Gr. III Ma

Laboratorium z automatyki okrętowej.

Temat:

Czujniki i przetworniki pneumatyczne.

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 - zakłucenia

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.

2. Tabela pomiarowa i wykres.

pwyj	pwej	pwyj
0,2	0,3	0,2
0,25	0,4	0,26
0,31	0,5	0,32
0,37	0,6	0,37
0,43	0,7	0,43
0,49	0,8	0,49
0,55	0,9	0,55
0,6	1	0,6
0,66	1,1	0,66
0,71	1,2	0,71
0,77	1,3	0,77
0,83	1,4	0,83
0,88	1,5	0,88
0,95	1,6	0,95
1	1,7	1

Na wykresie widać wyraźnie liniową zależność pomiędzy sygnałem wejściowym a wyjściowym przetwornika, widoczna jest również niewielka histereza. Może ona świadczyć o niewielkiej niestabilności przetwornika czyli o zmianie charakterystyki wraz ze zmianą kierunku zmiany sygnału wejściowego

Ad 4.

1. 
   Schemat przetwornika 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 jest wykorzystywany do przetwarzania na sygnał pneu­matyczny ciśnienia różnicowego, powstającego przy pomiarze natężenia przepływu metodą zwężkową lub przy pomiarze poziomu cieczy metodą hydrostatyczną.

2. Tabela pomiarowa i wykres.

h	Pwyj	h
3	0,2	3
3,5	0,28	3,5
4	0,36	4
4,5	0,44	4,4
5	0,52	5
5,5	0,6	5,4
6	0,68	5,9
6,5	0,76	6,4
7	0,84	6,9
7,5	0,92	7,4
8	1	8

Charakterystyka wstępująca przetwornika układa się niemalże liniowo, natomiast charakterystyka zstępująca wyraźnie kształtuje się inaczej. Ta histereza może być spowodowana konstrukcją przetwornika, np. sprężystością mieszka lub sprężyny. Nie są to jednak charakterystyki znacznie odbiegające od siebie i nie powinny powodować zakłóceń w pracy systemu.

1

Wzmacniacz

Dysza-Przesłona

Wzmacniacz mocy

1

3

2

4

5

x

y

u

e

OBIEKT

REGULAT.

ELEMENT WYKONAW

ZADAJNIK

PRZETWORNIK .

Y_RZECZ

Y_ZAD

---