1.Pomiary analogowe i dyskretne: analogowy: *y = f(x)- funkcja ciągła; *w dowolnym momencie czasu można odczytać wynik; *pomiar ciągły; *położenie wskaźnika jest analogią wartości mierzonej; *łatwy w percepcji wyniku; *odczyt może być obarczony błędami subiektywnymi np. błąd paralaksy; dyskretny (cyfrowy): *y ≠ f(x); *pomiar cykliczny, co pewien czas (okres próbkowania); *wartość podana na urządzeniu pomiarowym; *trudny w percepcji wyniku; *jest dokładniejszy; *wskaźniki cyfrowe nie zawierają elementów ruchomych, działają b. szybko i są trwałe, odczytywanie wyniku pomiaru nie jest obarczone błędami subiektywnymi.

2.Podstawowe człony zespołu pomiarowego: obiekt- czujnik pomiarowy- przetwornik (wzmacniacz)- wskaźnik. Czujniki (fiz, fiz-chem): *aktywne (generacyjne)- wytwarzają pewien rodzaj energii, wykonują pracę (termoregulator w kaloryferach); *bierne (parametryczne)- zmienia się parametr (zmiana rezystancji w zależności od temp.). Przetwornik- przetwarza parametr na inny, wzmacnia energię wytworzoną. Wskaźnik- wskazuje wartość wielkości mierzonej. Sygnał pomiarowy- rodzaj energii, w której zakodowana jest informacja o wielkości mierzonej między członami układu pomiarowego.

3.Systemy i sygnały standardowe w pomiarach i automatyce: Systemy pomiarowe i regulacyjne: *mechaniczny: wykorzystywana jest siła bądź przesunięcie, niewielkie odległości z powodu tarcia, nie nadaje się do obróbki matem., tania; *hydrauliczny: nośnikiem informacji jest ciś. cieczy- olej, przesył rurami, duża odporność na zakłócenia, tania, duże odległości, sygnał jest nośnikiem dużych energii, wykonuje dużą pracę, prasy hydrauliczne, tłoczenie w przem spoż.; *pneumatyczny: nośnik inf.- ciś. powietrza, kilkaset metrów, tanie, b. duża odporność na zakłócenia- do obróbki matem., wykonuje sporą pracę; *elektryczny (elektroniczny): nośnik inf.- napięcie lub natęż. prądu, zasięg globalny, tania, niewielka odporność na zakłócenia, łatwo obróbka matem., nie może wykonywać dużych prac; *falowy (ultradźwięki, fale radiowe, mikrofale, światło): nośnik inf.- fale akustyczne, brak linii przesyłowej, występowanie interferencji, fale radiowe- UKF, duży zasięg, mikrofale- telefonia kom., telewizja sat., fale świetlna- światłowód, całkowita odporność na zakłócenia. Sygnały standardowe: *elektryczne analogowe: prądowe: 0...5mA, 0...20mA, 4...20mA- zalecany do stosowania, napięciowe: 0...5V, 0...10V, 1...5V; *pneumatyczne analogowe: 20...100kPa; *elektr. dyskretne: 0V, 5V („0” i „1” bity), kod BCD; *transmisja równoległa- wszystkie wielkości binarne są przesyłane jednocześnie; *transmisja szeregowa- poszczególne cyfry przesyłane są jedna po drugiej; *protokół transmisji- TCP/IP; *statyczne właściwości przyrządów pomiarowych: y = f(x) (w stanie ustalonym); *dynamiczne wł. przyrządów pom.: dy/dτ = f(dx/dτ).

4.Systematyczne błędy pomiarów: Błąd ten można określić przez porównanie wyniku pomiaru z wynikiem uzyskanym inną, dokładniejszą metodą pomiarową lub dokładniejszym przyrządem pomiarowym. Można go też obliczyć, jeżeli znane są przyczyny jego powstawania. Można wyeliminować przez skorygowanie urządzenia pomiarowego lub uwzględnienie odpowiedniej poprawki. Źródła błędów sys.: *niedoskonałość przyrządu pomiarowego, np. błędy kalibrowania, niedokładność wykonania podziałki; *niedoskonałość obserwatora, np. błąd paralaksy; *wpływ przyrządu na obiekt pomiaru, np. wpływ rezystancji wew. woltomierza na pomiar SEM ogniwa.

5.Przypadkowe błędy pomiarów: Błędy przyp., mające charakter stochastyczny (losowy) są powodowane przez: *szumy (szumy cieplne w przewodnikach, wiry w płynach, drgania mech.); *niedoskonałość elementów czujników i przetworników (tarcie w łożyskach, histereza sprężysta lub magnetyczna, luzy w mechanizmach); *błędy kwantowania w pomiarze cyfrowym, spowodowane np. niestabilnością częstotliwości generatora zegarowego lub tym, że wynik zliczania musi być zaokrąglony do l. całkowitej. Błędy przyp. są zmienną losową. Przy odpowiednio dużej liczbie pomiarów tej samej wielkości tym samym przyrządem w identycznych warunkach, rozkład błędów przyp. jest zbliżony do rozkładu normalnego Gaussa. Za miarę rozrzutu bł. przyp. można przyjąć odchylenie średnie kwadratowe, zwane także odchyleniem standardowym.

6.Statyczne i dynamiczne parametry przyrządów pomiarowych: statyczne: *zakres pomiarowy- zakres zmian wielkości mierzonej, w którym urządzenie pomiarowe pracuje z zachowaniem klasy niedokładności: 0...1; 0...1,5; 0...2,5; 0...4; 0...6; *czułość (wzmocnienie)- stosunek przyrostu wyjściowego sygnału pomiarowego do przyrostu wielkości mierzonej (sygnału wejściowego): K = dy/dx; *rozdzielczość- minimalna zmiana wielkości mierzonej, niezbędna do uzyskania zmiany wyjściowego sygnału pomiarowego; *selektywność- wrażliwość na czynniki zakłócające; *klasa niedokładności x; dynamiczne: stała czasowa T, U(V), I(A), P(W), f(Hz), L(H).

7.Pomiary przesunięcia liniowego: Czujniki i przetworniki do pomiaru przesunięcia liniowego można podzielić wg rodzaju ich wyjściowego sygnału pomiarowego na: mechaniczne, pneumatyczne, elektryczne, magnetyczne, pojemnościowe i fotoelektryczne. Mechaniczne: *bezpośrednie: polegają na przekazaniu informacji o przesunięciu systemem dźwigni lub cięgien na odpowiedni mechaniczny wskaźnik analogowy; *pośrednie z przetwarzaniem na siłę- układ z mechanicznym przetwornikiem przesunięcie- siła, którym jest sprężyna. Siłę przetwarza się w następnym przetworniku na jeden z sygnałów standardowych. Pneumatyczne: Podstawowym pneumatycznym przetwornikiem przesunięcia liniowego jest kaskada pneumatyczna. Znalazła ona zastosowanie jako czujnik bardzo niewielkich przesunięć liniowych w pneumatycznych przetwornikach siły, wzmacniaczach i regulatorach. Elektryczne stykowe: stosuje się prawie wyłącznie w układach sygnalizacyjnych, gdzie informują o osiągnięciu lub przekroczeniu przez jakiś element urządzenia założonego zakresu przesunięcia. Są to przetworniki dwustanowe, sygnalizujące np. zamknięcie pokrywy zbiornika, opuszczenie klatki windy. Magnetyczne: wykorzystują wpływ przesunięcia liniowego ich elementów na różne właściwości magnetyczne. Ogólna cecha: dokonywanie pomiarów w sposób bezdotykowy, kiedy układ przetwarzający nie styka się z elementem przesuwanym. Stosowane są tam, gdzie nie należy obciążać organu ruchomego dodatkową siłą. Pojemnościowe: kondensator, którego pojemność można zmieniać przesuwając jeden z jego elementów. Pojemność kondensatora płaskiego jest określona zależnością: C = ε·S/l; ε- przenikalność elektryczna materiału między elektrodami kondensatora, S- pow. elektrod, l- odl. między elektrodami Zmianę pojemności kond. uzyskuje się zmieniając odległość między elektrodami lub zmieniając wartość ε przez wsuwanie i wysuwanie umieszczonej między elektrodami płytki dielektryku. Fotoelektryczne: wykorzystują zmianę natężenia promieniowania widzialnego lub podczerwonego pod wpływem przesunięcia ich elementów. Składają się ze źródła promieniowania, elementu ruchomego i detektora.

8.Pomiary poziomu cieczy i substancji sypkich: poziom cieczy: *bezpośrednie pomiary: dokonywane są za pomocą poziomowskazów, wykorzystujących zasadę działania naczyń połączonych. Poziomowskaz jest to rurka szklana, połączona dolnym końcem z dolną częścią zbiornika. Poziom. służą do pomiarów miejscowych, są wrażliwe na uszkodzenia mechaniczne i obecność zawiesin, zanieczyszczających ścianki rurki wskaźnikowej; *przetworniki pływakowe: dwa rodzaje: o stałym i zmiennym zanurzeniu pływaka (nurnikowe); *hydrostatyczne: a)manometryczne- mierzą różnicę ciśnień nad pow. cieczy i pod jej pow., na ustalonym poziomie. Jeżeli słup cieczy ma wysokość h, to ciś. hydrostatyczne p tego słupa można określić wzorem: p = h·ρ_C·g. Przetworniki te zawierają czujnik do bezpośredniego przetwarzania hydrostatycznego ciś. słupa cieczy na sygnał pomiarowy. Są to miejscowe wskaźniki ciś. lub różnicy ciś. (manometry), zainstalowane w pobliżu dna zbiornika i wykalibrowane w jednostkach jego napełnienia; b)z sondą pneumatyczną: czynnikiem oddzielającym ciecz w zbiorniku od miernika lub przetwornika pomiarowego jest powietrze pod odpowiednim ciś; *przetworniki elektryczne: konduktacyjny- w sygnalizatorach napełnienia zbiornika cieczą powyżej zadanego poziomu i pojemnościowy- w precyzyjnych pomiarach niezbyt wielkich zmian poziomu cieczy o właściwościach dielektrycznych lub roztworów elektrolitów; *wagowe: wykorzystują pomiar pośredni poprzez określanie masy całego zbiornika. Sposób ten stosuje się do określania ilości cieczy w dużych zbiornikach, np. w zbiornikach melasu w przemyśle cukrowniczym. Pomiaru dokonuje się przez zainstalowanie w konstrukcji nośnej zbiornika odpowiedniego przetwornika siły, najczęściej naprężeniowego przetwornika tensometrycznego, przetwarzającego siłę ciążenia zbiornika z cieczą na standardowy sygnał pomiarowy; *falowe: istotą działania jest zastosowanie w nich fal elektromagnetycznych lub akustycznych. Najczęściej stosuje się pomiar tłumienia promieniowania gamma lub beta lub pomiar czasu powrotu odbitej fali ultradźwiękowej; poziom substancji sypkich: najdokładniejszą metodą określania ilości substancji sypkiej w zbiorniku jest ważenie całego zbiornika. gdy nie jest wymagana duża dokładność pomiaru ilości materiału sypkiego, lub gdy ważenie zbiornika jest utrudnione stosuje się izotopowy pomiar poziomu. Spotykane jest również sondowanie poziomu materiału w zbiorniku sondami mechanicznymi, lub obserwowanie wnętrza zbiornika na ekranie monitora telewizyjnego.

9.Pomiary siły: W przetwornikach sprężystych mierzoną siłę równoważy się mechanicznym naprężeniem elementu odkształcanego; w innych, kompensacyjnych, siłę tę równoważy się siłą wytwarzaną przez przetwornik. *Przet. z elementami sprężystymi: są to w większości przetworniki pośrednie składające z dwóch elementów: mechanicznego czujnika sprężystego przetwarzającego siłę na przesunięcie liniowe lub kątowe oraz elektrycznego przetwornika tego przesunięcia. Do przetwarzania niewielkich sił stosuje się sprężyny stalowe lub fosfobrązowe. Przy pom. sił znacznych elementem odkształcanym jest stalowy grubościenny pierścień lub walec. Odkształcenia elementów sprężystych muszą być niewielkie, mieszczące się w zakresie sprężystości materiału. *Przet. piezorezystancyjny: może sam stanowić kompletny przet. siły na sygnał w postaci zmiany rezystancji gałęzi mostka. Nie zawiera części ruchomych, ma bardzo prostą konstrukcję, liniową charakterystykę, jest pozbawiony histerezy i stabilny temperaturowo. *Przet. kompensacyjne: działają na zasadzie równoważenia siły mierzonej siłą równą co do wielkości lecz przeciwnie skierowaną. Sygnał wyjściowy przet. jest proporcjonalny do siły kompensującej. a)pneumatyczny przet. siły: tzw. równoważnia pneumatyczna, dostarcza sygnału wyjściowego w postaci ciś. pow.; b)magnetoelektryczny przet. siły: tzw. równoważnia prądowa, przetwarza siłę bezpośrednio na sygnał w postaci natężenia prądu elektrycznego.

10.Pomiary ciśnienia i różnicy ciśnień: w miernictwie przemysłowym dokonuje się najczęściej pomiaru ciś. względnego (manometrycznego), odniesionego do ciś. barometrycznego (atm.). Czasami mierzy się ciś. bezwzględne (absolutne) odniesione do próżni, gdzie: p_a = p+p_b. Przyrządy do pomiaru ciś. względnego to: manometry- przy pomiarze nadciśnienia i wakuometry- przy pom. podciśnienia. Różnicę ciś. mierzą manometry różnicowe, a ciś. bezwzględne- barometry (Pa=Nm). Pomiar ciś. sprowadza się do pom. siły wywieranej przez ciecz lub gaz na określoną pow. Metoda pomiaru tej siły określa rodzaj czujnika (przetwornika) ciś. W przetwornikach cieczowych mierzone ciś. równoważy się ciś. hydrostatycznym słupa cieczy, w sprężystych- naprężeniem mechanicznego elementu odkształcanego. W innych rozwiązaniach stosuje się bezpośrednie lub kompensacyjne przetworniki siły. Przet. cieczowe: są to proste urządzenia przetwarzające różnicę ciś. na różnicę poziomów cieczy. Mają postać szklanej dwuramiennej rury, w kształcie litery U, wypełnionej częściowo cieczą manometryczną (rtęcią). Przet. sprężyste: mierzone ciś. jest równoważone przez sprężyste odkształcenie elementu pomiarowego. Są to najczęściej przet. do pomiarów miejscowych, w których odkształcenie powoduje liniowe lub kątowe przesunięcie wskazówki. *manometr z rurką Bourdona: (sprężysty), wykorzystano w nim tendencję zwiniętej spiralnie rurki o przekroju eliptycznym do prostowania się pod wpływem wew. ciś. wyższego niż zew. Są to najbardziej popularne przyrządy do miejscowych pom. ciś.; *manometr membranowy: elementem sprężystym jest okrągła, metalowa membrana z wytłoczonymi współśrodkowymi fałdami. Zmiana ciś. pod membrana powoduje liniowe przesuwanie się jej środka, które może być przetworzone na ruch wskazówki lub inny sygnał pom.; *manometr mieszkowy: elementem odkształcanym jest specjalny cylindryczny mieszek sprężysty, wykonany z blachy fosfobrązowej. Zmiany ciś. wew. mieszka wywołują liniowe przemieszczanie się jego czołowej pow., które może być przetworzone na ruch wskazówki lub inny sygnał pom.; *manometr piezorezystancyjny: wykorzystuje piezorezystancyjny czujnik siły, przetwarzający siłę na zmianę rezystancji mostka rezystorowego wykonanego metodą dyfuzji atomów w krysztale krzemu; Przet. kompensacyjne: działają na zasadzie równoważenia sił . Elementem przetwarzającym ciś. lub różnicę ciś. na siłę jest membrana czy mieszek sprężysty, natomiast urządzeniem tę siłę równoważącym jest pneumatyczny lub magnetoelektryczny kompensacyjny przetwornik siły.

11.Pomiary masy i strumienia masy: pomiar masy nazywa się ważeniem, a przyrządy ważące to wagi. W proc. przem. ważenie ma dwa zadania: okresowe określenie nieznanej masy oraz ciągłe mierzenie strumienia masy substancji transportowanej do procesów ciągłych. W zależności od sytuacji stosuje się wagi okresowe do określania masy M i wagi ciągłe do określania strumienia masy: M = dM/dτ, lub sumy masy w czasie τ: M(τ) = ∫Mdτ. Wagi okresowe są znormalizowane i działają na zasadzie porównania mas lub sił ciążenia mas. Przemysłowe wagi okresowe do mierzenia niewielkich mas są wykonywane jako sprężynowe, w których siła ciążenia mierzonej masy powoduje wydłużenie lub skrócenie sprężyny, przetwarzane następnie na użyteczny sygnał pom. Większą dokładność mają wagi uchylne, w których przetwarza się na sygnał pom. kąt wychylenia ze stanu równowagi dźwigni z masą badaną, obciążonej masą porównawczą. Pomiar strumienia masy jest realizowany najczęściej za pomocą wagi przenośnikowej, np. taśmowej.

12.Pomiary natężenia przepływu płynów: w zależności od potrzeb określa się objętość dodawanej cieczy V, objętościowe V lub masowe M natężenie przepływu: V = dV/dτ, M = dM/dτ lub sumę objętości w czasie τ: V(τ) = ∫Vdτ. Pomiary objętościowego natęż. przepływu płynów są dokonywane przez przepływomierze, jednostka (m³/s). Do mierzenia ilości płynu służą liczniki przepływu. Przep. spiętrzeniowe: wykorzystują zmianę ciś. w strudze płynu przechodzącej przez przegrodę, np. zwężenie rurociągu: *zwężkowe: pomiar za pomocą zwężki. Wykorzystuje on zasadę zachowania energii strugi płynu, przechodzącej przez zwężenie rurociągu w postaci kryzy, dyszy lub klasycznej zwężki Venturiego; *z tarczą naporową: stanowią odmianę przep. zwężkowych, w której element dławiący przepływ jest równocześnie czujnikiem różnicy ciś. Różnica ciś. Δp oraz dynamiczne oddziaływanie strumienia cieczy, wywierając parcie na odpowiednie płaszczyzny tarczy naporowej, powodują powstanie różnicy sił F₁ - F₂ przenoszonej dźwignią na zew. rurociągu. Wypadkowy moment siły ΔF może być przetworzony w jednym z kompensacyjnych lub sprężystych przetworników siły na standardowy sygnał pom.; *rotametry: spadek ciś. Δp jest stały, natomiast zmienia się w miarę przesuwania pływaka N pow. prześwitu A między pływakiem i stożkową rurą przyrządu. W stanie równowagi siła ciążenia pływaka zmniejszona o siłę wyporu jest kompensowana spadkiem ciś. Δp działającym na pow. A_p oraz dynamicznym oddziaływaniem strumienia płynu. Wirnikowe przep. i liczniki przepływu: przep. wirnikowe są specjalnymi silnikami, których wirnik jest napędzany strumieniem płynu, a jego prędkość obrotowa jest liniową funkcją objętościowego nat. przepływu. Czujniki te muszą być łączone z wtórnym przetwornikiem pręd. obrotowej (w przep.), bądź z licznikiem obrotów (w licznikach przep.); Przepływomierz kalorymetryczny: schemat; Przep. indukcyjne: są powszechnie stosowanymi, najnowocześniejszymi przetwornikami przep. cieczy. Mają doskonałe właściwości metrologiczne i eksploatacyjne- mogą być używane do cieczy lepkich, nienewtonowskich, zanieczyszczonych ciałami stałymi, nie są wrażliwe na zmiany gęstości cieczy i warunki jej przepływu. Przep. wirowe: mogą mierzyć przepływ objętościowy praktycznie wszystkich płynów- elektrolitów i dielektryków, par i gazów. Przep. ultradźwiękowe: mierzą liniową prędkość przep. cieczy wykorzystując zjawisko Dopplera, polegające na zmianie częstotliwości fali akustycznej przechodzącej przez poruszający się ośrodek.

13.Termometry rozszerzalnościowe: *cieczowe: składają się ze szklanego zbiorniczka z cieczą termometryczną i szklanej kapilary, przetwarzającej tmperaturową zmiana objętości cieczy na przesunięcie liniowe jej poziomu. Całość przyrządu uzupełnia odpowiednia podziałka. Zakres stosowalności term. wypełnionych rtęcią wynosi od -35 do +600˚C; *ciśnieniowe (manometryczne): wykorzystują zależność ciś. cieczy lub gazu od temp. Czujnikiem jest metalowy pojemnik w kształcie wydłużonego walca połączony z kapilarą ze wskaźnikiem manometrycznym, najczęściej sprężystym manometrem membranowym lub z rurką Bourdona. W zależności od użytego czynnika, term. ciś. można podzielić na: a)cieczowe, w których cały układ pom. jest wypełniony cieczą, np. rtęcią, a zmiana objętości cieczy pod wpływem temp. powoduje wzrost ciś. wewnątrz całego term.; b)gazowe, w których cały ukł. jest wypełniony gazem; c)kondensacyjne, w których czujnik jest wypełniony częściowo cieczą o niskiej temp. wrzenia, a częściowo parą nasyconą tej cieczy; *dylatacyjne: wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieplnej metali. Pomiar polega na określeniu dźwigniowym wskaźnikiem mechanicznym różnicy wydłużeń pręta i osłony, spowodowanej różnymi wartościami współczynnika rozszerzalności liniowej; *bimetalowe: czujnikiem jest taśma lub płytka wykonana z dwóch sprasowanych, zgrzanych lub zespawanych warstw metali o różnych współ. rozszerzalności cieplnej. Przy zmianach temp., na skutek niejednakowych zmian długości obu warstw bimetalu, będzie się on odkształcał.

14.Termometry elektryczne (rezystancyjne): wykorzystuje się zależność rezystancji metali oraz półprzewodników od temp. *Termorezystory: w miernictwie przem. największe znaczenia mają termorezystory platynowe- są one b. stabilne i odtwarzalne, jeżeli wykonuje się je z dostatecznie czystej platyny. *Termistory: są opornikami termometrycznymi wykonanymi z materiałów półprzewodnikowych. Cechy: -charakterystyka nieliniowa; -R = 1...220 kΩ w 20˚C; - dQ/dt ≈ 5%/K; -T = 0,01...3s; -k = -100...120˚C; -czułość ≈ 0,0005k; *Termometry termoelektryczne: czujnikiem jest ogniwo termoelektryczne złożone z przewodników wykonanych z dwóch różnych metali. Jeżeli złącze tych przewodników jest ogrzane, to na ich wolnych końcach pojawia się siła termoelektryczna.

1.Schematy układów sterowania i regulacji automatycznej: Jeżeli czynności człowieka zastąpimy działaniem urządzenia automatycznego, otrzymamy układ sterowania aut. Układ taki nosi nazwę automatycznej regulacji, a urządzenie automatyzujące nazywa się regulatorem. Obiektem regulacji jest urządzenie lub proces, w którym reguluje się jeden z parametrów x. Parametr ten jest mierzony i przetwarzany na standardowy sygnał pom. y = f(x) przez zespół pomiarowy. Sygnał wyjściowy zespołu jest doprowadzany z zespołu pom. do członu sumującego regulatora, do którego doprowadza się też sygnał wielkości zadanej w z zadajnika. Człon sumujący dokonuje porównania wielkości regulowanej z wielkością zadaną i wysyła sygnał odchylenia regulacji e = w - y do członu kształtującego. W członie ksz. następuje obróbka matem. sygnału e zgodnie z algorytmem zależnym od rodzaju regulatora i powstały sygnał wielkości regulującej u = f(e) jest doprowadzany do urządzenia wykonawczego, które pośrednio wpływa na wartość regulowanego parametru x.

3.Człony proporcjonalne i opóźniające: rów. elementu proporcjonalnego (bezinercyjnego): dY/dτ = K· dX/dτ (K- wzmocnienie prop.). Transmitancja elementu prop. jest równa współczynnikowi K: G(s) = K. Rów. charakterystyki statycznej jest rów. prostej: Y = K·X. Cechy: *odpowiedź następuje w tym samym momencie co wymuszenie, *kształt odpowiedzi taki sam jak wymuszenie; *amplituda (odpowiedź) jest K razy większa od wymuszenia. Przykładami elementów prop. są niektóre przetworniki pomiarowe: poziomomierze hydrostatyczne, gęstościomierze, siłowniki, wzmacniacze liniowe, przekładnia dźwigniowa, mechanizm krzywkowy, rezystorowy dzielnik napięcia.

rów. elementu opóźniającego: Y(τ) = X(τ - τ₀), τ₀- czas opóźnienia. Rów. temu odpowiada transmitancja: G(s) = e^{-τ0 ·s}. Rów. wykresu charakterystyki statycznej jest rów. prostej: Y = X, ponieważ po dostatecznie długim czasie bez zmian wartości sygnału wejściowego ustala się stan niezależny od opóźnienia elementu. Analizując przebieg charakterystyki odpowiedź elementu opóźniającego na wymuszenie skokowe X_st następuje po czasie τ₀ od skoku wartości X. Czas ten nazywa się czasem opóźnienia (czasem martwym). Przebieg odpowiedzi ma kształt przebiegu wymuszenia, a jej amplituda wynosi X_st. Do oceny właściwości elementu opóźniającego potrzebna jest znajomość wartości czasu opóźnienia τ₀, który można wyznaczyć z wykresu charakterystyki dynamicznej skokowej. Przykładami elementów opóźniających są wszystkie urządzenia służące do transportu substancji, jeżeli punkt wprowadzenia sygnału X i pkt. odbioru sygnału Y znajdują się w pewnej odległości od siebie. Członem opóź. jest przenośnik taśmowy. Sygnałem wejściowym X jest grubość warstwy substancji na początku przenośnika, a sygnałem wyjściowym Y grubość warstwy na jego końcu. Czas opóź. wynosi: τ₀ = l/w.

6.Człony inercyjne I-go rzędu: *równanie i odpowiedź na wymuszenie skokowe: T· dY/dτ +Y = K·X, K- wzmocnienie statyczne, T- stala czasowa. Zależności odpowiada transmitancja: G(s) = K/ (T·s + 1). Rów. charakterystyki statycznej jest rów. prostej: Y = K·X. Odpowiedź członu inercyjnego I rzędu na wymuszenie skokowe X_st można wyznaczyć z transmitancji lub całkując pierwsze rów. Dla zerowych warunków początkowych jest ona opisana zależnością: Y(τ) = K·X_st ·(1-e^{-τ /T}). Do oceny właściwości elementu inercyjnego I rzędu istotne znaczenie ma znajomość wartości wzmocnienia statycznego K i stałej czasowej T. Stała czasowa jest czasem, po którym proces zapoczątkowany w członie inercyjnym I rzędu wymuszeniem skokowym dobiegłby do końca, gdyby nie malała początkowa szybkość tego procesu; *odpowiedź na wymuszenie liniowo narastające: Y(τ) = A·T· (τ/T - 1 + e^{τ /T}) Analizując wykres charakterystyki stałowzrostowej elementu inercyjnego I rzędu można stwierdzić, że przy ustalonym przebiegu odpowiedzi Y(τ) jest on opóźniony w czasie w stosunku do przebiegu wymuszenia o wartość stałej czasowej T. Wielkość A·T jest odchyleniem dynamicznym. Jeżeli badanym elementem inercyjnym jest przyrząd pomiarowy, np. termometr, wówczas przy ustalonym przebiegu charakterystyki stałowzrostowej, temp. wskazywana Y(τ) będzie niższa od temp. rzeczywistej X(τ) o stałą wartość, zależną od szybkości zmiany temp. i wielkości stałej czasowej termometru T; *odpowiedź na wymuszenie harmoniczne: odpowiedź ma mniejszą amplitudę, tę samą częstotliwość i jest przesunięta w fazie; *przepływowy reaktor chemiczny: doprowadzono- V·X·Δτ kg odczynnika, odprowadzono- V·Y·Δτ kg odczynnika, zmiana w zbiorniku- V₀·Δτ kg odczynnika, bilans: V₀·ΔY = V·X·Δτ - V·Y·Δτ; V·dY = V·X·dτ - V·Y·dτ; V₀/V· dY/dτ + Y = X; V₀/V = T = const; stąd: T· dY/dτ + Y = X.

8.Klasyfikacja układów regulacji wg pochodzenia wielkości zadanej: Regulacja: 1.jednoparametrowa: *stałowartościowa; *programowa; *nadążna: -stosunku, -kaskadowa, -z kompensacją zakłóceń; 2.wieloparametrowa: *automatyczna; *nadrzędna; *bezpośrednie sterowanie cyfrowe. Reg. stałowartościowa: nazywana automatyczną stabilizacją, ma na celu automatyczne utrzymanie stałej wartości wielkości regulowanej mimo występujących zakłóceń. Wartość wielk. zadanej jest wprowadzana do układu reg. ręcznie, za pośrednictwem zadajnika, a dalsze działanie układu odbywa się bez udziału człowieka; Reg. programowa: wartość wielkości zadanej w jest z góry określoną funkcją czasu w = f(τ). Program regulacji jest wprowadzany do układu przez programator, w najnowszych rozwiązaniach rolę programatora pełnią układy elektroniczne, np. cyfrowe ukł. logiczne, mikroprocesory; Reg. nadążna stosunku: zadaniem tego typu regulacji jest nadążanie wielkości regulowanej za zmianami wielkości zadanej, przy czym wielkość zadana nie jest nastawiana przez człowieka, nie jest z góry zdeterminowaną funkcją czasu, a jest zależna od jednego z parametrów obiektu reg.; Reg. nadążna kaskadowa: wymaga zastosowania dwóch regulatorów: głównego i pomocniczego. Główny działa w ukł. regulacji stałowartościowej, pomocniczy stabilizuje jeden z pomocniczych, zakłócających parametrów obiektu, a jego wielkość zadana pochodzi z reg. głównego i nadąża za zmianami głównej wielk. regulowanej. Reg. nadążna z kompensacją zakłóceń: nazywana też regulacją z pomiarem wielkości zakłócających wykorzystuje jeden regulator. Polega ona na odrębnym pom. wielk. zakłócającej i wprowadzeniu tego sygnału pomiarowego do członu sumującego reg., działającego w ukł. regulacji stałowartościowej głównej wielkości regulowanej.

9.Regulatory o działaniu bezpośrednim i pośrednim: reg. bezpośrednia: wykorzystuje regulatory bezpośredniego działania, nie wymagające dostarczania podczas pracy energii z zew. Układ reg. czerpie energię wprost z procesu regulowanego, wykorzystując jeden z generacyjnych czujników pomiarowych. Przykładem jest regulator ciś. dopływającego gazu, nazywany reduktorem ciś. Innym przykładem stałowartościowego reg. bezpośredniego działania jest spłukiwacz w ubikacjach, utrzymujący stały, maks. poziom wody w zbiorniku przy pomocy pływaka sterującego zaworem dopływowym. Reg. bezp. mają prostą konstrukcję, są tanie, lecz dokładność utrzymania wielkości zadanej jest niewielka. Ich wadą jest znaczna liczba elementów ruchomych i związana z tym mała trwałość urządzeń; reg. pośrednia: wymaga dostarczania z zew. energii pomocniczej, zasilającej urządzenia wykonawcze, regulator, zadajnik, przetworniki, czujnik pomiarowy. W zależności od stosowanego systemu pomiarowo- reg. układ jest zasilany energią sprężonego pow. bądź energią elektr. Ukł. reg. pośredniej mają lepsze parametry w porównaniu z regulatorami bezpośrednimi. Są stosowane w regulacji bardziej złożonych obiektów, umożliwiają tworzenie rozwiniętych zespołów pomiarowo- reg. oraz współpracę z urządzeniami pomocniczymi.

10.Regulator dwupołożeniowy: wielkość regulująca u regulatora dwupołożeniowego może przyjmować tylko dwa poziomy: u_min i u_max, przełączane przez człon kształtujący w zależności od wartości odchylenia regulacji e. Regulator idealny przełącza sygnał regulujący zawsze w pkt. e = 0 (w = y), natomiast regulator z histerezą charakteryzuje się występowaniem tzw. strefy nieczułości (Δe) i przełącza sygnał w pkt. e_zał i e_wył. Reg. dwup. jest najprostszym typem regulatora. Najczęściej wykonuje się go w wersji elektrycznej lub elektronicznej. Znajduje zastosowanie w prostych ukł. regulacyjnych, np. w reg. ogrzewania. Ogólną cechą ukł. z reg. dwup. są ciągłe oscylacje wielkości wokół wartości zadanej. Amplituda tych oscylacji i związana z nią jakość reg. jest zależna od dynamicznych właściwości obiektu reg. i szerokości strefy nieczułości regulatora. Występujące w obiekcie opóźnienie zwiększa amplitudę oscylacji.

11.Regulator impulsowy: jest odmiana regulatora o działaniu nieciągłym. Wielkość regulująca zostaje poddana w jego członie kształtującym modulacji impulsowej, najczęściej modulacji szerokości impulsów o stałym zakresie impulsowania T_im. Może wtedy przyjmować tylko dwie wartości: u_max i u_min, przełączane przez ukł. przekaźnikowy. Czas trwania na wyjściu regulatora wartości u_max wynosi τ_a, a czas utrzymywania się wartości u_min wynosi τ_b. Okres impulsowania: T_im = τ_a + τ_b. Działanie reg. polega na tym, że w funkcji odchylenia regulacji e zmienia się liniowa współ. wypełnienia impulsów A: A = τ_a /(τ_a + τ_b)· 100(%). Warunkiem prawidłowego funkcjonowania ukł. reg. impulsowej jest stłumienie w obiekcie regulacji oscylacji, będących warunkiem impulsowego działania urządzenia wykonawczego. Z tego względu obiekt musi mieć właściwości inercyjne, a okres impulsowania musi być niewielki w porównaniu ze stałą czasową obiektu.

12.Regulator proporcjonalny: równania opisujące statyczne i dynamiczne właściwości reg. prop. (P) są równaniami proporcjonalnego członu bezinercyjnego i mają postać: u = K_p·e + u₀ ; du/dτ = K_p·de/dτ ; u- wielkość regulująca, K_p- wzmocnienie statyczne, e = w-y- odchylenie regulacji, u₀- przesunięcie punktu pracy. W reg. prop. wielkość regulująca jest liniową funkcją odchylenia regulacji. Zakres proporcjonalności: X_p = 1/ |K_p| · 100 (%) Zakres prop. można zdefiniować jako procentową część pełnego zakresu zmian wielkości wejściowej regulatora (e), potrzebną do wywołania zmiany jego wielkości wyjściowej (u) o pełen zakres (100%). W praktyce wielkość zakresu proporcjonalności reg. może być nastawiana w szerokich granicach, jak również w zależności od potrzeb można zmieniać kierunek nachylenia jego charakterystyki statycznej. Wzmocnienie jest dodatnie przy pracy normalnej, kiedy wzrost sygnału y ma powodować zmniejszanie się sygnału u lub ujemne przy pracy odwrotnej, charakteryzującej się wzrostem wartości sygnału u przy zwiększaniu się sygnału y. Praktyczne działanie układu regulacji z reg. prop. można prześledzić na przykładzie stałowartościowej reg. temp. w wymienniku ciepła. Zagadnienie to można rozwiązać metodami: *rozwiązując ukł. równań różniczkowych obiektu reg. i regulatora; *analizując transmitancję operatorową ukł. reg.; *metodą graficzną. Nałożenie dwóch wykresów: 1- start ukł., temp. za niska- zawór otwarty, 2- przymykanie zaworu, 3- stan równowagi ukł. (e = 0), 4- nowy stan rów. po wzroście ciś. (po wystąpieniu zakłócenia), 5- efekt działania po zakłóceniu, gdy nie ma reg., 6- po zakłóceniu, ale reg. z większym wzmocnieniem. Reg. prop., wskutek występowania statycznego błędu zmniejszającego dokładność regulacji, jest wrażliwy na wszelkie zmiany wielkości zakłócających i stąd jest stosowany w regulacji obiektów o niewielkim poziomie zakłóceń.

13.Regulator proporcjonalno- całkujący: równanie reg. PI, łączącego właściwości równoległych członów proporcjonalnego i całkującego, ma postać: du/dτ = K_p· (de/dτ + 1/T₁ ·edτ) lub po scałkowaniu: u = K_p· (e + 1/T₁ ·∫edτ); u- wielkość regulująca, K_p- wzmocnienie prop., e- odchylenie regulacji, T₁- stała czasowa całkowania (czas zdwojenia). Wielkość regulująca jest w reg. PI funkcją wartości odchylenia regulacji e (działanie prop.) oraz czasu trwania tego odchylenia ∫edτ (działanie całkujące). Reg. PI jest członem astatycznym, a jego odpowiedź na wymuszenie skokowe odchylenia reulacji wynika z połączenia charakterystyk elementów prop. i całk. Nałożenie dwóch wykresów: 1- temp. najniższa, zawór otwarty w 100%, 2-działanie prop. regulatora, przymykanie zaworu, 3- równowaga ukł. (e = 0), 4- nowy stan równowagi dla wyższego ciś., 7- efekt działania całk. reg. do e = 0. Regulatory PI są stosowane do regulacji obiektów charakteryzujących się stosunkiem τ₀/T poniżej 1. Po zoptymalizowaniu w ukł. regulacji wartości K i T pozwalają na osiągnięcie b. dużej dokładności regulacji w obiektach o powolnych zmianach wielkości zakłócających.

14.Regulator proporcjonalno- różniczkujący: równanie idealnego regulatora PD, łączącego właściwości równoległych członów proporcjonalnego i różniczkującego, ma postać: du/dτ = K_p· (de/dτ + T_D· d²e/dτ²) lub po scałkowaniu: u = K_p· (e + T_D· de/dτ) + u₀; u- wielk. regulująca, K_p- wzmocnienie statyczne, e- odchylenie regulacji, T_D- stała czasowa różniczkowania (czas wyprzedzenia), u₀- przesunięcie punktu pracy w stanie ustalonym. Czas wyprzedzenia definiuje się w oparciu o charakterystykę stałowzrostową reg. PD. Jest to czas, po którym przy liniowym wzroście sygnału e składowa proporcjonalna sygnału u przewyższy ustaloną składową różniczkową. wielkość regulująca reg. PD jest funkcją wartości odchylenia regulacji e (działanie prop.) oraz szybkości zmian tego odchylenia de/dτ (działanie różniczkujące). W stanie ustalonym de/dτ = 0 i regulator ma charakterystykę proporcjonalną. Ukł. regulacji z reg. PD pozostaje wrażliwy na zakłócenia wolnozmienne, dla których de/dτ ≈ 0. Zakłócenia te powodują powstawanie statycznego błędu regulacji. Reg. PD jest stosowany w obiektach charakteryzujących się stosunkiem τ₀/T mniejszym od 0,5 i wymaga zoptymalizowania w ukł. regulacji wartości K_p, T_D i u₀.

15.Regulator PID analogowy i cyfrowy: reg. PID jest uniwersalnym rodzajem reg. ciągłego, łączącym w sobie cechy reg. P, PI i PD. Ze względu na obecność członu całkującego jest to regulator astatyczny. Równanie idealnego regulatora PID ma postać: du/dτ = K_p· (de/dτ + 1/T₁· edτ + T_D· d²e/dτ²) lub po scałkowaniu u = K_p· (e + 1/T₁· ∫edτ + T_D· de/dτ), u- wielk. regulująca, K_p- wzmocnienie prop., e- odchylenie regulacji, T₁- czas zdwojenia, T_D- czas wyprzedzenia. Wielkość regulująca reg. PID jest proporcjonalna do wartości odchylenia regulacji e (działanie prop.), do czasu trwania odchylenia ∫edτ (działanie całkujące) i do szybkości zmian odchylenia regulacji de/dτ (działanie różniczkujące). Reg. PID jest w stanie skompensować zakłócenia szybkozmienne (pow. D) oraz zmniejszyć do zera statyczny błąd regulacji (pow. I). Reg. może być stosowany do regulacji obiektów o zmiennym charakterze wpływu wielkości zakłócających, przy stosunku τ₀/T mniejszym od 1. Analogowy reg. PID jest podstawowym rodzajem przemysłowego regulatora ciągłego produkowanym w wersji elektronicznej. Nowoczesne rozwiązania reg. umożliwiają ich pracę w ukł. regulacji stosunku, kaskadowej czy z kompensacja zakłóceń.

Pomiary

1.Pomiary analogowe i dyskretne

2.Podstawowe człony zespołu pomiarowego

3.Systemy i sygnały standardowe w pomiarach i automatyce

4.Systematyczne błędy pomiarów

5.Przypadkowe błędy pomiarów

6.Statyczne i dynamiczne parametry przyrządów pomiarowych

7.Pomiary przesunięcia liniowego i kątowego

8.Pomiary poziomu cieczy i substancji sypkich

9.Pomiary siły

10.Pomiary ciśnienia i różnicy ciśnień

11.Przemysłowe pomiary masy i strumienia masy

12.Pomiary natężenia przepływu płynów

13.Termometry rozszerzalnościowe

14.Termometry elektryczne

15.Pośrednie pomiary stężenia substancji - pomiary gęstości cieczy

Automatyka

1.Schematy układów sterowania i regulacji automatycznej

2.Określanie statycznych i dynamicznych właściwości obiektów sterowania i regulacji

3.Człony proporcjonalne i opóźniające

4.Człony inercyjne I-go i wyższych rzędów

5.Stała czasowa - definicja, rola w pomiarach i regulacji

6.Człony całkujące

7.Człony różniczkujące

8.Klasyfikacja układów regulacji wg pochodzenia wielkości zadanej

9.Regulatory o działaniu bezpośrednim i pośrednim

10.Regulator dwupołożeniowy

11.Regulator impulsowy

12.Regulator proporcjonalny

13.Regulator proporcjonalno-całkujący

14.Regulator proporcjonalno-różniczkujący

15.Regulator PID analogowy i cyfrowy

---