1. Jaka funkcje w urządzeniach pneumatycznych pełni wzmacniacz mocy ?
Wzmacniacz mocy stanowi swego rodzaju zawór trójdrożny, który łączy siłownik z przewodem zasilającym lub atmosferą. Zawór ten sterowany sygnałem ze wzmacniacza wstępnego odznacza się stosunkowo dużą średnicą gniazda i otworu upustowego. Umożliwia to szybkie zmiany ciśnienia wyjściowego wzmacniacza mocy. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza uruchamia bezpośrednio zespół wykonawczy. Wzmacniacz mocy charakteryzuje się dużym natężeniem przepływu powietrza, zapewniającym w krótkim czasie uzyskanie wymaganego ciśnienia w linii pneumatycznej i siłowniku. Grzybek zaworu ma kształt kuli, stożka lub talerza; do jego napędu stosowane są mieszki sprężyste lub membrany
W stanach ustalonych dopływ do mieszka wyjściowego oraz odpływ powietrza do atmosfery jest praktycznie odcięty. W stanach przejściowych otwarty jest albo dopływ powietrza zasilającego albo odpływ do atmosfery. Wzmacniacze tego typu pracują bez ciągłego poboru powietrza. Zmiana ciśnienia wejściowego P1 powoduje zmianę położenia przegrody, co pociąga za sobą otwarcie jednego z dwóch gniazd zaworu i w konsekwencji zmianę ciśnienia P2 w mieszku wyjściowym. Zmiana ciśnienia P2 trwa aż do momentu zrównania się sił działających z obu stron przegrody. Siły te powstają w wyniku działania ciśnień powietrza i ugięcia elementów sprężystych (mieszki, sprężyna). Przy niewielkich przemieszczeniach przegrody zmiany siły od elementów sprężystych są współmiernie małe w porównaniu z siłami pochodzącymi od ciśnień. W takim przypadku równanie statyczne wzmacniacza ma postać:
gdzie: Dp – zmiany ciśnień wejściowych i wyjściowych,
A – czynne powierzchnie mieszków wejściowych i wyjściowych.
Z zależności tej wynika współczynnik wzmocnienia
i zwykle wynosi od 1 do 20.
2. Opisać zasadę działania bloku wzmacniaczy dysza - przesłona oraz wzmacniacz mocy.
Wzmacniacz przesłonowy (dysza – przesłona) składa się z dwóch oporów pneumatycznych, stałego 1 i zmiennego 2, połączonych szeregowo za pośrednictwem komory przejściowej 3. Opór 1 ma postać przewężenia o stałym przekroju A1. Pole przekroju A2 oporu zmiennego 2 zależy od położenia przesłony 4. Powietrze zasilające o stałym ciśnieniu po przepływa przez otwór stały do komory przejściowej a następnie przez opór zmienny do ośrodka o ciśnieniu p2 (najczęściej do atmosfery). Suma spadków ciśnień na oporach 1 i 2 ( Dp1+Dp2=Dp) ma wartość stałą i równą Dp=po-p2. Zmiana wartości poru zmiennego 2 powoduję zmianę spadku ciśnienia na tym oporze z wartości Dp2 do na Dp2’. W ślad za tym następuje zmiana wartości na Dp1’ tak aby spełnić zależność Dp1’+Dp2’=Dp=const. Przez zmianę oporu 2 zmienia się ciśnienie p1 ciśnienie to jest sygnałem wyjściowym wzmacniacza, natomiast przesunięcie przesłony x spełnia rolę sygnału wejściowego. W regulatorach pneumatycznych wzmacniacz typu dysza-przesłona spełnia zwykle rolę wzmacniacza wstępnego z którego sygnał wyjściowy przekazywany jest do wzmacniacza mocy. Sygnał wyjściowy tego wzmacniacza uruchamia bezpośrednio zespół wykonawczy. Wzmacniacz mocy charakteryzuje się dużym natężenia przepływu powietrza zapewniającym w krótkim czasie uzyskanie wymaganego ciśnienia w linii pneumatycznej i siłowniku.
3. Co nazywamy oporem pneumatycznym, pojemnością, indukcyjnością pneumatyczną ?
Oporem (rezystorem) pneumatycznym jest dowolny element przepływowy, który wywołuje trwały spadek ciśnienia przepływającego powietrza. Charakteryzuje go oporność pneumatyczna R, będąca współczynnikiem proporcjonalności między spadkiem ciśnienia Dp i masowym natężeniem przepływu Qm.
Jednostka pochodna „om płynowy” 1Wp = 108 []
Opory mogą być:
a) liniowe, b) nieliniowe.
Ad. a) oporność nie zależy od natężenia przepływu a zależność Dp= f(Qm) jest równaniem linii prostej. Opory liniowe maja postać kapilar o długości l przynajmniej 10-razy większej od średnicy wewnętrznej d, w których panuje przepływ laminarny
Ad. b) oporność jest funkcją natężenia przepływu, a zależność Dp=f(Qm) przedstawia równanie linii wykładniowej. Oporami nieliniowymi są wszystkiego rodzaju przewężenia, w których zazwyczaj występuje przepływ burzliwy, dlatego też czasami opory te nazywa się oporami turbulentnymi. Należą tu kryzy, dysze zawory, krótkie kanały połączeniowe itp.
Pojemnością pneumatyczna charakteryzują się wszelkiego rodzaju komory jak: zbiorniki, przewody rurowe. Objętość ich jest stała (komory sztywne) lub zmienia się proporcjonalność od działającego ciśnienia (komory elastyczne). Pojemność pneumatyczna C odgrywa rolę współczynnika proporcjonalności między masowym natężeniem przepływu powietrza Qm i prędkością zmian ciśnienia w komorze dp/dt.
Qm=C dp/dt
C = Qm/(dp/dt)
[C] = kg/s (m2s)/N = kgm2/Ns = ms2
jednos pochod „farad płynowy” 1Fp = 10-8 [ms2]
Indukcyjność pneumatyczna. Wpływ bezwładności poruszającego się powietrza na spadek ciśnienia występuje przede wszystkim w liniach pneumatycznych o znacznych długościach lub szybkich zmianach natężenia przepływu. Wpływ ten zależy od współczynnika L zwanego indukcyjnością (inertancją) pneumatyczną zdefiniowaną jako: L=Dp/(dQm/dt)
[L] = (Ns2)/m2kg = 1/m
Jednostka pochodna „henr płynowy” 1Hp = 108 [1/m].
4.Opisać cechy członu inercyjnego pierwszego i wyższego rzędu; członu inercyjnego z komorą przepływową
5. Podać zakresy wartości sygnałów standardowych w układach regulacji.
Sygnal 0,2-1,0-bar 3-15psi
zasilanie1,4bar 20 psi
Zdecydowana większość produkowanych obecnie urządzeń regulacyjnych należy do systemów średnio-wartościowych. Ciśnienie powietrza zasilającego wynosi w nich 120 lub 140 kPa a wyjątkowo 0,6 lub 0,3 MPa. Systemy wysoko-ciśnieniowe pracujące przy ciśnieniach do 10 MPa stosowane są jedynie w serwomechanizmach specjalnych. W ostatnich latach w układach pneumatycznych wprowadzono systemy niskociśnieniowe o ciśnieniu zasilania 1,2 do 3,0 kPa. Zakres zmian sygnału wyjściowego jest unormowany i wynosi 20 do 100 kPa.
6. Omówić zasadę pracy przetwornika pneumatycznego:
Rozróżniamy pneumatyczne przetworniki sygnałów pośrednich (siła, przesunięcie, prąd ). przetwarzającego i wzmacniacza mocy. Zespół przetwarzający stanowi z reguły Składają się one z zespołu wzmacniacz pneumatyczny typu dysza przesłona , objęty proporcjonalnym sprzęrzeniem zwrotnym. Działanie zespołu przetwarzającego oparte jest na zasadzie kompensacji sił lub przesunięć . Zapewnia to dużą dokładność i małą wrażliwość na zmiany charakterystyki kaskady pneumatycznej wzmacniacza oraz zmiany ciśnienia zasilania . Stosowane w przetwornikach wzmacniacze mocy nie różnią się od wzmacniaczy używanych w regulatorach. Są one budowane jako wzmacniacze membranowe jak i mieszkowe z ciągłym lub bez ciągłego wypływu powietrza. Przetwornik zamienia sygnał wychodzący z czujnika na odpowiedni sygnał standardowy o zakresie 20-100 kPa.
Przykładem przetwornika pneumatycznego może być przetwornik (pośredni) – mieszkowy siły: (rysunek1)
Przetwornik składa się ze wzmacniacza wstępnego ( dysza 1, opór2, przesłona3), dźwigni4 i mieszka sprzęrzenia zwrotnego 5. Wzmacniacz mocy 6 jest wykonany jako wzmacniacz membranowy lub mieszkowy z ciągłym lub bez ciągłego wypływu powietrza.
Dla stanu równowagi DM1= DM2
DM1- zmiana momentu spowodowana zmianą siły wejściowej DF
DM2- zmiana momentu zależna od przyrostu DPm działającego na mieszek sprzęrzenia zwrotnego 5 o czynnej powierzchni A DPm=DF l1/A l2
Sprężyna 7 jest przeznaczona do nastawiania początkowej wartości sygnału wyjściowego Pm min. Dla początkowej wartości zakresu sygnału wejściowego Fmin.
7. Narysować i opisać działanie dowolnego przetwornika pneumatycznego.
Rozróżniamy przetworniki:
- pośrednie (sygnałów pośrednich takich jak siła, przesunięcie, prąd)
- pomiarowe (sygnałem jest ciśnienie, temperatura)
- międzysystemowe.
Przetw pomiarowy wysokich ciśnień
Składa się z czujnika w postaci rurki Bourdona (1) i przetwornika pośredniego, działającego na zasadzie kompensacji sił. Sygnałem wyjściowym jest siła proporcjonalna do mierzonego ciśnienia. Siła ta jest przetworzona w przetworniku pośrednim na sygnał pneumatyczny w postaci ciśnienia wyjściowego. Zakres mierzonych ciśnień p zależy od sztywności rurki Bourdona i czynnej powierzchni mieszka sprzężenia zwrotnego (2).Zakres ten można zmieniać
w pewnych granicach przesuwając mieszek(2).Sprężyna(3)jest przeznaczona do nastawiania początkowej wartości sygnału pneumatycznego i ma na celu polepszenie stabilności pracy przetwornika przy niewielkich obciążeniach wyjściowych. Wzmacniacz mocy (5) ma budowę mieszkową.
8. Co oznacza dwustopniowe przetwarzanie wielkości regulowanej.
Sygnał ciśnieniowy przetwarzany na przesunięcie, potem przesunięcie na wzrost ciśnienia i wzmocnienie. Najpierw jest przesunięcie dysza przesłona a potem przetwarzanie sygnału ciśnieniowego po na inny zakres. Przetwornik składa się z: - czujnika; - wzmacniacz dysza przesłona, - wzmacniacza mocy. Przykładem jest przetwornik wysokich ciśnień.
(Czemu tak kurwa mało na te pytanie pedały?)
9. Jaką funkcje w układzie regulacji pełni człon pomiarowy (przetwornik).
W układach automatyki dąży się do ujednolicenia sygnałów. Sygnały te wówczas nazywa się sygnałami standardowymi. Wprowadzenie takich sygnałów ułatwia połączenie ze sobą poszczególnych elementów układu zależnie od potrzeb oraz znacznie ogranicza liczbę potrzebnych elementów (blokowe systemy regulacji). Sygnały przychodzące z czujników pomiarowych nie zawsze maja postać sygnałów standardowych. W takich przypadkach zachodzi konieczność stosowania dodatkowego elementu tzw. przetwornika pomiarowego. Zmienia on sygnał przychodzący z czujnika pomiarowego w odpowiedni sygnał standardowy
W przetworniku może nastąpić:
a) zmienia wartości sygnału bez zmiany jego natury fizycznej. Przetwornik służy do zmiany zakresu zmienności tej samej wielkości fizycznej.
b)Zmiana natury fizycznej sygnału. W tym przypadku przetwornik słuzy do zmiany jednej wielkości fizycznej na inna wielkość fizyczną.
10. Skąd otrzymuje i gdzie podaje sygnały przetwornik w układzie regulacji ?
Dąży się do ujednolicenia sygnałów w układach automatyki . Sygnały te nazywamy standardowymi. Wprowadzenie takich sygnałów ułatwia połączenie ze sobą poszczególnych elementów układu zależnie od potrzeb oraz znacznie ogranicza liczbę potrzebnych elementów. Sygnały pochodzące z czujników pomiarowych nie zawsze mają postać sygnałów standardowych. W takich przypadkach zachodzi konieczność zastosowania dodatkowego elementu tzw. Przetwornika pomiarowego. Przetwornik pomiarowy zmienia sygnał przychodzący z czujnika na odpowiedni sygnał standardowy i podaje go na węzeł sumacyjny(porównujący), a z tamtąd na regulator. Z regulatora idzie on na element wykonawczy wpływa to tym samym na parametry wejściowe.
W pomiarowych przetwornikach ciśnienia następuje przetwarzanie ciśnienia na normowany sygnał ciśnieniowy (standardowy) o zakresie 20 – 100 kPa. Przykładowo przetwornik wysokich ciśnień typu A104 przetwarza ciśnienia o różnych zakresach w zależności od wykonania 0,6 – 40 Mpa na sygnał standardowy. Składa się on z czujnika w postaci rurki Bourdona i przetwornika pośredniego , działającego na zasadzie kompensacji sił.
11. Jakimi cechami powinien charakteryzować się dobry przetwornik?
Powinien on charakteryzować się następującymi cechami:
1.Niezawodność – określa się za pomocą prawdopodobieństwa P(t) pracy urządzenia bez uszkodzeń w ciągu czasu t. P(t) = e-lt, gdzie - int, uszkodzenia całego urządzenia wyznacza się doświadczalnie.
2.Dokładność – oznacza klasę dokładności lub błąd podstawowy oraz błędy dodatkowe wywołane zmianą warunków zewnętrznych. Wartość liczby klasy dokładności najczęściej oznaczamy – wartość granicznego dopuszczalnego błędu dokładności d, wyrażonego w % zakresu zmian sygnału wyjściowego urządzenia Dy = ymax - ymin, błąd ten można wyrazić wzorem , gdzie ep – błąd poprawności określający rozbieżność między charakterystyką teoretyczną i rzeczywista urządzenia pomiarowego ew – graniczny błąd wierności określający rozrzut wartości sygnału wyjściowego urządzenia pomiarowego otrzymanej w serii u pomiarów tej samej wartości wielkości wejściowej (nieznanej).
3.Próg pobudliwości (nieczułości) en - określa najmniejszy przyrost wielkości wejściowej x, przy którym następuje zauważalna zmiana wielkości y. Wielkość progu pobudliwości w urządzeniu pomiarowym do celów automatycznej regulacji nie powinna przekraczać od 0,02 do 0,5% zakresu pomiarowego urządzenia.
12. Definicje zakresu proporcjonalności, czasu całkowania, czasu różniczkowania.
Zakres proporcjonalności jest to odwrotność współczynnika kp (proporcjonalności) wyrażona w procentach xp=(1/kp)*100% gdzie kp- wielkość bezwymiarowa. Zakres proporcjonalności można rozumieć jako procentowa cześć pełnego zakresu zmian wielkości wejściowej e potrzebną do wywołania zmiany wielkości wyjściowej u o pełen zakres.
Czas całkowania (zdwojenia) Ti określa intensywność działania całkującego regulatora. Czas zdwojenia Ti w regulatorach PI i PID jest czasem po upływie którego zmiana sygnału wyjściowego u skokowej zmianie podwaja swoją wartość w stosunku do zmiany u spowodowanej działaniem proporcjonalnym.
Czas różniczkowania (wyprzedzenia) Td określa intensywność działania różniczkującego regulatora. Dzięki działaniu różniczkującemu regulator może bardzo silnie reagować już na małe zmiany odchylenia regulacji e, jeżeli szybkość tych zmian jest duża, dzięki czemu „uprzedza” spodziewany dalszy wzrost e przez odpowiednie oddziaływanie na obiekt regulacji. Czas różniczkowania Td określa działanie różniczkujące w regulatorach PD i PID. Zmiana wielkości wyjściowej w regulatorze PD wyprzedza o czas Td odpowiedź regulatora P przy wymuszeniu liniowo narastającym.
13. Jakie parametry charakteryzują jakość procesu regulacji ?
Wskaźniki jakości regulacji dotyczą określonych cech odpowiedzi układu na sygnał skokowy lub częstotliwościowy, albo maja postać funkcjonału. Określone cechy odpowiedzi skokowej dotyczą dopuszczalnych odchyłek:
a) statycznych - es,
b) dynamicznych - edmax
oraz kształtu przebiegów przejściowych.
Ad. a) Odchyłka statyczna es w układach regulacji jest różnicą sygnałów: wartości zadanej yz i sygnału wyjściowego z obiektu y w stanach ustalonych .
Ad. b) Maksymalna odchyłka dynamiczna regulacji edmax jest jednym z ważniejszych wskaźników w ocenie jakości dynamicznej układu. W układach z regulatorami astatycznymi gdzie edmax = A1, natomiast w układach z regulatorami statycznymi edmax = A1 + A2.
Układy:
Oscylacyjny aperiodyczny
- regul. astatycznym; -regul. sttyczną (RYSUNKI) w chuj rysunków
Bezpośrednimi wskaźnikami jakości odpowiedzi skokowej:
a) czas ustalania Tu
b) przeregulowanie (oscylacyjność) c
Ad a) jest okres czasu, jaki upływa od chwili wystąpienia skokowego wymuszenia zakłócającego do chwili gdy odchyłka regulacji osiągnie wartość ustaloną z tolerancją ± en.
Na ogół wartość en przyjmuje się jako równą 5% wartości odchyłki początkowej maksymalnej.
Ad. b) charakteryzuje skłonność układu regulacji do oscylacji. Przeregulowanie określa się jako bezwzględną wartość stosunku sąsiednich amplitud przebiegu. .
Przebiegi, w których wartość przeregulowana c równa się 0 nazywane są przebiegami aperiodycznymi a pozostałe oscylacyjnymi.
14. Defincja pojęć : przeregulowanie, czas regulacji, uchyb ustalony (statyczny) uchyb maksymalny.
c) statycznych - es,
d) dynamicznych - edmax
Ad. a) Odchyłka statyczna es w układach regulacji jest różnicą sygnałów: wartości zadanej yz i sygnału wyjściowego z obiektu y w stanach ustalonych.
Ad. b) Maksymalna odchyłka dynamiczna regulacji edmax jest jednym z ważniejszych wskaźników w ocenie jakości dynamicznej układu. W układach z regulatorami astatycznymi gdzie edmax = A1...
marcin0732