1. Пропорциональный закон (п-закон).

где k-настроечный параметр (коэффициент

пропорциональности).

Преимущество: самый быстродействующий закон регулирования

Недостатки: наличие всегда статистической ошибки

2. Пропорционально-интегральный закон (пи-закон).

где k- коэффициент пропорциональности;

T_и - время интегрирования.

Сначала работает пропорциональная составляющая, которая дает статистическую ошибку, а затем-интегральная составляющая, которая снимает эту ошибку. Таким образом, ПИ-закон дает точное регулирование. Является наиболее распространенным законом.

3. Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (пид-закон).

где k- коэффициент пропорциональности;

Tи-время интегрирования;

Tд-время дифференсации (предварения).

- скорость изменения параметра. Скорость изменения параметра всегда превосходит изменение. Поэтому данный закон обладает опережающим действием.

Используется для очень инерционных объектов (печь)

Влияние настроечных параметров на форму переходного процесса (т.е. на показатели качества регулирования):

1. предположим, что параметры k1, Tи1, Tд1 сменились на k2 >k1, Tи2 >Tи1, Tд2 >Tд1. Увеличилась первая амплитуда А1, а значит динамическая ошибка удин возросла, tрег может уменьшиться. Аналогично и при изменении Тд.

2. Предположим k2=k1 , Tи2 >Tи1, -регулирующее воздействие будет уменьшаться, tрег –может увеличиться

Свойства объектов регулирования.

Три основных свойства объектов регулирования:

1. Самовыравнивание

2. Емкость

3. Запаздывание

1. Самовыравнивание - свойство объекта самостоятельно приходит в установившееся состояние после входного воздействия.

Рассмотрим объект регулирования с самовыравниванием.

Рассмотрим объект регулирования без самовыравнивания.

На выходе установлен насос с определенной производительностью.

– изменение уровня

2. Емкость.

Характеризует инерционность объекта.

Можно представить как отношение входа к скорости изменение параметра. Чем больше скорость изменения во времени, тем меньше емкость и наоборот. Печи обладают наибольшей емкостью

3. Запаздывание

– изменение выхода при изменении входа.

При изменении в момент t1 будет изменять со временем, т.к. трубопровод имеет определенную длину.

Эмпирические формулы выбора закона регулирования.

В этих формулах Т-постоянная времени, τ-время запаздывания.

Лекция 5

Технические средства автоматизации (тса)

К ТСА относятся:

• Измерительные преобразователи (чувствительный элемент)

• Нормирующие преобразователи

• Контроллеры, автоматические регуляторы

• Исполнительные устройства

• Вторичные приборы (приборы, предназначенные для показания или записи параметра)

Измерительные преобразователи

1. Измерение температуры

Для измерения температуры используют физические свойства тел, однозначно зависящих от температуры и легко поддающееся измерению. К таким свойствам относятся:

1. Объемное расширение тел (термометры расширения);

2. Изменение линейного размера тел (дилатометры);

3. Изменение давления в замкнутом объеме (манометрические термометры);

4. Возникновение термоэлектродвижущей силы (термопары);

5. Изменение электрического сопротивления проводников (термометры сопротивления);

6. Изменение электрического сопротивления полупроводников (термисторы);

7. Изменение интенсивности излучения нагретых тел (пирометры).

Термометры расширения относятся к местным приборам (-150°С ÷ +600°С), принцип работы которых основывается на принципах измерения:

• Изменения объема жидкости

• Изменения размеров твердых тел [дилатометры]

Манометрические термометры состоят из:

• Термобаллона (1)

• Капилляра (2)

• Одновитковой трубчатой пружины (3)

• Шкалы (4)

У жидкостного манометрического термометра (-150°С ÷ +600°С) термобаллон заполняется жидкостью (ртуть, спирт, толуол). У газового манометрического термометра (-150°С ÷ +600°С) – газом (гелий, азот). У парожидкостного манометрического термометра или конденсационного манометрического термометра (-50°С ÷ +350°С) – легкокипящей жидкостью (эфир, пропан).

Принцип действия основывается на установленной зависимости давления от температуры P=f(T).

Термопары работают на принципе возникновения ТЭДС между двумя сплавами, спаянными друг с другом (см. схему). При некоторой разности температур горячего и холодного спаев термопары возникает ТЭДС, которая может быть зафиксирована.

Существуют следующие виды термопар:

• ТХК, термопара хромель-копель (-50°С ÷ +600°С)

• ТХА, термопара хромель-алюмель (-50°С ÷ +600°С)

• ТПП, термопара платинородий-платина (0°С ÷ +1300°С)

• ТВР, термопара вольфраморений (0°С ÷ +2200°С)

Термометры сопротивления. Принцип действия основан на эффекте изменения сопротивления проводника (Cu, Ni, Pt) в зависимости от температуры R=f(T). Пределы измерения (-250°С ÷ +1100°С).

Также для измерения больших температур (-50°С ÷ +6000°С) используются пирометры.

Измерение давления

Приборы для измерения давления классифицируются

По виду измеряемого давления:

• Манометры избыточного давления

• Манометры абсолютного давления

• Барометры

• Вакуумметры

• Мановакууметры (избыточное давление + вакуум)

• Напорометры (избыточное давление до 40 кПа)

• Тягометры (вакуум до -40 кПа)

• Дифференциальные манометры (перепад давления)

По принципу действия:

• Жидкостные

• Деформационные

• Поршневые

• Электрические

• Ионизационные

• Тепловые

Деформационные приборы для измерения давления

Чувствительные элементы:

• Манометрическая трубчатая пружина (до 1000 МПа). Используется упругая криволинейная полая трубка. Давление подается в полую трубку и преобразовывается в движение запаянного конца трубки. Малая ось (дуга) при давлении увеличивается, причем длина трубки остается постоянной.

• Сильфон – тонкостенная (0,1-0,3 мм) цилиндрическая оболочка (диаметр цилиндра 8-100 мм) с поперечными гофрами, способная получать значительные перемещения под действием давления или силы. Материалы, используемые для изготовления: бронза, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы. После подачи давления днище сильфона образует силу.

• Мембраны (упругие и эластичные, могут иметь гофры).

Деформационные датчики давления

Состоят из:

• Чувствительного деформационного элемента;

• Нормирующего преобразователя, который преобразует силу в стандартные сигналы(P: 0,02-0,1 МПа, E: 0-5 мА).

Тензорезисторные измерительные преобразователи давления («сапфиры»)

Представляют собой мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы. В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта. Суть его в изменении сопротивления проводников или полупроводников при их деформации.

Распространены проволочные и фольговые тензорезисторы. Принцип работы описывается выражением , где - относительное изменение длины тензорезистора.

Материалы изготовления: кремний, сапфир. Класс точности: 0,6-1,5. Пределы измерения: 10^-3-60 МПа.

Рассмотренные измерительные преобразователи могут работать с уравновешенными мостами.

НП

Принцип действия моста основан на том, что сопротивление одного плеча (acb) определяется по сопротивлению другого (adb) плеча при отсутствии тока в диагонали моста.

R1, R2 – постоянные сопротивления;

Rt – сопротивление тензорезистора;

R3 – переменное сопротивление (реохорд);

РД – реверсивный двигатель;

НП – нуль-прибор;

В. Пр – вторичный прибор.

Реверсивный двигатель предназначен для перемещения каретки реохорда, кроме того, для перемещения стрелки вторичного прибора, предназначенного для записи показаний.

В равновесном состоянии (Rt=R3) НП показывает нуль. Если Rt изменилось, то на НП появится сигнал, для уравновешивания моста РД переместит каретку до тех пор, пока Rt=R3 и НП=0.

Данная схема моста используется также с термометрами сопротивления. В этом случае Rt- изменение сопротивления термосопротивления при изменении температуры (тогда вторичный прибор отградуирован в градусах).

Лекция 6