

 

1)     
układem zaworów uzyskać przepływ zgodny ze schematem widocznym
na Rys.3,

2)     
uruchomić program pomiarowy "szeregowo"

3)     
na ekranie komputera wcisnąć przyciski "utwórz plik do zapisu"
,

4)     
sprawdzić osiągalny zakres wydatku Q ( przy całkowicie
otwartym zaworze regulacyjnym),

5)     
zakres pomiarowy podzielić 10 punktami pomiarowymi,
rozłożonymi w miarę możności równomiernie wzdłuż zakresu,

6)     
pożądaną wartość wydatku uzyskujemy poprzez odpowiednie
ustawienie zaworu regulacyjnego (dławienie przepływu zaworem),

7)     
po ustaleniu się warunków pomiaru ( w przeciągu kilku minut;
proszę obserwować wartości wydatku na ekranie komputera) wcisnąć przycisk
"pomiar",

8)     
czynności 6-7
powtarzamy 9-krotnie dla innych wartości wydatku,

9)     
wyłączyć program pomiarowy.

 

 

 

Opracowanie wyników pomiarów:

 

Krzywą dławienia jednej pompy uzyskuje się
automatycznie jako wynik działania programu pomiarowego "krzywa dławienia" ,
dzięki dynamicznej wymianie danych pomiędzy środowiskiem Genie a Excelem.
Charakterystyki przepływu układu pomp połączonych równolegle i szeregowo można
uzyskać posługując się tym samym arkuszem Excela (Book1), znajdującym się w
folderze "badanie_pomp" na pulpicie komputera. W tym samym folderze zostały
zapisanie w plikach tekstowych wyniki pozostałych pomiarów.

 

Należy:

1)      wczytać
je do arkusza Book1 programu Excel,

2)      zaprogramować
formułę wyznaczającą wysokości podnoszenia H układu pomp połączonych równolegle
i szeregowo,

3)      wykonać
wykres zależności H od wydajności pompy Q w tym samym układzie osi co krzywa
dławienia pojedynczej pompy,

4)      powyższe
czynności należy wykonać w trakcie zajęć laboratoryjnych,

5)      otrzymany
arkusz wysłać pocztą na swoje konto, wydrukować i dołączyć do sprawozdania.

 

 

Wskazówki:

 

1)      przed
wczytaniem danych do arkusza obliczeniowego należy kliknąć w pustą komórkę
arkusza,

2)      podczas
wczytywania do Excela zewnętrznego pliku tekstowego należy wykorzystać opcje:
Dane -> Pobierz dane zewnętrzne -> Importuj plik tekstowy i dalej
postępować według wskazówek pamiętając o ustawieniu spacji jako separatora i
kropki jako separatora dziesiętnego,

3)      puste
wiersze pomiędzy zapisami należy usunąć,

4)      podczas
programowania formuły obliczeniowej należy pamiętać o zaznaczeniu zakresu a po
wprowadzeniu formuły zatwierdzić obliczenia układem klawiszy [crtl]+[enter],

5)      dodając
następne wykresy do już istniejącego należy: kliknąc wykres ,

6)      z
opcji menu głównego wybrać wykres -> dane źródłowe -> serie

7)      dodać
serie do wykresy pamiętając o zmianie nazwy
odpowiednio na "połączenie równoległe" i "połączenie szeregowe",

8)      kliknąć
ikonkę "wartość x" i zaznaczyć odpowiedni zakres wydatku Q,

9)      kliknąć
ikonkę "wartość y" i zaznaczyć odpowiedni zakres wysokości podnoszenia H,

10)  dodać do odpowiedniej serii linie trendu :
wykres -> dodaj linie trendu

11)  jako typ linii trendu wybrać typ
wielomianowy, stopień drugi lub trzeci.

12)  wykres opisać
tworząc legendę.

 

 

 

Literatura:

 

1.     
W. Zawadzki
Badanie pracy pomp wirowych w warunkach
odbiegających od normy
praca dyplomowa

2.     
P. Zawadzki
Badanie współpracy pomp wirowych o różnych
charakterystykach
praca dyplomowa