книги из ГПНТБ / Печененко, В. И. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок учеб. пособие

Уменьшение колебательности достигается уменьшением коэф­ фициента усиления.

Для одноемкостных устойчивых объектов с постоянной време­ ни r > 1 0 сек и колебательности 0 , 2 рекомендуется принимать

Для многоемкостных устойчивых объектов в зависимости от

отношения - у и желательного качества переходного процесса

1

определяется величина -------, позволяющая установить неоохо- kpkl

днмый коэффициент усиления регулятора. Линия 1 на рис. 58 со­ ответствует апериодическому процессу, а линия 2 — колебатель­ ному с перерегулированием 2 0 %.

Время сервомотора должно быть установлено минимально воз­ можное, обеспечиваемое усилителем или определяемое условия­ ми эксплуатации регулируемого объекта.

При настройке П-регулятора необходимо проверять допусти­ мость статической ошибки характеристики регулирования САР, ■состоящей из устойчивого объекта и П-регулятора. Уравнение ста­ тики САР можно получить совместным решением уравнений (21) и (84), предварительно приравняв все производные к нулю:1

1

— + г

О

'90

Неравномерность характеристики регулирования САР опреде­ лим как разность значений ф, соответствующих нулевой и макси­ мальной нагрузкам:

процесса, динамическая ошибка и время регу­

сервомотора, коэффициент усиления и время изодрома.

Время сервомотора, как и у П-регуляторов, рекомендуется

чения коэффициента усиления и времени изодрома регулятора (рис. 60). Кривые 1 на этом графике соответствуют апериодиче­ скому процессу, а кривые 2 — колебательному с перерегулирова­

нием 2 0 %.

Если свойства регулируемого объекта неизвестны, настройку регулятора производят изменением коэффициента усиления и вре­

91

мени изодрома, добиваясь необходимых показателей качества пе­ реходного процесса. На рис. 61 показаны переходные процессы САР, состоящей из многоемкостного устойчивого объекта и ПИрегулятора, при различных настройках последнего. Уменьшение коэффициента усиления при неизменном значении времени изо­

дрома улучшает устойчивость, уменьшает колебательность и увеличивает динамиче­ скую ошибку (рис. 61, а). Увеличение вре­ мени нзодрома при неизменном значении коэффициента усиления улучшает устой­ чивость, отклонения регулируемой ве­ личины от задания снимаются все мед­ леннее и при Тп = оо (ПИ-регулятор пре­ вращен в П-регулятор) появляется статизм (рис. 61,6).

ПД-регуляторы имеют три настроечных параметра — время сервомотора, коэффициент усиления и время дифференцирования. Тс — рекомендуется устанавливать минимальным. Независимо от самовыравнивания объекта рекомендуется принимать для обес­ печения колебательности 0 ,2 .

ПИД-регуляторы имеют четыре настроечных параметра — время сервомотора, коэффициент усиления, время изодрома и время дифференцирования. Тс — рекомендуется устанавливать минимальным.

Независимо от самовыравнивания объекта для колебательно­ сти 0 , 2 можно принимать

92

Г лава U

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (КИП)

§ 25. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И КЛАССИФИКАЦИЯ КИП

Измерение параметра. Чтобы обеспечить экономич­ ную и безаварийную работу судовой энергетической установки, необходимо контролировать течение процессов во всех звеньях установки. Эта задача выполняется с помощью КИП, которые измеряют параметры, характеризующие процессы в энергетиче­ ской установке.

Измерением параметра называют процесс сравнения его вели­ чины с некоторым значением данного параметра, принятым за единицу.

Параметр можно измерить прямым и косвенным способом. При прямом измерении контролируемый параметр непосредствен­ но сравнивается со своей единицей, при косвенном— числовое значение измеряемого параметра находится вычислением по из­ вестным формулам, в которые подставляются значения величин, найденных прямым измерением. Например, для определения плотности тела р в килограммах на кубический метр прямым измерением определяется объем тела Ѵ% в кубических метрах при данной температуре Ѳ и массе т и производится вычисление по формуле

температуре.

Каждый контрольно-измерительный прибор состоит из трех элементов: датчика, сравнивающего (счетного) элемента и пока­ зывающего (регистрирующего) элемента, которые могут быть скомпонованы в одном или двух блоках.

Большинство КИП состоит из трех частей: первичного прибо­ ра, вторичного прибора и соединительных линий. Первичный прибор получает импульс непосредственно от измеряемой величи-

93

мы и через соединительные линии (трубки, провода) передает его вторичному прибору. Так как первичные приборы обычно преобразуют импульс измеряемой величины в другой вид им­ пульса (например, давление в перемещение, температуру в э.д.с. и т. п.), то их часто называют датчиками. Вторичный прибор, преобразуя полученный от первичного прибора импульс в соот­ ветствующее перемещение стрелки, пера или счетного механизма, дает показание измеряемой величины. В ряде случаев первичные приборы могут иметь измеряющее приспособление (шкалу и стрелку) и применяться без вторичных приборов.

Классификация и точность показания КИП. Контрольно-изме­ рительные приборы могут быть разделены на две группы — тех­ нические (эксплуатационные), устанавливаемые на судне для эксплуатационного контроля, и переносные, предназначенные для периодических замеров.

При проведении испытаний и наладок силовой установки, а также при проверке технических приборов применяются специ­ альные приборы, на точность которых в условиях продолжитель­ ной эксплуатации влияют вибрация, высокая температура, влаж­ ность, качка и другие специфические условия работы судовой энергетической установки, а также приборы повышенной точности, требующие специального обслуживания.

Технические приборы должны удовлетворять следующим тре­ бованиям: надежно работать длительное время; иметь необходи­ мую для практических целей точность; иметь достаточно высокую чувствительность и быстро реагировать на изменения параметра.

Основной характеристикой контрольно-измерительных прибо­ ров является точность показания, которая определяется их по­ грешностью. Погрешность измерения, зависящая от качества из­ готовления прибора, называется инструментальной. Инструмен­ тальная погрешность с течением времени вследствие износов, остаточных деформаций и загрязнений увеличивается.

Погрешность показаний прибора может быть выражена в фор­ ме абсолютной или относительной погрешности. Абсолютная по­ грешность а выражается в единицах шкалы прибора, а относи­ тельная б как отношение абсолютной погрешности к шкале при­

В зависимости от качества прибора, его назначения и преде­ лов измерения для различных категорий приборов устанавливает­ ся так называемая допустимая погрешность, которая характери­ зует отклонения показаний прибора от действительного значения

94

в обе стороны. Прибор считается годным к применению, если при проверке погрешность по всей шкале не превышает допустимую.

Относительная допустимая погрешность определяется по фор­ муле

Основной погрешностью примято считать относительное значе­ ние погрешности прибора при нормальных условиях работы. Ее величина определяет класс точности прибора. Условное обозначе­ ние класса точности прибора отмечается на его шкале цифрой, помещенной в кружке, и обозначает размер погрешности прибора в процентах. Например, приборы, погрешность измерений кото­ рыми при нормальных условиях работы (основная погрешность) составляет ±0,2; ±0,5; ±2,5; ±4,0%, имеют класс точности 0,2; 0,5; 2,5; 4,0.

Контрольно-измерительные приборы могут быть классифициро­ ваны по назначению п по способу отсчета.

По назначению их можно подразделить на следующие группы: приборы для измерения давления и разрежения; приборы для измерения температуры;

приборы для измерения расхода (пара,, газа, жидкости и т. п.); приборы для определения мощности или крутящего момента

и т. д.

приборы для анализа газов, воды, топлива, масел. По способу отсчета приборы разделяются на:

показывающие, которые указывают значение измеряемой ве­ личины в момент измерения по отсчетному приспособлению при­ бора;

самопишущие, автоматически записывающие результаты изме­ рений;

суммирующие (счетчики), позволяющие определять суммарное значение измеряемой величины (расход материальных сред, час­ тоту вращения и т. п.);

сигнализирующие, включающие звуковую или световую сигна­ лизацию при отклонении измеряемой величины за допустимые пределы.

§ 26. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

Пружинные манометры. Для измерения давления и разрежения в судовых энергетических установках получили широ­ кое распространение манометры с одповитковой и многовитковой трубчатой пружиной. На рис. 62, а показан манометр с одновитковой трубчатой пружиной (трубка Бурдона). Полая трубка овального или эллиптического сечения 1, согнутая по дуге на угол 180—270°, является упругим элементом. Один конец трубки впаян в металлическую колодку 4 с ниппелем 3. Через ниппель трубка

95

сообщается со средой, давление которой измеряется. Другой ко­ нец трубки запаян и может перемещаться.

Под действием измеряемого давления сечение трубки стремит­ ся стать круглым. За счет разности площадей внешней и внутрен-

ней стенок трубки создается усилие, заставляющее перемещаться свободный конец трубки. Через передаточный механизм 2 пере­ мещение свободного конца трубки передается стрелке, указываю­ щей на шкале прибора величину давления. По такому же принци­ пу работают приборы для измерения разрежения,— вакуумметры.

На рис. 62, б показан манометр с многовнтковой (геликоидаль­ ной) пружиной. Многовитковая трубчатая пружина 2 соединена трубкой 1 со средой, давление которой измеряется. Один конец трубки неподвижно закреплен в корпусе, другой соединен пере­ даточным устройством 3 со стрелкой или рычагом пера прибора 4. Принцип работы многовнтковой пружины такой же, как и одновитковой. Так как многовитковая пружина имеет большую дли­ ну, чем одновитковая, то и перемещение ее свободного конца больше, чем у одновитковой, при тех же изменениях давления.

Мембранные и жидкостные манометры. Применяются для из­ мерения малых величин давления и разрежения, например давле­ ния воздуха, нагнетаемого в топку котла. Принципиальная схема конструкции мембранного тягомера показана на рис. 63. Воздух или газ, давление которого измеряется, подводитя по трубке 9 и втулке 10 во внутреннюю полость мембранной коробки 11, состоя­ щей из двух круглых металлических гофрированных мембран, ко­ торые спаяны по окружности. При отклонении измеряемого дав­ ления высота мембранной коробки соответственно изменяется.

96

К верхней мембране припаян штифт 13, который перемещает­ ся вместе с верхней мембраной и, поворачивая коленчатый ры­ чаг 4, воздействует через тягу 5 и рычаг 7 на указательную стрелку 2, закрепленную на оси 6. Деформация мембранной ко-

шением давления), поэтому для получения пропорционального пе­ ремещения стрелки 2 предусмотрено устройство, состоящее из

Уширенный сосуд 1 соединен со стеклянной наклонной трубкой 2. Благодаря наклону трубки 2 обеспечивается измерение с боль­ шой точностью (до десятых долей мм вод. ст.).

Дифференциальные манометры. Для измерения разности дав­ лений применяются жидкостные, пружинные и мембранные диф­ ференциальные манометры (дифманометры).

указывает на подвижной шкале разность между большим и мень­ шим давлениями.

§ 27. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Жидкостные стеклянные термометры. Работа жидко­ стного стеклянного термометра основана на разности объемных температурных коэффициентов расширения термометрическо'й жидкости и стекла. Для заполнения жидкостных термометров! применяются ртуть, этиловый спирт, эфир и другие в зависимости от пределов измерения. Жидкостные термометры выполняются палочными или со вложенной шкалой. Палочный термометр (рис. 67, а) состоит из термобаллона 2, соединенного с толсто­ стенным капилляром 1, на котором нанесена шкала. Термометр со вложенной шкалой (рис. 67, б) состоит из термобаллона 2, тон­ костенной капиллярной трубки 4 (без шкалы), шкалы из молоч­ ного стекла 1 и наружной цилиндрической оболочки 3.

Термометры градуируются либо погружением нижнего конца термометра в нагреваемую среду, либо погружением всего термо­ метра до деления шкалы, соответствующего измеряемой темпе-

98

ратуре. Если градуировка производилась вторым способом, а уста­ новка его в среду, температуру которой он измеряет, осуществлена не на полную длину шкалы, то при точных измерениях необхо­ димо вводить температурную поправку на выступающую часть столбика термометрической жидкости. Поправка определяется по формуле

вают большие усилия, что позволяет их использовать в автомати­ ческих регуляторах прямого действия. Однако для получения не­ обходимых перемещений измерителя давления приходится ис­ пользовать термобаллоны с большими объемами термометриче­ ской жидкости, что увеличивает тепловую инерционность прибора.

Парожидкостные термометры заполняются термометрической жидкостью, кипящей при измеряемой температуре не полностью, а частично. Для исключения влияния температуры окружающей среды капилляр и измеритель давления могут .быть заполнены другой жидкостью, не кипящей при температуре и давлении в термосистеме.

Газовые термометры заполняются инертным газом, например азотом.