III MDT gr.41
Babieczko Andrzej
Babiński Paweł
Bąk Mariusz
Berbeć Marcin
UKŁADY POMIAROWE
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z problemami pomiarowymi w układach automatycznej regulacji (UAR), z obowiązującymi w tym zakresie standardami, sposobami rozwiązywania niektórych problemów pomiarowych i tendencjami rozwoju.
Podstawy teoretyczne
Sterowanie i regulacja zaczyna się od pomiaru. Tylko w układach otwartych sygnał sterujący zmienia się według z góry ustalonego programu np. w zależności od czasu, bez względu na rzeczywista wartość wielkości wyjściowej. W układach zamkniętych regulacji, tj. zarówno w układach programowych, układach regulacji nadąźnej (układy śledzące), jak i w układach regulacji stałowartościowej (układy stabilizujące) dla wypracowania sygnału sterującego konieczna jest informacja o uchybie regulacji s będącym różnicą pomiędzy tym co chcemy uzyskać (wartością zadaną) a tym co w danej chwili mamy (wartością wyjściową).
Każdy czujnik pomiarowy charakteryzowany zakresem przetwarzania jednej wielkości w drugą, w którym to zakresie jest utrzymywana dana dokładność pomiarowa czujnika.
Każdy element określony jest klasą dokładności przetwarzania jednej wielkości w drugą, która określa dokładność pomiarową czujnika. W Polsce klasy dokładności są następujące:
0.2 , 0.5 , l, 1.5 , 2.5 ,4 - oznaczają one procentową dokładność pomiaru danej wielkości za pomocą danego elementu pomiarowego.
Następną cechą czujników pomiarowych są właściwości dynamiczne najczęściej przedstawiane za pomocą stałych czasowych czujnika, rzadziej za pomocą charakterystyk częstotliwościowych.
Na podstawie informacji o wartości zadanej i z układu pomiarowego określany jest uchyb regulacji e. Typowy sygnał wejściowy i wyjściowy we współczesnych układach elektrycznych automatyki to sygnał prądowy w zakresie 4- 20 mA.
Najczęściej stosowane w automatyce czujniki pomiarowe.
Elementy pomiarowe - czujniki są określone wg Polskiej Normy (PN-64/52003) jako przyrządy pomiarowe pierwotne. Ze względu na rodzaj mierzonej wielkości nieelektrycznej rozróżnia się wiele typów czujników pomiarowych różniących się zasadą działania, zakresem pomiaru, dokładnością, konstrukcją oraz wielkością i postacią sygnału pomiarowego.
Pomiary wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi obejmują następujące wielkości fizyczne i chemiczne:
l. pomiary temperatury - pomiary dokonywane za pomocą czujników typu termometrów oporowych oraz ogniw termoelektrycznych. Pierwsze z nich są stosowane do pomiaru w zakresie temperatur od -200°C do +800°C. Termometry termoelektryczne są
stosowane do pomiarów temperatury w zakresie od -200°C do +1800°C z dokładnością do 1.5 % maksymalnej wartości zakresu pomiarowego.
2. Pomiar ciśnień - elementy pomiarowe: manometry hydrostatyczne, pływakowe, dzwonowe, puszkowe, mieszkowe, manometry typu wagi pierścieniowej oraz manometry ze sprężyną rurkowa. Wszystkie te manometry służą do pomiarów statycznych, lub bardzo wolno zmiennych przebiegów dynamicznych. Charakteryzują się one dużą stałą czasową. Do przebiegów o małych stałych czasowych a więc szybko zmiennych są stosowane manometry elektryczne.
3. pomiary położenia kątowego, drogi i przesunięcia - pomiary wymienionych wielkości są najczęściej wykonywane w serwomechanizmach, obrabiarkach sterowanych, w kopiarkach i innych urządzeniach automatyki.
4. pomiary prędkości obrotowej, liniowej i przyspieszenia liniowego - pomiarów tych dokonujemy najczęściej w automatyce napędów, obrabiarkach i innych obiektach w których dokładne pomiary powyższych wielkości mechanicznych mają decydujące znaczenie ze względu na dokładność pracy i stabilność układów automatyki.
Programowalny przetwornik temperatury UP420
Główne cechy:
- Uniwersalne wejście programowe
- Wysoka dokładność
- Montaż na szynie 35 mm lub głowicy czujnika
- Linearyzacja charakterystyki
- Kompensacja wewnętrzna lub zewnętrzna
- ISO 9001 Dane techniczne:
Sygnał wyjściowy - 4...20 mA lub 20...4 mA, linearyzacja temperat.
Maksymalny prąd wyjściowy - <22 mA
Minimalny prąd wyjściowy - około 3.5 mA
Temp. Otoczenia - -10...+70°C
Wielkość mierzona (przetwarzana) - temp., rezystancja, napiacie
Napięcie zasilania - Uz=8.5...36 V DC
Przetwornik UP420 może mierzyć następujące wielkości elektryczne: rezystancji i napięcia
stałego. Minimalny zakres pomiarowy UP420 w zależności od czujnika, z którym
współpracuje waha się w granicach od 35 do 400°C.
Programowalny przetwornik temperatury KFAP 2201
Główne cechy:
- Przetwornik dwuprzewodowy 4.. .20 mA do Ptl 00
- Linia 2, 3 lub 4 przewodowa
- Dokładność 0. l % zakresu
- Korekcja błędu czujnika
- Kompensacja rezystancji przewodów
- ISO 9001 Dane techniczne:
Sygnał wejściowy - PtlOO wg IEC/DIN/EN 60 751-2
Minimalny zakres - 25°C
Zakres pomiarowy - -200°C... 850°C
Prąd czujnika - 2,3,4 przewodowa
Prąd czujnika - 0.3 mA Temperatura pracy - -40...85°C
Kalibrator INMEL60 może testować różne czujniki pomiarowe, w szczególności rezystancyjne np. PtlOO, Cu, Ni, termoelektryczne np. J(Fe- CuNi), K, S, U, L i inne.
Linia 2,3,4 przewodowa
Przetworniki pomiarowe współpracujące z czujnikami rezystancyjnymi mogą dawać możliwość podłączenia czujnika do przetwornika na jeden z trzech sposobów:
- przy pomocy linii dwuprzewodowej,
- przy pomocy linii trój przewodowej,
- przy pomocy linii cztero przewodowej
Pomiar temperatury z wykorzystaniem czujnika rezystancyjnego opiera się o następujące założenia: czujnik zasilany jest ze źródła prądowego, wymuszającego przepływ prądu o stałej wartości w obwodzie pomiarowym. Pomiar spadku napięcia na zaciskach czujnika, którego oporność zależy od mierzonej temperatury pozwala określić jej wartość. Linia 4 przewodowa - oprócz dwóch przewodów 1,2 pomiarowych mamy do dyspozycji dodatkowe przewody 3,4 przy pomocy których podłączony jest miernik spadku napięcia do zacisków czujnika pomiarowego. Ponieważ w przewodach 3,4 prąd nie płynie, miernik wskazuje spadek napięcia na czujniku.
Linia 3 przewodowa - współczesne przetworniki pomiarowe pozwalają przyłączyć czujnik pomiarowy przy pomocy trzech przewodów zapewniając jednoczesną kompensację niekorzystnych wpływów oporności przewodów pomiarowych. Przy pomocy linii dwu-, trzy-lub czteroprzewodowej dołącza się czujniki rezystancyjne, np. PTI 00.