Изучение промышленных приборов для измерения и регулиро-вания технологических параметров

Например: τ_з /Т=0,5; тип регулятора «ПИД». Тогда из графика 2 можно определить, что отношение Т_р/τ_з=9,1. Отсюда Т_р=9,1τ_з. Зная значение параметра τ_з, нетрудно вычислить величину Т_р и проверить выполнение условия (2).

При выборе П-регулятора необходимо, кроме того, проверить  выполнение условия (3). С этой целью по графику на рис. 3 Находим значение Y_ост. После чего и осуществляем эту проверку.

Рис. 3

Если остаточное отклонение превышает допустимое  Y_ост^мах, то рекомендуется либо увеличить коэффициент передачи АСР, либо вместо П-регулятора выбрать ПИ- или ПИД- регулятор. Такая замена приведёт к тому, что остаточное отклонение Y_ост станет равным нулю. Вместе с тем введение в закон управление интегральной составляющей ухудшит качество переходного процесса регулирования. Следовательно, указанный выше порядок проектирования необходимо будет повторить сначала. Все эти  операции нужно проделывать до тех пор, пока не будут выполняться все условия  (1)- (3).

Таким образом, в состав ЗУ входят пропорциональная, интегральная и производная составляющие, т.е. он имеет вид

U(t)= к εε(t)+ки ∫ ε(t) dt + кд  dε(t)/ dt,

где U(t)-управляющее воздействие  регулятора;

ε(t)- ошибка регулирования;

к ε , ки , кд – параметры  закона управления.

Выбор такого закона обеспечит  выполнение условия (1).

Теперь необходимо проверить, будет ли выполняться требование по длительности процесса регулирования (условие 2), т.е.

Тр < Трмах    ,

где Тр – время регулирования, которым будет обладать спроектированная система;

Трмах –максимально допустимое время регулирования (задание на проектирование) Трмах =450с.

По графикам на рис.2 находим  Тр / τ з =9,1. Отсюда Тр=9,1 τ з =422,2с. Не трудно видеть, что условие  (2) выполняется.

Проводить проверку на точность в установившемся режиме в данном случае нет необходимости, т.к. объект регулирования является статическим, а в ЗУ присутствует интегральная составляющая. Следовательно, установившееся значение ошибки будет равно нулю.

 

2. Параметры настройки регулятора.

После выбора закона регулирования, обеспечивающего требуемые показатели качества, следует определить, параметры настройки регулятора, которые зависят от свойств объекта регулирования и вида переходного   процесса.        В таблице 1  приведены формулы выбора настроек kp, Ти, Тд основных регуляторов для статических объектов.

Таблица 1

Применяемый регулятор	Предполагаемый переходный процесс
	апериодический	20%-ное перег-е	мин.интег. квадр.
"П"-рег-р
"ПИ"-рег-р	Ти = 0,6∙Т	Ти = 0,7∙Т	Ти = Т
"ПИД"-рег-р	Ти = 2,4∙t Тд = 0,4∙t	Ти = 2∙t Тд = 0,4∙t	Ти = 1,3∙t Тд = 0,5∙t

 

Вычисление параметров регулятора будем осуществлять по формулам табл.1   при перерегулировании, равном 20%.

Предварительно найдём коэффициент передачи объекта регулирования.

К= У(∞)/М% =10/14=0,710С/%

Вычислим параметры  регулятора.

Коэффициент передачи регулятора  Кр=1,2 Т / Кобτ з =4,9%/0С.

Постоянная времени  интегральной составляющей Ти= 2τ з=92,8с.

Постоянная времени  производной составляющей Тд=0,4τ  з=19,56с.

 

 

Задание

 

Вариант	1	2	3
Максимально возможный процент  хода регулирующего органа: М%	5	4	12
Максимально допустимое динамическое отклонение регулируемой величины: ∆Умах	25	2,5	3
Максимально допустимое время регулирования Тр.мах.	450	160	100
Максимально допустимое установившееся отклонение: Умахост	3,5	0,5	0,5

 

3. Контрольные  вопросы.

1. Что такое автоматическая  система регулирования (АСР)?

2. Из   каких   элементов    состоит    автоматическая    система регулирования,  их назначение?

3. Какие виды регулирования Вы знаете?

4. Как    влияет    самовыравнивание объекта на   свойства?

5. Как   влияет   величина   запаздывания   объекта на  качество регулирования.

6. Как оценивается качество системы управления?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Измерение температуры  с помощью термометров сопротивления и мостовых измерительных схем

 

1. Цель работы.

1.1. Ознакомление  с  принципом действия и техническим  устройством термометров сопротивления.

1.2. Ознакомление с   устройством   и    работой    автоматических электронных мостов.

1.3. Изучение  двух и  трех проводной схемы подключения  термометров сопротивления.

 

2. Общие сведения.

2.1. Устройство и работа  термометров сопротивления.

Термометры сопротивления  применяют для  измерения  температуры  в пределах от -200 до +650 ⁰С.

Принцип действия металлических  термометров сопротивления  основан на  свойстве  проводников  увеличивать электрическое сопротивление при нагревании.  Теплочувствительный  элемент   термометра   сопротивления представляет собой тонкую проволоку (медную или платиновую), спирально намотанную на каркас и заключенную в чехол.

Электрическое сопротивление  проволоки  при  температуре  0⁰С строго  определенное.  Измеряя   прибором   сопротивление   термометра сопротивления,     можно    точно    определить    его    температуру. Чувствительность термометра сопротивления  определяется  температурным коэффициентом  сопротивления материала,  из которого сделан термометр, т.е.  относительным  изменением   сопротивления   теплочувствительного элемента  термометра  при нагревании его на 100⁰С.  Так,  например, сопротивление термометра,  выполненного из платиновой  проволоки,  при изменении температуры на 1 ⁰С изменяется примерно на 36 процентов.

Термометры сопротивления, например, по сравнению манометрическими обладают   рядом   преимуществ:  более  высокой  точностью  измерения; возможностью передачи показаний на  большие  расстояния;  возможностью централизации  контроля  путем  присоединения нескольких термометров к одному измерительному прибору (через переключатель).

Недостаток термометров сопротивления - необходимость в постороннем источнике питания.

В качестве вторичных  приборов в комплекте с термометром  сопротивления применяются обычно автоматические электронные мосты. Для полупроводниковых термосопротивлений измерительными приборами обычно служат неуравновешенные мосты.

Для изготовления термометров  сопротивления,  как отмечалось выше, применяются чистые металлы (платина, медь) и полупроводники.

Платина наиболее полно  отвечает основным требованиям, предъявляемым  к материалу для термометров сопротивления. В окислительной  среде она  химически инертна даже при очень высоких температурах,  но значительно хуже работает в восстановительной среде. В  условиях восстановительной среды чувствительный элемент платинового термометра должен быть герметизирован.

Изменение сопротивления  платины  в  пределах  температур от  0 до +650⁰С описывается уравнением

 

R_t =R_o (1+at+bt²),

 

где  R_t, R_o -сопротивление термометра соответственно при 0⁰С и температуре t

   a, b  -постоянные коэффициенты,   значения   которых определяются  при градуировке термометра по точкам кипения кислорода и воды.

К   достоинствам   меди,   как  материала  для  термометров сопротивления,  следует отнести ее  дешевизну,  легкость  получения  в чистом виде, сравнительно высокий температурный коэффициент и линейную зависимость сопротивления от температуры:

 

R_t =R_o (1+at),

где R_t, R_o - сопротивление материала термометра, соответственно  при 0⁰С и температуре t;

a  -  температурный   коэффициент   сопротивления  (a  =4,26*Е-3       1/град.)

К недостаткам   медных   термометров   относится  малое  удельное сопротивление и легкая окисляемость при  температуре  выше  100⁰С. Полупроводниковые   термосопротивления.   Существенным   преимуществом полупроводников  является   их   большой   температурный   коэффициент сопротивления.    Кроме    того,    вследствие    малой   проводимости полупроводников из них можно изготовить термометры  малых  размеров  с большим   начальным   сопротивлением,   что   позволяет не  учитывать сопротивление соединительных проводов и других элементов электрической схемы   термометра.   Отличительной   особенностью   полупроводниковых термометров   сопротивления   является   отрицательный   температурный коэффициент   сопротивления.   Поэтому   при   повышении   температуры сопротивление полупроводников уменьшается.

Для изготовления полупроводниковых  термосопротивлений применяют окислы титана,  магния,  железа, марганца, кобальта, никеля, меди и др. или  кристаллы  некоторых  металлов  (например  германия) с различными примесями.  Для  измерения  температуры   наиболее   часто   применяют термосопротивления типов ММТ-1,  ММТ-4, ММТ-5, КМТ-1 и КМТ-4. Для всех термосопротивлений типов ММТ и КМТ  в  рабочих  интервалах  температур сопротивление меняется от температуры по экспоненциальному закону.

Серийно выпускаются  платиновые термометры сопротивления (ТСП) для температур  от  -200  до +180 ⁰С и медные термометры сопротивления (ТСМ) для температур от-60 до +180 ⁰С.  В этих пределах температур существует несколько стандартных шкал.

Все серийно выпускаемые  платиновые термометры сопротивления имеют условные обозначения:  50П, 100П, что соответствует при 0⁰С 50 ом и 100 ом. Медные термометры сопротивления имеют обозначения 50М и 100М.

Как правило, измерение   сопротивления  термометров  сопротивления производится с помощью мостовых измерительных схем  (уравновешанные  и неуравновешенные мосты).

 

2.2. Устройство и работа  автоматических электронных   равновесных мостов.

Автоматические электронные   мосты - это приборы, работающие с различными  датчиками, в  которых  измеряемый  технологический параметр (температура, давление и т.п.)  может  быть  преобразован  в  изменение сопротивления. Наиболее   широко   автоматические   электронные   мосты применяются в качестве вторичных приборов при  работе  с  термометрами сопротивления.

Принципиальная схема  уравновешенного моста приведена  на рис.1. На рис.1-а показана схема  уравновешенного моста при двухпроводном включении   измеряемого   сопротивления   Rt, являющегося   вместе    с соединительными  проводами плечом моста. Плечи R1 и R2 имеют постоянное сопротивление, а плечо R3 является  реохордом (переменным сопротивлением). В  диагональ  ab  включен  источник  питания схемы, а в диагональ сd-нуль-прибор 2.

 

 

                                          а)                                         б)

Рис.1. Принципиальная схема  уравновешенного моста.

а) двухпроводная схема  подключения

б) трехпроводная схема  подключения.

Шкала моста  располагается  вдоль реохорда, сопротивление которого при изменении Rt изменяют путем перемещения движка 1 до  тех пор, пока стрелка нуль прибора 2 не установится на нулевую отметку. В этот момент ток в измерительной диагонали отсутствует. Движок 1 связан с указателем шкалы.

При равновесии моста  имеет место равенство

R1*R3=R2*(Rt+2*Rпр)

откуда

Rt=(R1/R2)*R3-2*Rпр

Отношение сопротивлений R1/R2, а  также  сопротивление соединительных     проводов    Rпр    для    данного    моста величины постоянные. Поэтому  каждому  значению  Rt  соответствует  определенное сопротивление реохорда R3, шкала которого градуируется либо в Омах, либо в   единицах   неэлектрической    величины, для    измерения    которой предназначена схема, например, в градусах Цельсия.