Лабораторный практикум по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами». Методическое пособие для студентов специальностей 240900

При увеличении температуры увеличивается сопротивление Rt , условия равновесия (7.1) нарушаются и

напряжение Uab становится отличным от нуля. Условие равновесия моста восстанавливается изменением движка переменного резистора R3 . Таким образом, положение движка резистора R3 должно быть однозначно связано с величиной термопреобразователя сопротивления Rt , а, следовательно,

со значением температурыt. Однако в схеме с 2-х проводным соединением это оказывается не так. Выразим из формулы (7.1) величину термопреобразователя сопротивления:

Rt R1 R3 2Rпр . R2

Как видно, на величину Rt , определяемую из условий

равновесия (7.1), влияет зависящее от температуры окружающей среды сопротивление проводов. Погрешность измерения температуры при этом оказывается весьма значительной. Для устранения этого недостатка применяют 3-х проводное подключение в мостовую схему термопреобразователя сопротивления (см. рис.7.1). Условия равновесия моста и величина Rt в этом случае имеют вид:

R2 ( Rt Rпр ) R3 ( R1 Rпр ) ,

Rt R1 R3 R3 Rпр Rпр . R2 R2

Таким образом, при 3-х проводном подключении влияние сопротивления проводов значительно меньше, а при условии R3 R2 это влияние равно нулю.

Т о к о в ы й н о р м и р у ю щ и й п р е о б р а з о в а т е л ь д л я т е р м о п р е б р а з о в а т е л е й с о п р о т и в л е н и я

Действие токового нормирующего преобразователя для термопреобразователей сопротивления (ТНПТС) основано на статической автокомпенсации. Его принцип работы поясняется на рис.7.2.

10

ТНПТС состоит из измерительного неуравновешенного моста с резисторами R1 , R2, R3 , изготовленными из

Рис. 7.2. Схема токового измерительного преобразователя для термопребразователей сопротивления

манганина, усилителя 2 с большим коэффициентом усиления (K >> 1) с токовым выходом IВЫХ , усилителя обратной связи 4 и постоянного сопротивления обратной связи RОС . Термопреобразователь сопротивления (в состав ТНПТС не входит) подключен к измерительному неуравновешенному мосту по трехпроводной схеме, чтобы устранить влияние сопротивлений соединительных линий (подробнее об этом см далее). Напряжение разбаланса Uab моста пропорционален изменению сопро-

тивления терморезистора Rt относительно минимального значения, при котором мост находится в равновесии, т.е.

U ab KM ( Rt Rt min ) ,

где KM – коэффициент пропорциональности.

Перед входом в усилитель 2 напряжение разбаланса сравнивается с падением напряжения на резисторе ROC. Выходной унифицированный токовый сигнал IВЫХ практически пропор-

11

ционален напряжению разбаланса моста и, следовательно, измеряемому сопротивлению Rt , т.е.

Таким образом, если Rt = Rt min , то значение выходного унифицированного токового сигнала равно нулю, а при

Rt Rt min Rmax ,

значение тока на выходе усилителя 2 за счет подбора значения ROC достигает заданного максимального значения (например, 5 мА), причем выходной токовый сигнал не зависит от изменения сопротивления нагрузки RН.

7.5.Контрольные вопросы

1.Дать определение понятиям меры, измерения, уравнения измерения, точности измерений.

2.Что называется статической и динамической характеристиками прибора, диапазоном измерения, верхним пределом, ценой деления, порогом чувствительности?

3.В чем отличие между прямыми, косвенными и совокупными измерениями? датчиком и измерительным прибором?

4.Как определяются абсолютная, относительная, приведенная относительная погрешности, класс точности прибора?

5.Решить задачи 1-4 по оценки погрешностей измерений.

6.Какие свойства веществ используются при измерении температуры? Принцип действия и достоинства термопреобразователей сопротивления?

7.Записать условия равновесия моста, показать аналитически преимущества 3-х проводной схемы подключения термопреобразователя сопротивления.

8.Пояснить работу токового нормирующего преобразователя для термопребразователей сопротивления.

9.Назначение, общее устройство, элементы управления и индикации прибора МПР51.

12

ОТ Ч Е Т

олабораторной работе №7

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

1.Цель работы

1.Ознакомиться с принципом действия и техническим устройством термометров сопротивления.

2.Изучить назначение, общее устройство, элементы управления и индикации прибора МПР51.

3.Изучить и исследовать двух и трех проводные схемы подключения термометров сопротивления.

2.Схема эксперимента

Вкл. Пр.

2-х, 3-х проводное соединение

Магазин сопротивлений

13

3. Таблица с результатами исследований

Подпись исполнителя____________________

14

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 8

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ

8.1. Цель работы

Ознакомиться с методикой определения динамических свойств объектов регулирования по экспериментально полученным переходным характеристикам.

8.2. Краткие теоретические сведения

Динамические характеристики могут определяться аналитическим и экспериментальным путем. Определение динамических свойств объектов аналитическим путем сводится к составлению дифференциальных уравнений динамики поведения объекта регулирования на основании использования основных законов физики (сохранения энергии, массы и т.д.). Однако, для сложных объектов эти уравнения имеют высокий порядок, их решение является трудоемкой задачей. В связи с этим в практических приложениях динамические свойства объектов часто определяют экспериментальным путем.

Для экспериментального определения переходной характеристики (кривой разгона) объект приводят в равновесное состояние, близкое к номинальному. Затем быстрой перестановкой регулирующего органа вносят скачкообразное возмущение и через определенные промежутки времени регистрируют изменяющиеся значения выходной величины (регулируемого параметра) до прихода ее к новому установившемуся значению. На основании полученных данных строят график переходной характеристики объекта, т.е. график изменения выходной величины y(t) при скачкообразном изменении входной величины x(t)=B 1(t).

По переходной функции определяются динамические пара-

15

метры объекта: постоянные времени Тi, коэффициент пере-

дачи ki.

Для решения задачи идентификации используют различные методы: графоаналитические, основанные на использовании переходных функций и частотных характеристик, интегральных оценок и т.д.

Ниже ограничимся рассмотрением графоаналитического метода идентификации двух емкостных объектов управления (как наиболее распространенных в химических и перерабатывающих технологиях), основанных на использовании ступенчатых сигналов. Передаточная функция таких объектов имеет вид:

неизвестными параметрами которой, будем считать коэффициент усиления k и постоянные времени T1 и T2 . Пусть на вход системы в эксперименте подан ступенчатый сигнал величиной B, а выходной сигнал y имеет вид, представленный на рис.8.1, а.

Так как объект управления линейный и стационарный, то его свойства не зависят от амплитуды входного сигнала и начальных условий, поэтому выходной сигнал y(t) (см. рис.8.1, а) можно преобразовать в переходную функцию h(t) по формуле:

График полученной в результате пересчета экспериментальной функции представлен на рис.8.1, б. На практике при идентификации подобных объектов графоаналитическим методом оказалось удобным замена их графиков графиками одно емкостных объектов с запаздыванием (см.рис.8.2).

Соответствующая передаточная функция имеет вид:

Для определения ее параметров на графике переходной

16

y (t)

y( )

x(t)=B 1(t)

y0

Рис.8.2. Переходная функция одно емкостного объекта с самовыравниванием и запаздыванием

17

функции через точку перегиба A необходимо повести касательную, как показано на рис.8.1, б и из рисунка определить параметры k, T0, . Для того, чтобы уменьшить ошибки определения параметров, связанные с проведением касательной, применяют следующие формулы:

линейной интерполяции (формулы интерполяции приведены на рис.8.3):

соответствующие значениям переходных функций hi' , hi' 1 . Аналогично определяется значение ti" :

18

соответствующие значениям переходных функций hi" , hi" 1 .

Для проверки точности идентификации в СИАМ набираем схему, изображенную на рис.8.4.

Рис.8.3. Схема исследования в СИАМ результатов идентификации ОУ графоаналитическим методом

19