1.Analogowe i dyskretne sygnały
Analogowe sygnały charakteryzują się tym, że wyjściowy sygnał pomiarowy y, zawiera informację o mierzonej wielkości, może przyjmować dowolną wartość w założonym zakresie zmienności, nazywanym zakresem pomiarowym. W dyskretnych sygnał jest kwantowany w czasie i poziomie, ma charakter funkcji schodkowej.
1,1.systemy pomiarowo-regulacyjne
Zestaw spełniający założone funkcje i mogocych ze sobą współpracować przyrządów pomiarowych i urządzeń pomocniczych, przeznaczonych do zbierania, porównywania, rejestracji i przetwarzania informacji o mierzonych wielkościach fizycznych.
1,2.sygnały standardowe
sygnał mechaniczny - nośnikiem inforamacji jest siła lub przesunięcie. Przesuwa się go za pomocą cięgna lub dzwigni na niewielkie odlegości. Odporne na zakłócenia, brak obróbki mateamtycznej. Duża energia, mały nośnik. Sygnał hydrauliczny - nośnikiem jest ciśnienie cieczy. Przesyła się metalową rurkę; niewielkie odległości. Tani nośnik. Bardzo duża odporność na zakłócenia. Bardzo duża eneria. Brak obróbki matematycznej. Występuje w hydraulice siłowej. Sygnał pneumatyczny - nośnikiem jest ciśnienie powietrza. Odleglość 100-200m. Tani nośnik, rurka z tworzywa sztucznego. Duza odpornosc, spora energia, obrobka matematyczna..
2.Schematy układów sterowania i regulacji automatycznej, sprzężenie zwrotne
Człowiek jest zastąpiony działaniem urządzenia automatycznego (regulator). Obiektem regulacji jest urządzenie lub proces, w którym reguluje się jeden z parametrów x. Parametr ten jest mierzony i przetwarzany na standardowy sygnał pomiarowy y=f(x) przez zespół pomiarowy..
3.Człony proporcjonalne i opóźniające
Proporcjonalne: rownanie dY/dτ=K (dX/dτ) Transmitacja: G(s)=K Równanie charakterystyki statycznej: Y=KX Odpowiedz elementu proporcjonalnego na wymuszenie skokowe nastepuje w momencie wymuszenia, kształt odpowiedzi odpowiada kształtowi wymuszenia, a amplituda odpowiedzi wynosi Kxst.
Opóżniające: równanie Y(τ)=X(τ-τ0)
transmitacja: G(s)= e ^(-τ0*s) Równanie charakterystki statycznej Y=X. Odpowiedz elementu opóźniającego na wymuszenie skokowe następuje po czasie τ0 od skoku wartości X. Przebieg odpowiedzi ma kształt przebiegu wymuszenia, a jej amplituda wynosi Xst
4.Człony inercyjne I-go i wyższych rzędów
Równaie: T*(dY/dτ)+Y=KX Transmitacja G(s)=K/(T*s+1) Równanie charakterystyki statycznej: Y=KX Odpowiedz na wymuszenie skokowe po scalkowaniu rownania dla zerowych warunkow poczatkowych. Wzrost sygnału rozpoczyna się w momencie skoku wartosci X, ale ma on przebieg wykładniczy, doprowadzajacy do asymptoty na poziomie Kxst. T=τ->(1-e^-1)=0,632 3T=τ->(1-e^-3)=0,95 5T=τ->(1-e^-5)=0,99 Odpowiedz na wymuszenie liniowe narastajace. Odp. elementu inercjalnego: Y(τ)=A T (τ/T - 1 + e^(τ/T)) Równania ustalonego przebiegu charakterystyki: Y(τ)=A(τ-T) Przy ustalonym przebiegu odpowiedzi Y(τ) jest on opóźniony w czasie stosunku do przebiegu wymuszenia o wartości stałej czasowej T, a AT jest odchyleniem dynamicznym.
5.Stała czasowa - definicja, rola w pomiarach i regulacji
czas po którym w członie inercyjnym po wymuszeniu na wejściu osiągnięto stan równowagi gdyby nie malała początkowa szybkość osiągniętego stanu.Jej znajomość jest niezbędna do oceny właściwości elementu inercjalnego I rzędu.
6.Człony całkujące i różniczkujące
Całkujące: Równanie T1*(dY/dτ)=X Po scałkowaniu dla zerowych warunków początkowych: Y=1/Ti * całkaod t do 0 Xd τ Transmitacja: G(s)=1/T*s1 Stan ustalony istnieje tylko przy wartości zerowej sygnały wejściowego i w tym stanie sygnał wyjściowy elementu całkującego może przyjmować dowoloną wartość. Po wykonaniu wymuszenia skokowego sygnał rośnie liniowo az do momentu zaniku wymuszenia. Przy Xst dodatnim Y(τ) rośnie, przy ujemnym maleje, a przy rownym 0 stałe. Różniczujące: Równanie Y=Td dx/dτ Transmitacja G(s)=Ts*s W stanie ustalonym dX/dτ=0 Y=0 W praktyce elementy różniczkujące maja równanie Td*dY/dτ + Y=Td dX/dτ a odpowiada mu transmitacja G(s)=(Td*s)/(Td*s+1) Po wykonaniu wymuszenia skokowego Xst sygnał wyjściowy Y(τ) osiaga natychmiast poziom Xst, a następnie dąży wykładniczo do poziomu zerowego. Stała czasowa inerji elementu jest rowna stalej czasowej rozniczkowania Td.
7.Klasyfikacja układów regulacji wg pochodzenia wielkości zadanej
-regulacja stałowartościowa (automatyczna stabilizacja) ma na celu utrzymanie stałej wartości pomimo zakłóceń.-regulacja programowa - wartość wielkości zadanej jest z góry określona . Program regulacji jest wprowadzany do układu przez programator. -regulacja nadążna stosunku-zadaniem jest nadążenie wielkości regulowanej ze zmianami wielkości zadanej.-reg. nadążna kaskadowa wymaga zastosowania 2 regulatorów: głównego reg. stałowartościowa i reg.pomocnicza.
8.Regulator dwupołożeniowy i impulsowy
Dwupołożeniowy: Wielkość regulująca u regulatora dwupołożeniowego może przyjmować tylko dwa poziomy: umaxi umin przełączone przez człon kształtujący w zależności od wartości odchylenia regulacji e. Regulator idealny przełącza sygnał regulujący zawsze w punkcie e=0, natomiast regulator z histerezą charakteryzuje się występowaniem tzw. strefy nieczułości(Δe) i przełacza sygnał w pktach ezał i ewył. Ogolna cecha są ciagle oscylacje i zwiazana z nia jakosc regulacji jest zalezna od dynamicznych właściwości obiektu regulacji i szerokosci sfery nieczulosci regulatora.
Impulsowy: Regulator o działaniu nieciągłym, impulsowym charakterze sygnału wyjściowego regulatora. Układ regulacji ma pewny zakres wartości odchylenia regulacji charakterystyki ciągłej. Zakres ten nazywa się zakresem proporcjonalności. Poza zakresem proporcjonalności, charakterystyka statyczna regulatora impulsowego odpowiada charakterystyce regulatora dwupołożeniowego.
9.Regulator PID analogowy i dyskretny
regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący. Łączy w sobie cechy regulatorów P, PI, PD. Analogowy regulator PID jest podstawowym rodzajem przemysłowego regulatora ciągłego, produkowanym dawniej w wersji pneumatycznej bądź elektronicznej, obecnie wyłącznie w wersji elektronicznej. Równanie: du/dτ=Kp*(1+ (Td*s/Td*s+1) Transmitacja: G(s)=Kp*(1+(1/T1*s)+Td*s)
10.Pneumatyczne i elektryczne urządzenia wykonawcze
Elektryczne: elektromagnesy, jednotarczowe sprzęgło elektromagnetyczne, silnik prądu zmiennego, silnik prądu przemiennego, synchroniczny silnik pradu przemiennego z komutacją elektroniczną asynchroniczny silnik z komunikacja elektrycz. Silnik pradu stalego, silnik krokowy, Pneumatyczny: silnik pneumatyczny - silnik tłokowy osiowy, silnik tłokowy promieniowy, silnik łopatkowy, silnik o ruchu wahadłowym, siłoniki jednostronnego i dwustronnego działania, siłowniki specjalne, zawory pneuma. Zawory rozdzielajace, zawory sterujace natezeniem przeplywu, zawory blokujace, proporcjonalne zawory cisnieniowe, pneumatyczna jednostka ruchu.
1.Pomiary analogowe i dyskretne,
Analogowe metody pomiarowe charakteryzują się tym, że wyjściowy sygnał pomiarowy y, zawiera informację o mierzonej wielkości, może przyjmować dowolną wartość w założonym zakresie zmienności, nazywanym zakresem pomiarowym. W analogowych przyrządach stosuje się analogowe wskaźniki wyjściowe sygnału pomiarowego y, najczęściej różnego rodzaju mierniki wskazówkowe i słupkowe. W dyskretnych metodach sygnał jest kwantowany w czasie i poziomie, ma charakter funkcji schodkowej. Skwantowanie polega na dokonywaniu pomiarów okresowo, w odstępach czasu nazywanych próbkowaniami Tp. Stosuje się wskaźniki cyfrowe, w których elementarna zmiana wartości liczbowej odpowiadaelementarnej zmianie poziomu wartości schodkowej przebiegu sygnału pomiarowego y.
1.1człony zespołu pomiarowego
Obiekt - urządzenie, którym mierzymy interesujący nas parametr. Czujnik - układ fizyczny bądź fizyko - chemiczny, którego wybrany parametr jest skorelowany wielkością mierzoną np. banieczka z rtęcią w termometrze. Przetwornik - może być wzmacniaczem np. pehametr lub kapilara w termometrze. Może wzmacniać, zmieniać rodzaj sygnału. Wskaźnik - ujawnia wartość wielkości mierzonej.
2.Systematyczne i przypadkowe błędy pomiarów Systemtyczne bledy
Błąd ten można określić przez porównanie wyniku pomiaru z wynikiem uzyskanym inną, dokładniejszą metodą pomiarową lub dokładniejszym przyrządem pomiarowym, można też go obliczyć. Można go wyeliminować przez skorygowanie urządzenia pomiarowego lub uwzględnienie poprawki. Źródła tych błędów to: - niedokładność przyrządu pomiarowego (błędy kalibrować) - niedokładność obserwatora (błąd paralaksy) - wpływ przyrządu na obiekt pomiaru. Przypadkowe: Błędy przypadkowe, mające charakter niepowtarzalny, losowy, są również powodowane przez kilka czynników.- szumy- niedokładność elementów czujników i przetworników
- błędy kwantowania w pomiarze cyfrowym Błędy przypadkowe są zmienną losową
2.2 właściwości przyrządów pomiarowych
Statyczne: A. zakres pomiarowy - zakres zmian wielkości mierzonej, w którym urządzenie pomiarowe pracuje z zachowaniem klasy niedokładności. ymax-ymin 0…1; 0…1,5; 0…2,5; 0…4; 0…6 B. czułość (wzmocnienie) - stosunek przyrostu wyjściowego sygnału pomiarowego Dy do przyrostu wielkości mierzonej dx; K=dy/dx C. rozdzielczość - minimalna zmiana wielkości mierzonej, dająca się odczytać na dany przyrząd D. selektywność - odporność na wpływy innych wielkości niż wartość mierzona E. klasa niedokładności - błąd graniczny w % zakresu pomiarowego ymax-ymin Dynamiczne: A. stała czasowa T - charakteryzuje właściwości w stanach nieustalonych B. dynamiczny błąd bezwzględny Δw= y - yp
3.Pomiary przesunięcia liniowego
Przesunięcie występuje jako wielkość pośrednia w pomiarach wielu wielkości fizycznych. Czujniki i przetworniki można podzielic według rodzaju ich sygnalu wyjsciowego na mechaniczne ( pomiary bezposrednie polegaja na przekzania inforamcji o tym przesunieciu systemowi dzwigni lub ciegien) pneumatyczne(kaskada pneumatyczna, powietrze zasilajace o cisnieniu pz przeplywa przez dlawnik wyplywa na zewnatrz. Sygnalem wejsciowym kaskady jest odleglosc przeslony od dyszy, a wyjsciowym py) elektryczne stykowe przetworniki(w ukladach sygnalizacyjnych, gdzie informuja o osiagnieciu lub przekroczeniu przez jakiś element urzadzenia zlozonego zakresu przesuniecia.) elektryczne rezystancyjne przetworniki przesuniecia (przetworniki rezystorowo-stykowe zasada dzialania jest zmiana w funkcji przesuniecia suwaka) magnetyczne przetworniki przesuniecia (pomiary są dokonywane w sposob bezdotykowy, kiedy to uklad przetwarzajacy nie styka się z elementami przesuwanymi. Czujniki mogą być indukcyjnosciowe, hallotronowe, transformatorowe) pojemnosciowe przetworniki przesunciecia (kondensator, którego pojemnosc można zmieniac przesuwajac jeden z jego elementow) fotoelektyczne przetworniki przesuniecia (wykorzystuja zmiane natezenia promieniowania widzialnego lub podczerwonego pod wplywem przesuniecia ich elementow)
3.1 przesuniecie kątowe Te pomiary są dokonywane w przypadku przekazywania na odległość informacji o położeniu wskazówki miernika poruszającego się po łuku. Stosuje się np. elektryczne dwupołożeniowe sygnalizatory stykowe, bezdotykowe czujniki pojemnościowe, przetworniki fotoelektryczne
4.Pomiary poziomu cieczy i substancji sypkich
Podstawowym problemem w okresleniu poziomu cieczy jest uksztaltowanie jej powierzchni. Drugim powodem jest zmiana gestosci nasypowej wiekoszsci substancji sypikch. A. Bezposrednie pomiary poziomu cieczy dokonywane są za pomoca poziomometrow, wykorzystuja zasade dzialania naczyn polaczonych. B. przetworniki plywakowe - o stalym zanurzenia -plywak umieszczony na powierzchni przesuwa się za pomoca dzwigni wraz ze zamina poziomu cieczy - o zmiennym zanurzeniu wykorzystuja pomiar sily wyporu, na nurnik dzialaja dwie sily ciezkosci i wyporu. C. hydrostatyczne przetworniki - przetworniki manometryczne - mierza roznice cisnieen nad powierzchnia i pod nia. D.elektryczne przetworniki - w metalowym zbiorniku umieszczona jest elektroda i gdy nastepuje kontakt z woda nastepuje zamkniecie obwodu. Ewagowe przetworniki - wykor5zystuja pomiar posredni poprzez okreslenie masy calego zbiornika F falowe przetworniki - istota jest zastosowanie fal elektromagnetycznych lub akustycznych, stosuje się pomiar tlumienia promienia lub czas powrotu odbitej fali.
5.Pomiary natężenia przepływu płynów
Do pomiaru natężenia przepływu w przemyśle chemicznym i pokrewnych stosuje się przyrządy pomiarowe: rurkę Pitota,rurkę Prandtla, kryzę pomiarową, dyszę pomiarową, zwężkę Venturiego, rotametr, gazometr bębnowy, anemometr, danaidę, przepływomierz ultradźwiękowy
6.Pomiary siły
siła występuje jak opierwszy sygnal pomiarowy w wielu czujnikach. Jednostka jest niuton. Wyróżniamy: A.Sprezyste przetworniki sily B. Kompensacyjne przetworniki siły. Można mierzyc tensometrem.
7.Przemysłowe pomiary masy i strumienia masy
Wagi okresowe - stosowane w handlu, działają na zasadzie porównania mas lub sił ciążenia mas. Nośność to około 50 kg. M (τ) = n M M - masa, n - liczba porcji mas odmierzonej w czasie τ
Waga ciągła - stosowana do pomiaru strumienia masy
8.Pomiary ciśnienia i różnicy ciśnień
- cieczowe przetworniki ciśnienia - przetwarzaja roznice cisnien na roznice poziomow cieczy, maja postac U rurki wepelnionej ciecza. - sprezyste przetworniki cisnienia - sluzy do pomiaru miejscowego, mierzone cisnienie jest rownowazne przez sprezyste odksztalcenie elementu pomiarowego wyrozniamy tu manometr: z rurka Bourdona, membranowy, mieszkowy, mieszkowy cisnienia bezwzglednego, piezorezystancyjny.
9.Termometry rozszerzalnościowe, elektryczne i emisyjne
Rozszerzalnosciowe: cieczowe, ciśnieniowe, destylacyjne, bimetalowe. Elektryczne, czujnikiem jest ogniwo termoelektryczne zlozone z przewodnikow wykonanych z dwoch roznych metali. Termorezystory , Termistory ,Emisyjne: np.na podczerwień, Bezdotykowy termomentr na podczerwień z 12 punktowym laserem pomiarowym i ustawianym
stopniem emisji elektromagnetycznego pormieniowania termicznego przez obiekt (ciało).
10.Pośrednie pomiary stężenia roztworów, pomiary gęstości cieczy
Gęstość okreslamy jako stosunek masy do objetosci jednorodnego ciala przy okreslonych warunkach temperatury i cisnienia. Gęstościomierze wagowe, gęstościomierze wypornosciowe, gestosciomierze bezwladnosciowe, gestosciomierze radiometryczne, przyplywomierze masowe.
11.Symbole i oznaczenia na schematach technologicznych automatyki
A-skład, B-płomień, C-przewodność, D-gęstość, E-napiecie, F-natezenie przeplywu, H-wymuszenie reczne, I- natezenie pradu, J-moc, K-czas, L-poziom, M-wiglotnosc, P-cisnienie, R-radioaktywność, S-predkosc, T-temperatura, V-lepkosc, W-sila, masa, Z-przesuniecie