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. Można to przedstawić na poniższym wykresie:

Aby osłabić wpływ histerezy używa się ustawników 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:

Rysunek . Schemat stanowiska pomiarowego

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 p l y bar mm mm 0 0 0 0,1 0 0 0,2 0,05 0,15 0,3 0,55 1,65 0,4 1,27 3,81 0,5 2,06 6,18 0,6 2,78 8,34 0,7 3,58 10,74 0,8 4,3 12,9 0,9 5,05 15,15 1 5,7 17,1 1,1 6,3 18,9 1,2 6,75 20,25 1,3 7,18 21,54 1,4 7,51 22,53 1,45 7,65 22,95 1,4 7,63 22,89 1,3 7,47 22,41 1,2 7,33 21,99 1,1 7,03 21,09 1 6,52 19,56 0,9 5,89 17,67 0,8 5,23 15,69 0,7 4,42 13,26 0,6 3,62 10,86 0,5 2,82 8,46 0,4 2,01 6,03 0,3 1,12 3,36 0,2 0,51 1,53 0,1 0 0

Z nastawnikiem p l y bar mm mm 0 0 0 0,1 0 0 0,2 0 0 0,3 0 0 0,4 0 0 0,5 0 0 0,6 3,14 9,42 0,7 5,58 16,74 0,8 7,69 23,07 0,9 7,69 23,07 0,8 7,69 23,07 0,7 6,16 18,48 0,6 3,67 11,01 0,5 0,44 1,32 0,4 0 0 0,3 0 0 0,2 0 0 0,1 0 0 0 0 0

p - ciśnienie doprowadzane do siłownika

l – wartość wysunięcia trzpienia na wskaźniku zegarowym

y – rzeczywista wartość wysunięcia trzpienia (1mm na wskaźniku odpowiada 3mm rzeczywistego wysunięcia)

Wykres:

Wykres . Zależność y(p) dla siłownika z nastawnikiem i bez nastawnika

Wnioski:

Charakterystyki przedstawione na wykresie przedstawiają siłownik pneumatyczny membranowy ze sprężyną – prosty, ponieważ wysunięcie trzpienia wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. Charakterystyki przy zwiększaniu i zmniejszaniu ciśnienia są do siebie równoległe. Dzięki wykorzystaniu nastawnika obie charakterystyki posiadają różne nachylenie funkcji wysunięcia trzpienia w stosunku do ciśnienia sterującego: bez nastawnika ok. 22, z nastawnikiem ok. 80. Z tego powodu zmienił się zakres przemieszczeń trzpienia siłownika. W siłowniku bez nastawnika szerokość histerezy jest znacznie większa niż w siłowniku z nastawnikiem. Dodatkowo nastawnik spowodował zwiększenie ciśnienia zasilającego siłownik, co spowodowało zwiększenie szybkości jego działania. Wartość początkowa ciśnienia sterującego w siłowniku bez nastawnika wyniosła 0,2 bar, a zakres proporcjonalności od ok. 0,2 do 1,1 bar. Z nastawnikiem odpowiednio: 0,5 bar, a zakres ok. 0,5-0,8 bar.