1. Temat: Charakterystyki statyczne obiektu

Siłownikiem (serwomotorem) nazywa się urządzenie wykonawcze w układach regulacji przetwarzające sygnał sterujący na przesunięcie liniowe o dużej sile obrotowe o dużym momencie. Siłowniki służą zwykle do nastawiania grzybka zaworu, klapy regulacyjnej, zasuwy lub innych elementów nastawczych.

Siłowniki pneumatyczne o przesunięciu liniowym przetwarzają sygnał pneumatyczny na przesunięcie liniowe trzpienia siłownika.

W zależności od rodzaju przetwarzania pneumomechanicznego - ciągłego lub dyskretnego - dzielą się na :

• siłowniki pneumatyczne analogowe

• siłowniki pneumatyczne dyskretne.

2. Stanowisko do zdejmowania charakterystyki siłownika pneumatycznego

Rolę obiektu badanego pełni siłownik membranowy ze sprężyną o działaniu prostym.

Reduktor ciśnienia 1 pozwala precyzyjnie ustalać wielkość sygnału wejściowego, wartość którego odczytuje się na manometrze 3. Trzpień siłownika połączony jest z suwakiem potencjometru elektrycznego 6. Po podłączeniu napięcia zasilającego potencjometr U_z mamy możliwość określania położenia trzpienia siłownika poprzez odczyt napięcia na woltomierzu 5. Manometr rejestrujący 7 i przełącznik zał/wył 2 są wykorzystywane przy zdejmowaniu charakterystyk skokowych i przy charakterystykach statycznych nie są wykorzystywane.

3. Eksperymentalne wyznaczenie charakterystyki statycznej siłownika pneumatycznego

L.p.	P kp/cm^2	L [cm]	U rosnące [mV]	U malejące [mV]	Średnia U [mV]
1.	0	5	2,679	2,693	2,686
2.	0,2	5	2,734	2,850	2,792
3.	0,3	4,8	3,078	3,360	3,219
4.	0,4	4,7	3,568	3,841	3,7045
5.	0,5	4,5	4,067	4,323	4,195
6.	0,6	4,3	4,546	4,825	4,6855
7.	0,7	4,1	4,991	5,244	5,1175
8.	0,8	4	5,458	5,610	5,534
9.	0,9	3,8	5,840	6,007	5,9235
10	1	3,7	6,018	6,018	6,018

Aproksymacja f(x)= 4,2665000x+2,0166556

Błąd= 0,26515556

f(x)= -1,6507576x2+6,2474091x+1,5324333

Błąd= 0,11108485

Zaworem nazywa się mechanizm, którego zadaniem jest zmienianie przepływu czynnika.

Dla zaworu można wyróżnić charakterystyki :

a) otwarcia zaworu A = f(h), przedstawiającą zależność między aktualnym przekrojem pola przepływu zaworu A

i przesunięciem wrzeciona zaworu h.

2. wewnętrzną przepływu k_u = f(h); charakterystyka ta podaje zależność współ. wymiarowego zaworu ku dla

przepływu wody o gęstości ρ = 1000 kg/m³ i spadku ciśnienia na zaworze Δp. = 1000 N/m² od przesunięcia

wrzeciona zaworu h.

3. roboczą przepływu Q = f(h), podającą natężenie przepływu czynnika przez zawór w warunkach pracy zaworu

w danej instalacji, w funkcji przesunięcia wrzeciona zaworu h

4. Stanowisko do zdejmowania charakterystyk zaworu hydraulicznego

Stanowisko to zbudowane jest na zasadzie zamkniętego obiegu oleju. Ze zbiornika 1 napełnionego olejem pompa hydrauliczna 2 przez filtr 3 i zawór dławiący 4 pompuje olej z powrotem do zbiornika 1. Na drodze przepływu znajduje się turbinka pomiarowa natężenia przepływu oleju. Współpracując z miernikiem przepływu 6 pozwala ona na cyfrowy odczyt 7 aktualnego natężenia przepływu oleju.

Podczas zdejmowania charakterystyki statycznej, jako wartość wejściową przyjmuje się stopień otwarcia zaworu, wyrażany ilością impulsów sterujących podawanych na silnik krokowy 5.

Poszczególne punkty charakterystyki określane będą dla stopnia otwarcia zaworu, będącego wielokrotnością liczby 32

5. Eksperymentalne wyznaczenie charakterystyki statycznej zaworu hydraulicznego.

L.p.	impulsy	Przepływ rosnący [l/min]	Przepływ malejący [l/min]	Średnia przepływu
1.	0	3	3,2	3,1
2.	32	4	4,7	4,35
3.	64	5,5	6,2	5,85
4.	94	7,2	7,6	7,4
5.	128	8,3	9,3	8,8
6.	160	9,8	10,5	10,15
7.	192	11,3	11,8	11,55
8.	224	12,3	13,2	12,75
9.	156	13,7	14,4	14,05
10.	288	14,7	15,4	15,05
11.	320	15,5	16,4	15,95
12.	352	16,5	17,4	16,95
13.	384	17,9	18,2	18,05
14.	416	18,7	18,7	18,7
15.	448	19,6	19,6	19,6
16.	480	20,2	20,1	20,15
17.	512	20,2	20,2	20,2

Aproksymacja f(x)= 0,036261488x+3,9503677

Błąd= 1,2058818

Aproksymacja f(x)= -0,000030645802x2+0,050971474x+2,8520222

Błąd= 0,24797783

6. Wnioski :

Siłownik pneumatyczny wykazuje charakterystykę liniową zarówno przy wzroście jak i spadku ciśnienia. Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta również napięcie i odwrotnie przy jego spadku.

Zawór hydrauliczny wykazuje natomiast charakterystykę krzywoliniową lecz w początkowej fazie pomiarów (do pewnej ilości impulsów), charakterystyka ta rośnie prawie liniowo, natomiast w późniejszej fazie rośnie już wolniej, aż do momentu, w którym osiągnie stan ustalony. Krzywą otrzymaną jako charakterystykę zaworu należy aproksymować wielomianem trzeciego stopnia, gdyż aproksymacja ta jest wtedy najbardziej optymalna.

---