Система автоматичного регулювання рівняння рідини.
Контроль рівня рідини та сипких матеріалів у апаратах, резервуарах, бункерах широко використовується під час автоматизації технологічних процесів харчових виробництв. Особливе значення має вимірювання рівня в тих випадках, коли необхідно забезпечити безпеку роботи устаткування - харчоварильних котлів, автоклавів, кип’ятильників та ін. Крім того контроль рівня проводиться для обліку матеріалів, попереджень переповнення ємності та бункерів, сигналізації відхилення рівня від заданого значення, а також для вимірювання порцій матеріалів, які застосовуються. Залежно від характеру роботи рівнеміри поділяються на вимірювачі та сигналізатори. За принципом дії рівнеміри діляться на поплавкові, гідростатичні, електричні, вагові та ін.
У поплавковому рівнемірі переміщення поплавка на поверхні рідини передається на показуючий пристрій.
Поплавкові рівнеміри можуть використовуватись для регулювання рівня рідини в резервуарі. Поплавок (рис.3.1) з’єднаний через важельний пристрій з клапаном, який регулює постачання рідини з трубопроводу до резервуару. З підвищенням рівня рідини поплавок піднімається і діє на клапан, який зменшує постачання рідини. Такі регулятори рівня застосовуються, наприклад, у кип’ятильниках безперервної дії для регулювання постачання води з водопроводу в поживну коробку.
Рис. 3.1. Поплавковий рівнемір
Недоліком поплавкових рівнемірів і регуляторів рівня є велика металоємність, недостатня надійність та точність.
У гідростатичних рівнемірах вимірювання рівня рідини базується на вимірюванні тиску, який утворюється стовпом рідини і застосовується для вимірювання рівня в ємностях, які знаходяться під тиском. За способом вимірювання гідростатичні рівнеміри діляться на прилади з безперервним продуванням повітря (п’єзометричні) і з безпосереднім вимірюванням стовпа рідини.
У цьому рівнемірі (рис. 3.2) стиснене повітря крізь дросель 1 та ротаметр 2 подасться у відкриту з одного кінця п’єзометричну трубку 3, занурену до резервуару 5.
Рис. 3.2. П’єзоелектричний рівнемір
Тиск повітря в п’єзометричній трубці зумовлюється протитиском стовпчика рідини і дорівнює йому. Тому тиск повітря, що вимірюється манометром 4, характеризує рівень води в резервуарі. Величина витрати повітря, яке безперервно придумається через п’єзоелектричну трубку, встановлюється дроселем 1 і контролюється ротаметром 2.
У електричних рівнемірах зміна рівня перетворюється в пропорційний електричний сигнал. Найбільше розповсюджені ємнісні та електролітичні рівноміри.
У ємнісних рівнемірах використовуються діелектричні властивості рідин. Перетворювач ємнісного рівнеміра (рис. 3.3) являє собою електричний конденсатор, який перетворює зміну рівня рідини на пропорційне змінювання ємності.
Рис. 3.3. Ємнісний рівнемір
Дія електролітичних (електроконтактних) сигналізаторів рівня заснована на електропровідності рідин. Прилад складається з електромагнітного реле, яке вмикається послідовно з електродом, встановленим на визначеному рівні в резервуарі (рис. 3.4). Якщо рівень рідини досягає електроду Е, коло між електродом та корпусом резервуара замикається.
Електроконтактні сигналізатори рівня широко застосовують для сигналізації та підтримування в заданих межах рівня води в теплових апаратах підприємств харчування (харчоварильних котлах, автоклавах, кип’ятильниках).
Рис. 3.4. Електролітичний сигналізатор рівня
Електростатичний сигналізатор простий, має високу точність контролю заданих положень рівня, проте наявність безпосереднього електричного контакту з середовищем, що контролюється, призводить до корозії та забруднення електродів, що знижує надійність роботи приладу.
Обґрунтування основних умов стійкості САР і дослідження її
на стійкість
Поняття стійкості автоматичних систем .
В процесі функціонування будь-якої системи змінюються властивості та параметри технічних пристроїв, які входять до них (наприклад, внаслідок старіння та зносу). Крім того, на автоматичні системи постійно діють різні, заздалегідь невідомі, збурення. Ці обставини можуть привести до неправильної роботи автоматичного регулюючого пристрою і, як наслідок, до порушень в функціонуванні об'єкту регулювання. Щоб цього не відбулося, автоматична система повинна бути запроектована спеціальним чином і володіти специфічною властивістю - стійкістю.
Автоматична система вважається стійкою, якщо вона протистоїть дії збурення, а будучи виведеною з усталеного стану деякою причиною, повертається в початковий стан після припинення дії цієї причини. В стійкій системі малі зміни вхідного сигналу або деякого збурення початкових умов або параметрів не можуть привести до значних відхилень вихідного сигналу, а виникаючі в автоматичній системі перехідні процеси з часом згасають.
У рамках теорії автоматичного керування автоматичної системи досліджуються шляхом аналізу їх математичних моделей. Математичну модель лінійних стаціонарних систем можна представити диференціальним рівнянням системи.
Достатньо загальним описом математичні моделі лінійної системи є лінійне диференціальне рівняння виду:
(4.1)
де
У
випадку, якщо система не тільки лінійна,
але й стаціонарна (коефіцієнт
та
не
залежить від часу, є константами),
рівняння (4.1)
приймає
вигляд:
(4.2)
У деяких випадках рівняння (4.2) записують у скороченій формі:
(4.3)
Відомо також, що рішення цього диференційного рівняння можна представити у вигляді суми загального рішення однорідного рівняння та часткового рішення неоднорідного рівняння. Іншими словами, вихідний сигнал лінійної стаціонарної системи можна представити співвідношенням:
Y(t)= Yb(t) + Y3(t), (4.4)
де Yb(t) - вільна складова вихідного сигналу автоматичної системи, яка уявляє собою реакцію автоматичної системи на нульові початкові умови при X(t)= 0;
Y3(t)- змушена складова вихідного сигналу, яка уявляє собою реакцію автоматичної системи, яка знаходиться у момент вмикання у стані спокою, на вхідний сигнал Х(t).
Зрозуміло, що стійкість системи треба розглядати як внутрішню властивість системи. Властивість незалежну від того, знаходиться система в збудженні чи спокої. Властивість, яка залежить тільки від структури та , параметрів автоматичної системи, але не від зовнішніх збурень. Тому поняття стійкості треба відносити до власних збуджень системи, які породжуються початковими умовами та збуреннями. Відповідно до такого підходу лінійну стаціонарну автоматичну систему треба вважати стійкою, якщо для будь-яких нульових початкових умов вільна складова її вихідного сигналу Ув(t) з часом наближається до нуля.