Układy blokowe, regulatory temperatury.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest porównanie dwóch regulatorów temperatury: dwustawnego - bimetalicznego i tyrystorowego typu PRT 250 oraz opanowanie całości materiału dotyczącego układów regulacji.

Przygotowanie

Należy zapoznać się z zasadą działania regulatora bimetalicznego oraz tyrystorowego typu PRT 250 (Przemysłowy Regulator Temperatury) oraz opanować całość materiału dotyczącą regulatorów. Rejestratory. Czujniki temperatury: termopara, termometr oporowy, czujnik bimetaliczny.

Przykładowe pytania kontrolne

1. Omówić budowę bimetalicznego czujnika temperatury

2. Budowa i zasada działania termopary

3. Budowa, wady i zalety rejestratora

4. Przebiegi wielkości sterującej i regulowanej w dwustawnym regulatorze

Wprowadzenie

Istotą tzw. systemów blokowych urządzeń regulacyjnych (elektrycznych, pneumatycznych i mieszanych) jest to, że operują one standardowym sygnałem pośredniczącym oraz składają się z wielu oddzielnych urządzeń - bloków, dających się zestawić zależnie od potrzeb w różne połączenia.

Urządzenia systemu regulacyjnego blokowego dzielimy na:

• bloki pomiarowe,

• bloki kształtowania sygnałów pomiarowych,

• bloki wykonawcze,

• bloki uzupełniające.

Ze względu na funkcje urządzenia systemu blokowego dzielimy na:

• urządzenia pomiarowe (czujniki, przetworniki pomiarowe),

• urządzenia części centralnej:

• regulatory o wyjściu ciągłym: proporcjonalny (P), proporcjonalno-różniczkujący (PD), proporcjonalno-całkujący (PI), proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (PID),

• regulatory o wyjściu nieciągłym: dwustawne, trójstawne i impulsowe,

• zadajniki,

• bloki matematyczne,

• bloki wskazywania i rejestracji sygnałów: rejestratory i mierniki wskazujące,

• przetworniki międzysystemowe,

• urządzenia wykonawcze:

• wzmacniacze mocy,

• elementy wykonawcze

• elementy nastawcze.

Łączenie bloków wymaga ujednolicenia sygnałów tak, żeby sygnały wejściowe i wyjściowe wszystkich bloków były identyczne, co do postaci, zakresu zmienności i mocy. W Polsce dla aparatury jako sygnał standardowy przyjęto sygnał elektryczny od 0 do 5 mA, od 0 do 20 mA, dla aparatury nowszej od 4 do 29 mA.

Regulatory automatyczne.

Regulatorem automatycznym jest urządzenie służące do utrzymywania wartości regulowanej bliskiej wartości zadanej. W regulatorze rozróżnia się trzy elementy składowe ze względu na pełnione funkcje:

1. element pomiarowy (czujnik), który dokonuje pomiaru wartości wielkości regulowanej,

2. element sterujący, który wyznacza wartość odchylenia i wytwarza sygnał dla elementu wykonawczego,

3. element wykonawczy (serwomotor, siłownik), który bezpośrednio wpływa na przebieg procesu regulowanego.

Klasyfikacja regulatorów.

Regulatory automatyczne dzielimy ze względu na przeznaczenie (np. regulacja temperatury, poziomu cieczy i in.), sposób działania (pneumatyczne, elektryczne (i elektroniczne), hydrauliczne, mechaniczne, kombinowane) oraz ze względu na sposób przekazywania sygnału (ciągłe i dyskretne (przekaźnikowe, impulsowe)).

Ze względu na użytkowanie energii pomocniczej regulatory dzieli się na:

• -regulatory bezpośredniego działania (bez użycia energii pomocniczej)

• -regulatory pośredniego działania (z użyciem energii pomocniczej).

Ze względu na sposób regulacji rozróżnia się regulatory:

-dwupołożeniowe i trójpołożeniowe

-proporcjonalne (statyczne) P

-całkowe (astatyczne) I

-proporcjonalno-całkowe (izodromowe) PI

-proporcjonalno-różniczkowe (statyczne z wyprzedzeniem) PID.

Właściwości regulatorów pneumatycznych.

Regulatory pneumatyczne, działające na zasadzie równowagi sił, charakteryzują się dużą pewnością działania i długim czasem pracy.

Do zasilania potrzebują sprężonego powietrza oczyszczonego z pyłu i pary wodnej. Regulatory pneumatyczne wymagają dlatego stacji zasilających składających się z sprężarki, oczyszczalni (filtrowania i osuszania), zbiornika buforowego i reduktora ciśnienia. W charakterze rezerwy awaryjnej stosuje się butle ze sprężonym powietrzem.

Koszt i eksploatacja regulatorów pneumatycznych są na ogół niższe, niż w przypadku regulatorów elektronicznych. Dodatkową zaletą jest możliwość wykorzystywania zużytego przez regulator powietrza do wytwarzanie wewnątrz obudowy regulatora pewnego nadciśnienia. Tę zaletę wykorzystuje się łącząc regulatory pneumatyczne z urządzeniami pomiarowymi kontroli. Pewne nadciśnienie utrudnia dostęp powietrzu zewnętrznemu, chroniąc aparaturę pomiarowo-regulacyjną przed ewentualną korozją. Ma to szczególne znaczenie w zakładach chemicznych.

Wadą układów pneumatycznych jest kłopotliwe prowadzenie przewodów przekazujących sygnały pomiarowe i nastawcze.

Właściwości regulatorów elektrycznych (i elektronicznych)

Regulatory elektryczne, stosowane w układach sterowania procesami technologicznymi często zawierają lampy elektroniczne, które znacznie poprawiają własności regulatorów, ich czułość, zakres parametrów i w wielu wypadkach umożliwiają eliminację przetworników pomiarowych, np. w przypadku regulacji temperatury. Regulatory elektryczne ze wzmacniaczami elektromaszynowymi stosowane są w układach sterowania napędem elektrycznym.

Regulatory elektryczne nie mają ograniczeń w odległościach przekazywania sygnałów. Pozwalają na centralizację sterowania obiektami bardzo złożonymi i rozległymi. Montaż układów z aparatura elektryczną jest bardzo tani i prosty. Regulatory elektryczne są bardzo wygodne ze wzglądu na rozpowszechnione pomiary wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi. Łatwo je używać w systemach sterowanych elektronicznymi maszynami matematycznymi.

Wady aparatury elektronicznej związane są z jej ograniczoną niezawodnością działania. Schematy regulatorów elektronicznych i ich zasada działania są na ogół trudniejsze do opanowania przez pracowników obsługi pomiarowo-regulacyjnej, niż w przypadku regulatorów hydraulicznych, a nawet pneumatycznych. Usunięcie usterek w przypadku nieprawidłowej pracy regulatorów elektronicznych okazuje się w praktyce znacznie trudniejsze, niż przy innych typach regulatorów.

Właściwości regulatorów hydraulicznych.

Zasada działania regulatorów hydraulicznych jest bardzo prosta, są one zrozumiałe dla obsługi i wymagają krótszego okresu czasu na opanowanie zagadnień związanych z ich eksploatacją niż regulatory elektroniczne, a także pneumatyczne.

Dalszą ich zaletą jest łatwo uzyskiwana duża moc elementu wykonawczego (serwomotoru siłownika). Poza tym hydrauliczne elementy wykonawcze nie wymagają dodatkowych przekładni. Te własności decydują o wyborze tego typu regulatora szczególnie w pewnych układach sterowania w hutnictwie i metalurgii.

Elementy hydrauliczne na ogół charakteryzują się dużą trwałością dzięki pracy oleju mineralnym. Kłopotliwą sprawą jest konieczność utrzymywania obiegu. W eksploatacji zasadnicze trudności związane są z usuwaniem nieszczelności.

Do wad regulatorów hydraulicznych należą:

-konieczność umieszczania ich blisko obiektów sterowania,

-trudności centralizacji sterowania,

-wysoki koszt całej aparatury regulacyjnej.

Właściwości regulatorów mechanicznych.

Regulatory mechaniczne są najczęściej regulatorami o działaniu bezpośrednim, tzn. regulatorami nie wykorzystującymi dodatkowej energii. Wykorzystuje się w nich energię procesu regulowanego, którą zmienia się na energię potrzebną do uruchomienia właściwych nastawników.

Posiadają one z reguły bardzo prostą konstrukcję, charakteryzują się dużą niezawodnością działania, jednak nie posiadają dobrych własności regulacyjnych. Mogą być wykorzystywane w układach o małych wymaganiach odnośnie dokładności regulacji.

Najczęściej używa się je w procesach technologicznych do regulacji; poziomu, ciśnienia, i prędkości obrotowej maszyny. Do głównych wad należy zmiana sposobu działania wraz z upływem czasu (tarcie i zużywanie się elementów) oraz konieczność smarowania.

Własności obiektów regulacji

Właściwościości obiektu regulacji można określić podając:

• własności statyczne

• własności dynamiczne

• własności zakłóceń działających na obiekt regulacji.

Znajomość własności obiektu jest niezbędna dla prawidłowego wyboru typu regulatora i wyznaczenia optymalnych nastaw regulatora:

1. Własności statyczne wyraża zależność między wielkością regulowaną a wielkością nastawczą w stanie ustalonym, zwana charakterystyką obiektu regulacji. Współczynnik nachylenia charakterystyki statycznej nazywa się współczynnikiem wzmocnienia obiektu ko.

2. Własności dynamiczne obiektu określają zachowanie się układu w stanach przejściowych. Do przedstawienia własności dynamicznych używa się: -charakterystyki czasowe: odpowiedź obiektu regulacji na skok jednostkowy wielkości nastawczej lub odpowiedź na impuls jednostkowy, -charakterystyki częstotliwościowe obiektu regulacji, -transmitancję widmową lub operatorową (przepustowość, uogólniony współczynnik wzmocnienia, funkcja przejścia).

W praktyce przemysłowej najczęściej posługujemy się charakterystyką czasową.

Typowa odpowiedź obiektu regulacji na skok jednostkowy .

T- stała czasowa inaczej czas rozbiegu,

τ- czas opóźnienia,

k_o= Δy / Δx - współczynnik wzmocnienia obiektu.

3. Własności zakłóceń działających na obiekt regulacji. Miejsce przyłożenia zakłóceń i jego rodzaj posiadają bardzo istotny wpływ na prace układu regulacji. Wartość i szybkość zmian wielkości zakłóceń mają istotny wpływ na dobór regulatora np. przy regulacji temperatury pieca, o małych zakłóceniach procesu spalania, bardzo dobre wyniki daje regulacja izodromowa PI. Jednakże w przypadku znacznych zakłóceń związanych z częstymi zmianami wsadu (obciążenia pieca), bądź spowodowanych znacznymi zmianami ciśnienia dopływającego gazu, czy jego kaloryczności, lepsze wyniki daje regulacja statyczna z wyprzedzeniem PD. W tym ostatnim przypadku z reguły korzysta się z regulatorów PID.

Podstawowe sposoby regulacji automatycznej.

Często w praktyce spotyka się regulację dwupołożeniową i regulację statyczną P. Te sposoby regulacji dają zadawalające rezultaty w przypadku obiektów sterowania o małych bezwładnościach i opóźnieniach. W przypadku wymagania większej dokładności regulacji stosuje się regulację astatyczną I lub isodromową PI. Przy szczególnie trudnych do regulacji obiektów sterowania stosuje się regulację izodromową z wyprzedzeniem PID. Ten ostatni typ regulacji wymaga bardziej skomplikowanych regulatorów, a więc droższych.

Regulacja dwupołożeniowa (przekaźnikowa)

Regulacja dwupołożeniowa zwana także dwupozycyjną stanowi najprostszy rodzaj regulacji. Nastawnik może przyjąć tylko dwa położenia, np. „włączone” i „wyłączone”. Przykładem zastosowania regulacji dwupołożeniowej, z którym spotykamy się na co dzień, jest żelazko do prasowania z termoregulatorem.

Za pomocą pokrętła nastawiamy zadaną wartość temperatury. Po włączeniu wtyczki żelazka do sieci elektrycznej grzejnik jest włączony. Po osiągnięciu zadanej temperatury zostają rozwarte styki wyłącznika bimetalicznego i grzejnik zostaje wyłączony. Po obniżeniu się temperatury żelazka styki BM zostają ponownie zwarte itd.

Przy regulacji dwupołożeniowej wartość wielkości regulowanej nieustannie oscyluje wokół pewnej wartości. W wielu przypadkach jest to dopuszczalne i pozwala na znaczne uproszczenie układu regulacji i tym samym na obniżenie jego kosztów i zwiększenie pewności działania.

Regulację dwupołożeniową stosuje się w wielu układach regulacji temperatury i poziomu. Z reguły jest stosowana we wszystkich układach hydroforowych do regulacji ciśnienia.

Regulacja statyczna P.

Odpowiedź regulatora statycznego P na skok jednostkowy ilustruje rysunek.

Nazwa regulacja statyczna spowodowana jest istnieniem w stanie ustalonym bezpośredniego związku między położeniem nastawnika i odchyleniem wielkości regulowanej, zwanego statyzmem regulacji.

Regulatory statyczne mają prostą konstrukcję. Układy regulacji statycznej są stosowane we wszystkich tych przypadkach, w których dopuszczalne jest istnienie odchylenia regulacji w stanie ustalonym.

Regulacja izodromowa PI.

Aby uzyskać regulację jednocześnie szybką (własność regulacji statycznej) i dokładną (własność regulacji astatycznej), połączono obie zasady w postaci regulacji izodromowej PI.

Działanie regulatora izodromowego można scharakteryzować jego odpowiedzią na skok jednostkowy

Regulator izodromowy inaczej proporcjonalno-całkujący PI reguluje w ten sposób skokową zmianę odchylenia, że najpierw nastawnik przyjmuje nowe położenie zależne od wzmacniania regulatora, a następnie nastawnik przemieszcza się ze stałą szybkością, zgodnie z działaniem całkującym.

Regulacja izodromowa pozwala regulować obiektami o dużych bezwładnościach i czasach opóźnienia.

Regulacja statyczna z wyprzedzeniem PD.

Wszystkie wymienione typy regulacji zawodzą w przypadku sterowania obiektem, na który wpływają często gwałtowne zakłócenia spowodowane znacznymi zmianami obciążenia. W tym celu wprowadzono do regulatora statycznego obok działania proporcjonalnego działanie różniczkujące. Działanie regulatora statycznego z wyprzedzeniem można również scharakteryzować jego odpowiedzią na skok jednostkowy.

Do scharakteryzowania działania różniczkującego wygodna odpowiedź na sygnał liniowo narastający.

Dzięki wprowadzeniu działania proporcjonalnego do prędkości zmian odchylenia regulacji otrzymano sposób regulacji szczególnie korzystny przy znacznych zakłóceniach procesu regulacji spowodowanego dużymi zmianami obciążenia. Działanie różniczkujące ma efekt ekstrapolacyjny. Jest tym intensywniejszy im jest większe prawdopodobieństwo dużej zmiany wielkości odchylenia regulacji. Stąd wywodzi się nazwa „wyprzedzenie”.

Ponieważ regulacja PD charakteryzuje się istnieniem statyzmu i może być używana tylko w przypadku obiektów o niewielkich bezwładnościach, dlatego w praktyce zwykle zastępowana jest przez regulację PID.

W regulatorze proporcjonalno-różniczmowym PD obowiązuje następująca zależność między odchyleniem xi sygnałem sterującym y:

y= k_p* (x + T_d * dx/dt) + y₀

gdzie: T_d- stała czasowa różniczkowania

Stała czasowa różniczkowania zwana też czasem wyprzedzenia jest to czas, po którym- przy podaniu na wejściu regulatora PD sygnału liniowo narastającego- sygnał związany z działaniem proporcjonalnym P jest równy sygnałowi związanemu z działaniem różniczkującym D.

Regulacja izodromowa z wyprzedzeniem PID.

Ten rodzaj regulacji otrzymano z równoległego połączenia wszystkich wymienionych działań: proporcjonalnego P, całkującego I i różniczkującego D.

W regulatorze PID obowiązuje następująca zależność między odchyleniem x i sygnałem sterującym y.

Działanie regulatora izodromowego z wyprzedzeniem można scharakteryzować jego odpowiedzią na skok jednostkowy (rys.7)

Wybór typu regulatora

Regulator powinien zmniejszać odchylenie wartości wielkości regulowanej od wartości zadanej. W przypadku niewłaściwego doboru regulatora lub nieodpowiedniego jego nastawienia może nastąpić zjawisko zwiększania się odchylenia regulacji; w tym przypadku proces jest niestabilny.

Dobór regulatora powinien zapewnić stabilność układu regulacji automatycznej. Jednocześnie regulator powinien dostateczne szybko zmniejszyć odchylenie spowodowane zakłóceniami.

Dobór typu regulatora i jego nastawienie powinny gwarantować stabilną pracę układu regulacji automatycznej i spełnić żądania odnośnie jakości regulacji.

Na wybór typu regulatora w zasadzie wpływają trzy czynniki:

-żądania dotyczące jakości regulacji,

-własności dynamiczne obiektu,

-własności zakłóceń oddziałujących na obiekt.

Jeżeli nie ma dużych wymagań dotyczących jakości regulacji i jednocześnie obiekt nie ma znacznych opóźnień wtedy zaleca się stosować regulatory dwupołożeniowe.

Podaje się następującą recepturę wyboru ze względu na stosunek czasu opóźnienia τ do stałej czasowej T obiektu:

1. regulatory P, I, PI, PID dla τ/T mniejszych od 1,0

2. regulatory dwupołożeniowe dla τ/T mniejszych od 0,2

3. regulatory specjalne impulsowe dla τ/T większych od 1,0

Regulatory dwupołożeniowe.

Zaleca się stosować do sterowania obiektów o dużych stałych czasowych T i krótkich czasach opóźnienia τ ,oraz w przypadkach niewielkich zmian przeciążenia obiektu. W tych przypadkach otrzymuje się dobra jakość procesu regulacji.

Poza tym zaleca się stosować te regulatory w przypadkach małych wymagań dotyczących jakości regulacji.

Najdawniej znaną grupą regulatorów stanowią regulatory nie korzystające z energii pomocniczej czyli regulatory bezpośredniego działania. Mają one niestety ograniczony zakres zastosowania, ponieważ trudno przy ich pomocy uzyskać dużą dokładność regulacji.

Proste regulatory temperatury bezpośredniego działania znalazły szerokie zastosowanie w tzw. termostatach stosowanych w , chłodnictwie (lodówki domowe), motoryzacji oraz innych dziedzinach techniki.

Grupę pośrednią między regulatorami z sygnałem wyjściowym ciągłym i nieciągłym stanowią regulatory krokowe i trójpołożeniowe z korelacją. Sygnał otrzymywany na wyjściu tych regulatorów jest nieciągły - może przyjmować tylko trzy wartości. Jeżeli jednak regulator zostanie połączony z silnikiem nawrotnym jako z członem wykonawczym , to wielkość nastawiająca ( np. położenie przepustnicy) będzie się zmieniała w sposób ciągły i działanie regulatora będzie zbliżone do działania regulatora z sygnałem wyjściowym ciągłym. Regulatory dwu - i trójpołożeniowe budowane są praktycznie wyłącznie jako regulatory elektryczne.

Najliczniejszą, najbardziej uniwersalną grupę stanowią regulatory z sygnałem wyjściowym ciągłym. W tej grupie budowane są regulatory: elektryczne, pneumatyczne i hydrauliczne.

W zależności od sposobu kształtowania sygnału wyjściowego mogą to być regulatory typu : P, PI , PD bądź PID.

Regulatory statyczne P.

Zaleca się stosować w przypadkach sterowania procesami w przypadku małych i średnich stałych czasowych, niewielkich czasach opóźnienia, w przypadkach niewielkich zmian obciążenia.

Regulatory te w zasadzie nie mogą wyeliminować odchylenia regulacji, gdyż jego istnienie jest warunkiem ich działania. Mogą jednak to odchylenie dostatecznie zmniejszyć.

Regulatory izodromowe PI.

Można stosować w przypadkach sterowania procesami o dowolnych stałych czasowych i długich czasach opóźnienia, procesami charakteryzującymi się znacznymi lecz wolnozmiennymi zmianami obciążenia.

Działanie proporcjonalne szybko usuwa główna część odchylenia, pozostała zostaje powoli likwidowana dzięki działaniu całkującemu. Ten typ regulacji charakteryzuje się dosyć dobrą jakością.

Regulatory statyczne z wyprzedzeniem PD.

Połączenie działania proporcjonalnego z różniczkującym daje regulatory, które można stosować do regulacji procesów technologicznych charakteryzujących się małymi i średnimi stałymi czasowymi oraz dużymi czasami opóźnienia.

Regulatory PD podobnie jak regulatory P charakteryzują się statyzmem i nie są w stanie całkowicie zlikwidować odchylenia spowodowanego trwałym zakłóceniem procesu. Dlatego nie mogą być stosowane w przypadkach występowania znacznych długotrwałych zakłóceń procesu (wtedy należy stosować regulatory PI), natomiast dają dobre wyniki przy sterowaniu procesu o szybkich lecz krótkotrwałych zakłóceniach.

Regulatory PD są stosunkowo rzadko stosowane w przemysłowych układach automatyki.

Regulatory izodromowe z wyprzedzeniem PID.

Są najbardziej złożone z produkowanych seryjnie regulatorów do sterowania procesami technologicznymi. Są jednocześnie najbardziej uniwersalne i najdroższe. Mogą być używane do regulacji procesów o dowolnych stałych czasowych, o dużych czasach opóźnienia, procesów charakteryzujących się dużymi i szybkimi zmianami obciążenia.

Regulatory PID nie rozwiązują jednak wszystkich problemów regulacji automatycznej. W przypadku obiektów o bardzo dużych czasach opóźnienia należy stosować specjalne regulatory impulsowe z kompensacją opóźnienia.

W przypadku sterowania obiektami o bardzo zmiennych w czasie własnościach dynamicznych należy stosować specjalne regulatory adaptacyjne, samonastawne w zależności od tych zmian w czasie pracy układu.

Najbardziej ekonomiczny dobór regulatora jest czasami dość trudny. Pewne firmy automatyzujące procesy technologiczne stosują specjalne układy modelujące obiekt regulacji i doświadczalnie dobierają typ i nastawy regulatora.

Przykłady regulatorów:

1) regulator PRT-250

Regulator elektroniczny PRT-250 przeznaczony jest do współpracy z urządzeniami wymagającymi dokładnej stabilizacji temperatury. Ma ona zastosowanie w pracy automatycznej i ręcznej. Podczas pracy automatycznej temperatura jest mierzona rezystorem platynowym i regulator tak zmienia moc doprowadzoną do grzałek obiektu, aby utrzymywać zadaną temperaturę. Podczas pracy ręcznej nastawia się jedynie moc doprowadzoną do grzałek , a temperatura obiektu nie wpływa na moc grzania .Regulator PRT 250 ustala średnią moc żarówki , w celu uzyskania określonej temperatury ciągle utrzymywanej.

Precyzyjny regulator temperatury jest przeznaczony do współpracy z urządzeniami wymagającymi dokładnej stabilizacji temperatury. Ma on zastosowanie w pracy automatyczniej i ręcznej. Podczas pracy automatycznej temperatura jest mierzona rezystorem platynowym i regulator tak zmienia moc doprowadzoną do grzałek obiektu, aby utrzymywać zadaną temperaturę. Podczas pracy ręcznej nastawia się jedynie moc doprowadzoną do grzałek, a temperatura obiektu nie wpływa na moc grzania. Regulator PRT 250 ustala średnią moc elementu grzejnego, w celu uzyskania określonej temperatury ciągle podtrzymywanej.

Może być stosowany w komorach badań cieplnych, inkubatorach, cieplarkach, sterylizatorach, piecach, suszarkach, wtryskarkach, przy obróbce tworzyw sztucznych, oraz innych urządzeniach, gdzie wykorzystuje się elektryczne elementy grzejne.

Do regulacji temperatury regulatorem cyfrowym PRT 250 niezbędne są następujące urządzenia:

• oporowy czujnik platynowy PT 100 ,o dopuszczalnej temperaturze pracy do 300 stopni Celsjusza

• element wykonawczy - grzejny o mocy 2kW

2) regulator DRT/C

ZASTOSOWANIE Dwustanowy regulator temperatury serii DRT/C przeznaczony jest do bezpośredniego sterowania grzałką o mocy do 50 W, (lub o znacznie większej mocy poprzez stycznik), służącą do podgrzewania: liczników energii elektrycznej w rozdzielnicach napowietrznych, całych rozdzielnic, itp. Może także służyć do załączania wentylatorów chłodzących w rozdzielnicach czy szafach sterujących.

KONSTRUKCJA Elementy regulatora zamontowane są na płytce drukowanej umieszczonej w obudowie z odpornego na temperaturę tworzywa sztucznego. Zabezpieczenie przed wpływem czynników atmosferycznych uzyskano poprzez pokrycie płytki drukowanej, wraz z elementami, lakierem elekroizolacyjnym oraz na szczelnym wypełnieniu wnętrza obudowy regulatora kauczukiem silikonowym. Regulator przeznaczony jest do montażu na szynie Tl-135-7,5.

BUDOWA I DZIAŁANIE Dwustanowy regulator temperatury serii DRT/C składa się z: mostka pomiarowego - w którym w jednej z gałęzi znajduje się precyzyjny termistor pomiarowy, komparatora oraz części siłowej - której głównym elementem jest tranzystor MOSFET. Wysterowanie tranzystora MOSFET powoduje pojawienie się na wyjściu napięcia przemiennego równego napięciu zasilania. Dla DRT w wykonaniu normalnym wysforowanie wyjściowego tranzystora MOSFET następuje po obniżeniu temperatury poniżej dolnego progu, zaś wyłączenie po wzroście temperatury powyżej górnego progu. Dzięki zastosowaniu elementów o bardzo małym poborze prądu moc pobierana przez układ w stanie czuwania jest znikomo mała.

Sposób podłączenia regulatora serii DRT/C

3) Ciśnieniowy układ regulacji temperatury.

- wykorzystujące zjawisko rozszerzania gazu w zamkniętym mieszku oddziaływującym na mikroprzełącznik. Zalety - dokładność i trwałość lepsza od bimetalicznego. Wady - wysoka cena, mierzy tylko temperaturę powietrza, brak programowania.

Temperatura w obiekcie mierzona jest termometrem ciśnieniowym (manometrycznym) 1. Termometr 1 ma czujnik w formie bańki wypełnionej częściowo odpowiednio dobraną cieczą, częściowo parą nasyconą tej cieczy. Ciśnienie pary zależy od temperatury, a zatem wielkością wyjściową czujnika temperatury jest ciśnienie. Ciśnienie to działając na mieszek 2 wytwarza siłę działającą na dźwignię 3. Z przeciwnej strony działa siła wywołana naciągiem sprężyny 4. Siła sprężyny jest proporcjonalna do jej naciągu. Pod działaniem obu sił dźwignia przyjmuje położenie, przy którym następuje ich zrównoważenie. Położenie dźwigni jest przetwarzane na wartość ciśnienia za pośrednictwem układu dysza—przysłona. Ciśnienie wyjściowe z tego układu po wzmocnieniu steruje, za pomocą siłownika membranowego 6, położeniem grzybka zaworu 7. Zmiana położenia grzybka prowadzi do zmiany ilości pary dostarczanej do obiektu (zasilającej nagrzewnicę 9), a więc w konsekwencji do zmiany temperatury.

Obniżenie temperatury prowadzi do obniżenia ciśnienia wyjściowego czujnika, a więc do zwiększenia ilości dostarczanej pary.

Schemat układu regulacji temperatury z regulatorem typu P a) strukturalny, b) blokowy

1 - czujnik termometru, 2 - mieszak, 3 - dźwignia, 4 - sprężyna, 5 - wzmacniacz, 6 - siłownik pneumatyczny, 7 - zawór, 8 - śruba regulacyjna, 9 - nagrzewnica, 10 - obiekt, 11 - regulator

4) Regulator bezpośredniego działania - termostat samochodowy

Na rysunku poniżej przedstawiono przykładowo budowę termostatu samochodowego służącego do regulacji temperatury wody w układzie chłodzenia silnika samochodowego. Termostat jest regulatorem przepływu wody bezpośredniego działania. Czujnikiem jest w nim mieszek sprężysty l wypełniony częściowo cieczą, częściowo parą nasyconą. Zmieniając się, w zależności od temperatury, ciśnienie par powoduje rozciąganie lub kurczenie mieszka i przemieszczanie związanego z nim grzybka 2 w gnieździe zaworu 3. W termostacie tym przesunięcie grzybka ok. 10 mm uzyskuje się przy zmianie temperatury w granicach od ok. 70°C (zawór zamknięty) do ok. 80°C (zawór całkowicie otwarty). Jak widać, termostat jest regulatorem proporcjonalnym mającym nieregulowany zakres proporcjonalności wynoszący 10°C.

. Budowa termostatu samochodowego

l — mieszek sprężysty, 2 — grzybek, 3 -gniazdo zaworu

5) Bimetaliczny regulator temperatury

- tanie, ale niska trwałość styków i słaba dokładność (duża histereza).

1 — taśma bimetalowa, 2 — styczki, 3 — śruba regulacyjna, A — materiał o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej, B — materiał o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej

Elementem pomiarowym i jednocześnie przełączającym jest taśma bimetaliczna, która powstaje przez sprasowanie dwu taśm wykonanych z metali różniących się znacznie między sobą wartościami współczynnika rozszerzalności cieplnej. Wskutek niejednakowej rozszerzalności cieplnej, przy zmianach temperatury taśma bimetaliczna odkształca się. Odkształcenia taśmy polegają na jej wyginaniu się: przy obniżaniu temperatury w kierunku warstwy o większym, a przy podwyższaniu temperatury — w kierunku warstwy o mniejszym współczynniku rozszerzalności.

Taśma odkształcając się załącza grzejnik, gdy temperatura żelazka obniży się poniżej wartości nastawionej, a wyłącza grzejnik, gdy temperatura żelazka jest wyższa od temperatury nastawionej. Nastawianie wartości zadanej odbywa się przez zmianę położenia śruby regulacyjnej. Im bardziej zostanie wkręcona śru­ba regulacyjna, tym większe musi być odkształcenie taśmy bimetalicznej (tym wyższa temperatura), aby nastąpiło wyłączenie grzejnika. Styczki załączające grzejnik umieszczone są: jedna na taśmie bimetalicznej, a druga na elemencie przesuwanym przez śrubę regulacyjną. Dla zabezpieczenia użytkowników żelazka przed porażeniem elektrycznym wszystkie miejsca znajdujące się pod napięciem są izolowane.

6) Elektroniczne regulatory temperatury RGTxx, RTDxx

Przeznaczone są do stosowania w układach automatycznej regulacji temperatury lub innych wielkości fizycznych przetworzonych na elektryczny sygnał standardowy lub zmianę oporu. Prosty algorytm działania, niska cena, oraz łatwa obsługa regulatorów sprawiają, że znajdują one zastosowanie w układach regulacji temperatury w piecach piekarniczych, przemysłowych, w urządzeniach suszarniczych, w maszynach do przetwórstwa tworzyw sztucznych ,wtryskarki, wytłaczarki itp. piece piekarnicze, piece przemysłowe. Ponadto mogą one służyć do sygnalizacji i regulacji innych wielkości fizycznych przetworzonych na małe wartości napięcia stałego. Regulatory nie są wrażliwe na wstrząsy i mogą pracować w dowolnym położeniu. piece piekarnicze, piece przemysłowe.

Regulatory pracują w trybie ON/OFF- tzn. zał./wył z histereza lub w trybie PD - czyli po osiągnięciu zadanej temperatury następuje cykliczne załączanie grzałek w zależności od ustawionych parametrów regulatora, przez co uzyskuje się dużą dokładność regulacji.

ANALOGOWE REGULATORY TEMPERATURY

RGT-105s

DO ZASTOSOWAN PRZEMYSŁOWYCH

				REGULATORY TEMPERATURY RTD-105 DO MONTAZU NA LISTWIE DIN 35mm
		CYFROWE REGULATORY TEMPERATURY RGT-205A DO ZASTOSOWAN PRZEMYSŁOWYCH

Regulator temperatury 2208L

Regulator 2208L jest przeznaczony do dokładnej regulacji procesu grzania / chłodzenia wytłaczarek, pieców lub innych urządzeń. Jest prosty w instalacji, uruchomieniu i obsłudze. Regulator posiada do 3 wejść: grzania, chłodzenia i alarmu , 2 wejścia stykowe NO do wyboru drugiego zadawania i trybu standby (wszystkie wyjścia off, z wyjątkiem alarmu) oraz możliwość optymalizacji algorytmu chłodzenia powietrznego i wodnego.

Precyzyjny Regulator / Programator temperatury 818

Zastosowanie:

• Jedno- i wielostrefowe piece

• Piece dyfuzyjne

• Testowanie materiałów

• Autoklawy

• Komory klimatyczne

Elektroniczny programowany regulator temperatury TE-4M

Nowoczesny elektroniczny regulator przeznaczony do regulowania i programowania temperatury mieszkań, domków jednorodzinnych, lokali użytkowych. Nowoczesna konstrukcja i technologia, wysoka jakość podzespołów, zaawansowana technika mikroprocesorowa gwarantują wysoką jakość produktu i niezawodność (2 lata gwarancji).

Można go stosować do ogrzewania centralnego (gazowego, na ropę, itp.) oraz elektrycznego lub wodnego ogrzewania podłogowego.

Mikroprocesorowy programator temperatury posiada do wyboru stałe programy obniżek temperatury; dwa dobowe i dwa tygodniowe wybierane podczas instalacji zworą. Programator jest odporny na zaniki napięcia.

Program 1 - dedykowany dla mieszkań, domków.

to obniżka temperatury -3 ^oC od 22^oo do 6^oo cały tydzień,

a od 8^oo do 14^oo od poniedziałku do piątku.

Program 2 - dedykowany dla biur i sklepów.

to obniżka temperatury -3 ^oC od 22^oo do 6^oo od poniedziałku do piątku,

w sobotę i niedzielę temperatura obniżona cały czas.

Program 3 - dostosowany do taryfy nocnej.

to obniżka temperatury -3 ^oC od 6^oCdo 13^oC i od 15^oC do 22^oC cały tydzień. Podłoga spełnia wówczas funkcję akumulatora energii cieplnej pobieranej w porze obniżonej ceny energii elektrycznej.

Program 4 - dostosowany do ogrzewania łazienek.

to obniżka temperatury -3 ^oC od 21^oo do 5^oo i od 8^oo do 18^oo cały tydzień. Zapewnia to podwyższony komfort w godzinach rannych i wieczornych.

Bardzo prosta obsługa programatora jednym przyciskiem "PROG":

-przyciśnięcie 3 sekundy start programu o 22^oo poniedziałek

-krótkie naciśnięcie - dodatkowa obniżka/przerwanie obniżki

-ponowne naciśnięcie - anulowanie poprzedniej czynności.

Możliwość wyboru funkcji:

1. Regulator temperatury powietrza.

2. Regulator temperatury podłogi (z czujnikiem temperatury podłogi)

3. Regulator temperatury powietrza i ograniczanie temperatury podłogi szczególnie przydatny w ogrzewaniu mieszanym np. podłogowe + ogrzewanie centralne, kominek itp..

REGULATOR BEZ OSŁONY

NAJWAŻNIEJSZE PARAMETRY: Zasilanie ~220V/50Hz, 3600VA Zakres regulacji temperatury 5^oC do 35 ^oC. Histereza dla regulacji temperatury powietrza 0,5 ^oC. Histereza dla regulacji temperatury podłogi 1 ^oC. Stała wartość obniżki temperatury -3 ^oC. Wymiary 90x85x30mm. Czujnik temperatury 2,5mb.

Regulatory pogodowe

- mierzą temperaturę w pomieszczeniach i na zewnątrz budynku, dostosowując wydajność kotła do różnicy tych temperatur, a także do zadanego programu dziennego i tygodniowego. Program zapamiętuje zależności między przyrostem temperatury, wydajnością kotła i temperaturą na zewnątrz, i tak steruje ogrzewaniem, aby osiągnąć zaprogramowaną temperaturę o określonej godzinie. Zalety - optymalne zużycie opału - energii. Wady - bardzo wysoka cena, skomplikowana obsługa często wykonywana tylko przez autoryzowany serwis.

Rejestratory

Przykład autokompensacyjnego rejestratora sygnałów napięciowych przedstawiono na rysunku poniżej. Sygnał wejściowy Ux podawany jest na wejście członu porównującego l i tam porównywany jest z napięciem Up otrzymanym z suwaka potencjometru 2. Jeżeli potencjometr jest starannie wykonany, a człon porównujący ma dużą rezystancję wejściową, można uzyskać proporcjonalność pomiędzy przesunięciem suwaka potencjometru a napięciem Up.

. Schemat działania rejestratora autokompensacyjnego

1 — układ porównujący, 2 — potencjometr, 3 — wzmacniacz, 4 — silnik (serwomotor), 5 — przekładnia zębata, 6 — cięgło lin­kowe, 7 — pisak

Zakres temperaturowy rejestratora wynosi od 0^oC do 250^oC. Wykres jest zapisywany na taśmie perforowanej.

Część eksperymentalna

Spis przyrządów

1. regulator PRT 250

♦oporowy czujnik platynowy Pt 100 , o dopuszczalnej temperaturze pracy do300^oC przyklejony silikonem do bańki żarówki

♦żarówka o mocy 150W (stanowiąca element grzejny i jednocześnie obiekt regulacji)

♦ miernik uniwersalny z czujnikiem typu termopara techniczna

2. regulator bimetaliczny

♦żelazko z bimetalicznym regulatorem temperatury

♦termopara żelazo - konstantan

♦rejestrator

Przebieg pomiarów

Badanie regulatora PRT 250

• Badanie obiektu regulacji temperatury - żarówka

• PT 100 - czujnik temperatury sterujący regulacją ( element pętli sprzężenia zwrotnego)

• Do pomiaru rzeczywistej temperatury obiektu regulacji ( żarówka) służy cyfrowy miernik temperatury z dołączoną termoparą typu K

• Ustawić regulator PRT 250 na 90^oC , pracę automatyczną i włączyć.

• Przeprowadzić obserwację sposobu działania regulatora - zapisać obserwacje.

• Po uzyskaniu stabilizacji termicznej przez obiekt, zmienić warunki wymiany ciepła z otoczeniem, np. przez intensywne wachlowanie żarówki. Zaobserwować reakcje regulatora.

• Sprawdzić ręczne działanie regulatora - przycisk w pozycji „UST” - zapisać obserwacje.

• Wyznaczenie charakterystyki termicznej obiektu po załączeniu

• po ostygnięciu obiektu do temperatury otoczenia włączyć miernik cyfrowy temperatury

• ustawić regulator PRT-250 na pracę automatyczną i temperaturę 90^oC

• wypełnić tabelę

• UWAGA: na mierniku wskazującym rzeczywistą temperaturę powierzchni żarówki należy wybrać jako rodzaj czujnika dołączoną do niego termoparę typu K.

Tabela pomiarowa

Lp .	Temperatura T [^oC] Mierzona miernikiem	Czas [s]	Uwagi o pracy regulatora obserwacja pracy żarówki
1	Temp. otoczenia 20 - 24 ^oC ( zapisać rzeczywistą)
2	30 ^oC
3	60 ^oC
4	80 ^oC
5	90 ^oC
6	105 ^oC
7	Temp. max - WPISAĆ WARTOŚĆ
8	Temp. wyróżniających się stanów pracy regulatora - WPISAĆ WARTOŚĆ
10	Temp. ustalona - WPISAĆ WARTOŚĆ

1. schemat do badania regulatora PRT

Sprawozdanie powinno zawierać protokół z pomiarów poszerzony o wykresy badanych zależności, obserwacje i wnioski

1

Przebieg wielkości nastawczej x

x

t

Aproksymacja odpowiedzi obiektu na skok jednostkowy ya

Przebieg wielkości regulowanej y

T



t

t

ya

y

y

y

x

Schemat ideowy regulacji temperatury żelazka do prasowania;

BM- wyłącznik bimetaliczny

G- grzejnik

G

BM

~220V

xwe

x

Przebieg wielkości wejściowej (odchylenie regulacji)

t

t

yi

kpxwe

y0

Idealny przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora (sygnału nastawczego)

t

kpxwe

y

y0

Rzeczywisty przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora

xwe

x

Przebieg wielkości wejściowej (odchylenie regulacji)

t

t

yi

kpxwe

y0

kpxwe

Ti

Idealny przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora (sygnału nastawczego)

t

y

y0

Rzeczywisty przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora

xwe

t

x

Przebieg wielkości wejściowej (odchylenie regulacji)

yi

y0

kpxwe

Idealny przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora (sygnału nastawczego)

y

y0

kpxwe

Rzeczywisty przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora

t

xwe

t

x

Przebieg wielkości wejściowej (odchylenie regulacji)

t

yi

yd

y0

yd

Ti

kpxwe

Idealny przebieg odpowiedzi regulatora (sygnału nastawczego)

y

y0

Rzeczywisty przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora

t

xwe

t

x

Przebieg wielkości wejściowej (odchylenie regulacji)

yi

y0

Ti

kpxwe

kpxwe

Idealny przebieg odpowiedzi regulatora (sygnału nastawczego)

y

y0

Rzeczywisty przebieg odpowiedzi jednostkowej regulatora

t

---