Nowak Marzena, gr. 5

SPRAWOZDANIE

Aktywizacja danych pomiarowych - Układy pracy wentylatorów

Przebieg laboratorium

1. Omówienie sposobów dokonywania pomiarów, sposobów przesyłania wyników pomiarów (analogowe – prądowe/napięciowe; cyfrowe; pneumatyczne).

2. Omówienie cyfrowego przetwarzania sygnałów, głównie sposobów konwersji A/D.

3. Zapoznanie się ze stanowiskiem pomiarowym oraz wykonanie pomiarów, badanie zachowania się układu przy różnym sposobie regulacji przepływu - porównanie regulacji dławieniowej oraz regulacji poprzez zmianę obrotów silnika napędzającego wentylator poprzez falownik.

Termopara składa się z pary (dwóch) różnych metali zwykle w postaci przewodów, spojonych na dwóch końcach. Jedno złącze umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia") powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną, proporcjonalna do różnicy tych temperatur.

Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie o dużym przewodnictwie cieplnym. Instaluje się ją w miejscu pomiaru temperatury. Złącze odniesienia może być umieszczane w ściśle określonej temperaturze odniesienia, np. topniejącym lodzie. Złącze to może nie być złączem bezpośrednim, a zamknięcie obwodu odbywa się poprzez zaciski miernika.

Zalety termopary:

• nie wymagają zewnętrznego zasilania

• niewielkie rozmiary - możliwość lokalnego pomiaru temperatury

• niska pojemność cieplna

• mała bezwładność czasowa

• szeroki zakres pomiarowy przy dość dobrej liniowości

• prostota budowy

• duża niezawodność

Termometr rezystancyjny - przyrząd pomiarowy służący do pomiaru temperatury wykorzystujący zmianę oporu towarzyszącą zmianom temperatury.

Pomiar jest dokonywany drogą pośrednią. Mierzy się oporność odpowiednio dobranego elementu pomiarowego (rezystora) przy pomocy omomierza, który jest wyskalowany w jednostkach temperatury.

Oporność elektryczna metali w pewnym zakresie rośnie liniowo wraz ze wzrostem temperatury. Pozwala to na wykorzystanie tego zjawiska w termometrach. Stosowane są oporniki platynowe i niklowe ze względu na wysoką temperaturę topnienia i odporność na korozję.

Często są stosowane oporniki o oznaczeniach:

Pt100 – opornik platynowy o wartości pomiarowej 100 Ω w 0 °C

Pt500 – opornik platynowy o wartości pomiarowej 500 Ω w 0 °C

Pt1000 – opornik platynowy o wartości pomiarowej 1000 Ω w 0 °C

Ni100 - opornik niklowy o wartości pomiarowej 100 Ω w 0 °C

Przepływomierz ultradźwiękowy

Zasada działania przepływomierza ultradźwiękowego bazuje na pomiarze różnicy czasów przejścia fali ultradźwiękowej wywołanych efektem Dopplera.

Fala emitowana jest naprzemiennie pomiędzy dwoma czujnikami pomiarowymi zamontowanymi na rurociągu. W przypadku braku przepływu czasy przejścia fali w obu kierunkach są jednakowe. Gdy fala rozchodzi się przeciwnie do kierunku płynącej cieczy, prędkość propagacji jest mniejsza niż w kierunku zgodnym z ruchem cieczy.

Wzór:

gdzie:

v – prędkość cieczy

t₁ – czas przejścia fali ultradźwiękowej zgodnie z kierunkiem przepływu

t₂ – czasy przejścia fali ”pod prąd”

L – odległość pomiędzy czujnikami

α – kąt nachylenia czujników do kierunku przepływu cieczy (zazwyczaj 30 – 45°)

Mierzona przez system różnica czasów przejścia jest proporcjonalna do prędkości cieczy w rurociągu i po uwzględnieniu profilu i pola przekroju poprzecznego rury pozwala wyznaczyć objętość strumienia.

Zalety:

• bezkontaktowy pomiar zewnętrzny (idealne rozwiązanie dla pomiaru przepływu cieczy silnie agresywnych lub w przypadku wysokich ciśnień)

• możliwość bezpośredniego montażu na istniejącej instalacji (uruchomienie układu pomiarowego bez przerywania procesu)

• pomiar nieinwazyjny nie wprowadza spadku ciśnienia

• brak części ruchomych (wysoka trwałość)

Przetwornik – jest to urządzenie dokonujące przekształcenia danej wielkości na inną wielkość według określonej zależności i z pewną dokładnością.

Przetworniki są wykorzystywane na przykład w układach z czujnikami, dzięki czemu sygnał z czujnika, który zwykle jest słaby i trudny w przekazywaniu na odległość, zostaje przekształcony do postaci i wartości użytecznej dla dalszego przetwarzania. Najczęściej przetworniki realizują przekształcenie wielkości fizycznej na wielkości elektryczne takie jak napięcie elektryczne lub natężenie prądu. Jest to nadal sygnał analogowy przetworzony na inny sygnał analogowy. Standardowym sygnałem przesyłanym jest 0 -10 V lub 4-20 mA. Wadą przetwornika napięciowego jest mała odległość na jaką może być przesłany sygnał, zawsze będziemy mieć do czynienia ze spadkiem napięcia. Natomiast przetworniki prądowe mogą przysyłać sygnał na odległość nawet do 1 km.

Jeśli przyjmiemy, że badamy temperatury z zakresu -100˚C - +300˚C i wyniki te przesyłamy za pomocą przetwornika prądowego (4-20 mA) oznacza to, że różnica 1 mA stanowi 25˚C. Wskazanie 8 mA oznacza temperaturę 0˚C. Dlaczego przetwornik prądowego nie zaczynamy pomiarów od 0 mA? Gdyby tak było, przy w skazaniu minimalnym nie mielibyśmy pewności, czy nasz przetwornik uległ zepsuciu, czy jest to wynik pomiaru.

Sygnały pomiarowe

• Próbkowanie (dyskretyzacja, kwantowanie w czasie) to proces stworzenia sygnału impulsowego reprezentującego sygnał ciągły. Zwykle kojarzone jest z jednym z etapów przetwarzania sygnału analogowego

na cyfrowy.

Próbkowanie idealne funkcją grzebieniową

Dla konwertowania dźwięku – sygnału audio, gdzie za częstotliwości graniczne (słyszalne dla człowieka) przyjmuje się min. 20 Hz i maks. 20 kHz częstotliwość ta musi być wyższa od 40kHz. Najbardziej rozpowszechniony standard to 44,1 kHz, istnieje również standard wyższy – próbkowanie 48kHz. Jeśli źle dobierzemy częstotliwość próbkowania może dojść do zjawiska zwanego aliasingiem, czyli do zniekształcenia sygnału z powodu zbyt małej częstotliwości próbkowania.

Aby próbkowanie było prawidłowe f_probkownia > 2f_sygnalu

• Kwantowanie – o ile można powiedzieć, że próbkowanie odpowiada za ilość

dokonanych odczytów, kwantowanie odpowiada za dokładność tych danych. Określa

się je w bitach, czyli systemie zapisu binarnego. 2 bity to 4 kombinacje, 3 bity dają 16

kombinacji itp.

Jeśli przetwornik ma kwantowanie 8 bitowe, daje to mu 256 ‘podziałek’ dokładności. Jeśli konwertowany sygnał miałby zakres od 0 do 2560 jednostek, zapis dokonywany byłby z dokładnością 10 jednostek. Standardem dla konwersji audio jest kwantowanie 16 bitowe.

Schemat stanowiska pomiarowego

1. Regulacja przepływu przy pomocy zmiany prędkości obrotów wentylatora (regulacja za pomocą falownika, częstotliwości napięcia którym zasilany był wentylator)

1. Regulacja przepływu przy pomocy dławienia zaworem.

Podsumowanie wyników

Wnioski

Obliczenia jednoznacznie pokazują przewagę regulacji wydatku poprzez zmianę prędkości obrotowej wentylatora. Najkorzystniejszą energetycznie regulacją przepływu jest regulacja za pomocą falownika. Straty natomiast na zaworze dławiącym są znaczne, tym większe im mniejszy przepływ chcemy osiągnąć. Różnica mocy dochodzi do siedemdziesięciu procent.

Podsumowując; jeżeli tylko istnieje możliwość, w celu regulacji przepływu należy korzystać z falownika.