Imię i nazwisko: Tomasz Wrzosek

Wydział: Biotechnologii i Nauk o Żywności

Kierunek: Biotechnologia

Grupa dziekańska: 2

Ćwiczenie nr: 3

Tytuł ćwiczenia:

Pneumatyczny przetwornik siły

I. Cel zadania:

poznanie budowy i działania modelu pneumatycznego przetwornika siły jako przetwornika i elementu składowego pneumatycznego regulatora PID.

II. Schemat pneumatycznego przetwornika siły:

Oznaczenia występujące na schemacie:

F_x , F_sz+ , F_sz- , F_y - siły proporcjonalne do ciśnienia wywieranego przez membrany

M_x , M_sz+ , M_sz- , M_y - membrany; P_x , P_sz+ , P_sz- , P_y -ciśnienia; B - belka; PS- przesłona; D - dysza; T- tłumik olejowy; Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅, Z₆, Z₇ - zawory; R - reduktor ciśnienia (stabilizator); W - filtr; Q - siła; G - zbiornik z cieczą

III. Wstęp teoretyczny:

Przetwornikiem nazywamy takie urządzenie, które według określonej zależności dokonuje przekształcenia danej wielkości na inną, np. jak w naszym ćwiczeniu układ pomiarowy wskazuje jak zmienia się ciśnienie P_y pod wpływem przyłożonej siły Q do belki). Podstawowym elementem przetwornika jest belka B, która każdą zmianę wywołującą odchylenie od poziomu równowagi, niweluje poprzez membranę M_y wytwarzającą odpowiednie ciśnienia P_y.

IV. Obliczenia:

1. Przetwornik siły

Z nachylenia wykresu charakterystyki statycznej obliczam wzmocnienie przetwornika C₁:

Z nachylenia wykresu charakterystyki statycznej z dodatkowym sprzężeniem zwrotnym obliczam wzmocnienie przetwornika C₂:

Obliczam współczynnik dodatkowego sprzężenia zwrotnego :

2. Przetwornik ciśnienia

Z nachylenia wykresu charakterystyki statycznej obliczam wzmocnienie przetwornika K₁:

Z nachylenia wykresu charakterystyki statycznej z dodatkowym sprzężeniem zwrotnym obliczam wzmocnienie przetwornika K₂:

[mm/mm]=[1]

Z nachylenia wykresu wyznaczającego przesunięcie charakterystyki statycznej obliczam wzmocnienie przetwornika K₃:

Obliczam przesunięcie charakterystyki statycznej P_y0:

Obliczam b1 dla wykresu 3.4.1	Obliczam b2 dla wykresu 3.4.3
w równ. prostej y=0,893x-1,5 b1=-1,5	w równ. prostej y=0,8473x - 2,454 b2=- 2,454

Obliczam współczynnik dodatkowego sprzężenia zwrotnego :

Równanie pneumatycznego przetwornika ciśnienia:

1. Własności dynamiczne przetwornika

2. Wnioski:

Przebieg charakterystyki statycznej przetwornika siły ma charakter liniowy, co oznacza, że wprost proporcjonalnie do przyłożonej siły Q zmienia się wartość ciśnienia Py. Gdy przyłożymy dodatkowe sprzężenie zwrotne maleje wzmocnienie przetwornika (charakterystyka pod mniejszym kątem C₁>C₂). Z moich obserwacji wpływ ciśnienia powietrza zasilającego jest nieznaczny na działanie przetwornika siły.

Przebieg charakterystyki statycznej przetwornika ciśnienia ma również przebieg liniowy, wprost proporcjonalnie do wytwarzanego przez membranę M_x ciśnienia P_x wzrasta ciśnienie Py. Znów pod wpływem dodatkowego ujemnego sprzężenia zwrotnego spada wzmocnienie przetwornika (charakterystyka pod mniejszym kątem K₁>K₂).

Przy pomiarze charakterystyki statycznej przetwornika ciśnienia zaobserwowałem, iż nachylenie wykresu maleje wraz ze wzrostem dodatkowego sprzężenia zwrotnego. Natomiast przykładając do belki siłę Q charakterystyka przesuwa się równolegle ku górze (ponieważ wzmocnienie K praktycznie się nie zmienia).

Badanie właściwości dynamicznych przetwornika polegało na przyłożeniu siły Q do belki i obserwacji zmian ciśnienia P_y.

Przy ujemnym inercyjnym sprzężeniu zwrotnym ciśnienie P_y ustało się natychmiast i już nie ulegało zmianie. Wykazuje to dużą czułość przetwornika (natychmiastową reakcję i wskazanie rzeczywistej wartości w nie więcej niż 5 sekund). Badając dodatnie inercyjne sprzężenie zwrotne reakcja przetwornika zachodzi najpierw gwałtownie skokowo, a następnie bardzo powoli wzrasta, aż do ustalenia się wartości rzeczywistej. W tym przypadku czułość przetwornika jest nieporównywalnie mniejsza; wartość rzeczywista ustala się po ponad 100s.

---