1. Schemat blokowy zespołu wzmacniaczy dysza - przesłona oraz wzmacniacza mocy z opisem pełnionych funkcji, występujących sygnałów i ich wartości.

2. Schemat blokowy układu regulacji z definicją członu przetwarzania i dwustopniowego przetwarzania wielkości regulowanej; cechy charakterystyczne przetwornika.

3. Schemat przetwornika ciśnień średnich z opisem działania i sposobem zmiany zakresu pracy; tabela pomiarowa, wykres p_wyj=f(p_wej) z komentarzem.

4. Schemat przetwornika różnicy ciśnień z opisem działania, sposób zmiany zakresu pracy przetwornika. Tabela pomiarowa, wykres p_wyj=f(h) z komentarzem.

Ad 1.

1. Schemat blokowy zespołu wzmacniaczy dysza - przesłona oraz wzmacniacza mocy.

x P_k P_wyj

1 - Wzmacniacz dysza - przesłona

2 - Wzmacniacz mocy

3 - Reduktor ciśnienia

4 - P_zas= 1,4 bar

5 - P_wyj

2. Opis funkcji pełnionych przez poszczególne elementy.

Wzmacniacz dysza - przesłona składa się z dwóch oporów pneumatycznych, stałego (przewężenie o stałym przekroju A₁) oraz zmiennego (jego pole przekroju A₂ zależy od odległości dyszy x). Sygnałem wejściowym jest odległość przesłony od dyszy której zmiana powoduje zmianę ciśnienia p₁. Ciśnienie to jest sygnałem wyjściowym wzmacniacza. Wzmacniacz ten spełnia zazwyczaj rolę wzmacniacza wstępnego którego sygnał jest do wzmacniacza mocy.

1 - opór stały

2 - opór zmienny

3 - komora przejściowa

4 - przysłona

Wzmacniacz mocy - jest to układ mechaniczny mający za zadanie zamianę sygnału o niewielkiej wartości na sygnał będący w stanie wykonać operacje na urządzeniach pneumatycznych (np. regulatorach). Charakteryzuje się dużym natężeniem przepływu powietrza, zapewniającym w krótkim czasie uzyskanie wymaganego ciśnienia.

1 - membrana

2 - membrana

3 - sztywnik

4 - kulka

Reduktor ciśnienia - jego zadaniem jest tak przekształcić ciśnienie aby odpowiadało wymaganiom wzmacniaczy.

3. Sygnały występujące w przetworniku.

Sygnał wejściowy wzmacniacza dysza - przesłona - jest nim odległość przysłony od dyszy co przekłada się na wartość oporu zmiennego dyszy.

X_max = d₂/4 gdzie d₂ - średnica dyszy

Sygnał wyjściowy wzmacniacza dysza - przesłona - jest nim ciśnienie p₁ w komorze przejściowej w zakresie:

P₁ = 0.58 - 0.62 bar

Sygnał wejściowy wzmacniacza mocy - jest to ciśnienie p₁ ze wzmacniacza dysza - przesłona

Sygnał wyjściowy wzmacniacza mocy - jest to ciśnienie p₂ które jest znormalizowanym ciśnieniem sterowania dla układów pneumatycznych, jego zakres wynosi:

P₂ = 0,2 -1,0 bar

Ad. 2

1. Schemat blokowy układu regulacji.

Niebieski kolor oznacza sygnały znormalizowane.

y - wartość regulowana

x - sygnał sterowania

z - zakłócenia

y_rzecz - rzeczywista wartość odpowiadająca aktualnej wartości regulowanej

y_zad - wartość zadana

e - uchyb regulacji

e = y_zad - y_rzecz

Człon przetwarzania jest to element układu odpowiadający za zamianę sygnału o dowolnych parametrach na sygnał o innych parametrach odpowiadających wartością parametrom sygnału wejściowego. Człon przetwarzania pracuje według charakterystyki dla niego odpowiedniej. Optymalnym jest aby charakterystyka była liniowa na całym zakresie przetwarzania.

2. Cechy charakterystyczne przetwornika.

• przetwarzają ciśnienia na znormalizowany zakres 0,2 do 1,0 bara

• próg pobudliwości zakresu pomiarowego

• dopuszczalne ciśnienie statyczne

• zakres pomiarowy

Ad 3.

1. Schemat przetwornika.

Przetwornik ciśnienia składa się z czujnika w postaci mieszków l i 2 oraz przetwor­nika pośredniego, działającego na zasadzie kompensacji sił. Działanie przetwornika: na mieszek l od wewnątrz działa mierzone nadciśnienie, a z zewnątrz ciśnienie atmosferyczne, natomiast mieszek 2, we wnętrzu którego panuje próżnia, znajduje się pod działaniem ciśnienia atmosfe­rycznego. Zmiana ciśnienia mierzonego powoduje zmianę położenia przy­słony 3 względem dyszy 4. Wynikiem tego Jest zmiana ciśnienia wyjś­ciowego p_m, które przez mieszek sprzężenia zwrotnego 5 kompensuje działanie ciśnienia mierzonego. Zmiana ciśnienia atmosferycznego dzia­łającego na mieszki l i 2, które mają tę samą powierzchnię czynną i są umieszczone w tej samej odległości od punktu obrotu dźwigni 6, nie wpływa na ciśnienie wyjściowe p_m.

Do zmiany zakresu mierzonych ciśnień jest przeznaczony ruchomy wspornik 7. Początkową wartość sygnałów wyjściowych ustala się przez odpowiednie napięcie sprężyny 8.

Przetwornik różnicy ciśnień.

Przetwornik różnicy ciśnień składa się z puszkowego czujnika różnicy ciśnień o wyjściu w postaci siły i przetwornika pośredniego siły, działającego na zasadzie kompensa­cji sił. Mierzona różnica ciśnień oddziałuje na puszkę l utworzoną z dwóch metalowych membran falistych wypełnioną cieczą manometryczną (mie­szanina gliceryny z wodą). Siła od membran przez cięgła 2 i 3 oraz dźwignie 4 i 5 działa na przysłonę 6. Dźwignia 4 wychodzi z komory ciś­nieniowej przez membranę sprężystą 7, stanowiącą zarazem punkt pod­parcia dźwigni. Budowa komór ciśnieniowych czujnika pozwala na krót­kotrwałe przeciążenie puszki membranowej jednostronnie działającym ciśnieniem równym ciśnieniu p₁.

Przetwornik pośredni składa się z dźwigni 5, przesuwnego wsporni­ka S oraz kaskady pneumatycznej 9, mieszka sprzężenia zwrotnego 10, mieszkowego wzmacniacza mocy 11 i stabilizatora ciśnienia zasilania kas­kady 12.

Zakres mierzonej różnicy ciśnień zależy od położenia wspornika S. Nastawianie początkowej wartości sygnału wyjściowego dokonuje się sprę­żyną 13.

Przetwornik służy do zmiany wielkości regulowanej na odpowiedni standardowy sygnał pneumatyczny w zakresie od 0.2-1.0 bar. Tzn: Przetwornik jest wykorzystywany do przetwarzania na sygnał pneu­matyczny ciśnienia różnicowego, powstającego przy pomiarze natężenia przepływu metodą zwężkową lub przy pomiarze poziomu cieczy metodą hydrostatyczną.

Pozycjoner - Ustala aby otwarcie zaworu było precyzyjne, tzn modyfikuje charakterystykę otwarcia i strategię sterowania.

2. Jaką funkcję w układzie regulacji pełni przetwornik pomiarowy (transmiter)?

Przetwornik pomiarowy mierzy wielkość regulowaną MS i przetwarzają ją najczęściej na standardowy sygnał PV elektryczny 4 - 20 mA lub pneumatyczny 0,2 - 1 bar i podaje go do regulatora.

3. Wymienić podstawowe człony przetwornika pomiarowego.

Przetwornik pomiarowy składa się z czujnika i przetwornika pośredniego nazywanego często wzmacniaczem. Czujnik mierzy daną wielkość i przetwarza ją na sygnał pośredni (np. zmiany oporności tensometrów, rezystorów od temperatury, czujniki pojemnościowe) a przetwornik pośredni (wzmacniacz) przetwarza go na wyjściowy sygnał standardowy.

4. Na czym polega proces kalibracji przetwornika pomiarowego?

Proces kalibracji przetwornika dotyczy takiego ustawienia do pracy aby przy minimalnej wartości wielkości regulowanej MS na wejściu, na wyjściu z przetwornika PV miało wartość 4 mA lub 0,2 bara, a przy maksymalnej MS na wyjściu było 20 mA lub 1,0 bara.

5. Jak nazywają się elementy które wykorzystuje się do kalibracji przetworników pomiarowych?

Najczęściej służą do tego pokrętła regulacyjne „ zera” (do ustawienia 4 mA lub 0,2 bar) i „ zakresu”(do ustawienia 20 mA lub 1.0 bar). Na powyższym schemacie przetwornika są nimi: sprężyna 7 do regulacji „zera” oraz ruchomy wspornik 6 do regulacji „zakresu”.

Wykres kalibracji przetwornika pneumatycznego (oznaczenia jak na schemacie w pyt. 1)

6. Jakie przetworniki nazywamy inteligentnymi i jak je kalibrujemy?

Przykład układu pomiarowego z przetwornikiem inteligentnym

Przetworniki inteligentne (typu smart) to przetworniki zawierające mikroprocesor. Taka struktura pozwala na polepszenie własności metrologicznych i użytkowych przetwornika. Sygnał wyjściowy z przetwornika może być analogowy 4 - 20 mA lub cyfrowy. Można je kalibrować miejscowo wykorzystując odpowiednie przyciski, pokrętła, można kalibrować wykorzystując odpowiednie komunikatory ,bądź zdalnie z komputera PC jeśli przetworniki połączone są w sieci.

7. Jaką funkcję w układzie regulacji pełni regulator?

Regulator porównuje wartość zadaną SP z wartością rzeczywistą wielkości regulowanej PV i tak stara się oddziaływać na obiekt aby jak najszybciej sprowadzić wartość rzeczywistą do zadanej; aby uchyb regulacji e był równy zero.

8. Co nazywamy uchybem regulacji?

Uchybem regulacji e w automatyce nazywa się różnicę pomiędzy wartością zadaną a rzeczywistą.

9. W jaki sposób podaje się do regulatora wartość zadaną?

Wartość zadaną SP podaje się poprzez tzw. stacyjkę operacyjną, nastawczą. Rolę stacyjki mogą pełnić różne urządzenia np. telegraf maszynowy do zadawania prędkości obrotowej, klawiatura w systemie komputerowym, odpowiednie przyciski w regulatorach elektronicznych.

10. W jaki sposób informowany jest regulator o tym jak zmienia się wartość parametru regulowanego np. prędkości obrotowej SG bądź temperatury wody chłodzącej silnik?

Informację o zmianach wartości parametru regulowanego podaje regulatorowi przetwornik pomiarowy. W przypadku prędkości obrotowej będą to masy bezwładnościowe (Woodward) lub przetwornik typu pick-up (regulator elektroniczny), a w przypadku temperatury przetwornik typu PT100.

11. Jakiego typu regulatory stosowane są w siłowni okrętowej?

Najczęściej stosowane są regulatory typu PI oraz PID w wersjach (wykonaniach) elektronicznych, komputerowych lub pneumatycznych.

12. Co nazywamy nastawami regulatora i do czego one służą?

Nastawy regulatora PID to: współczynnik wzmocnienia (zakres proporcjonalności w regulatorach pneumatycznych), czas całkowania, czas różniczkowania. Nastawy służą do zmiany dynamiki pracy regulatora a poprzez to całego układu regulacji.

Y_ZAD

Y_RZECZ

e

u

y

x

ZADAJNIK

PRZETWORNIK .

ELEMENT WYKONAW

REGULAT.

OBIEKT

5

4

2

3

1

Wzmacniacz mocy

Wzmacniacz

Dysza-Przesłona

---