СОДЕРЖАНИЕ
Введение ..
1 Описание выбранного устройства .
2 Выбор дифференциального уравнения .
3 Идентификация выходной величины .
4 Оценка качества системы по ФЧХ и ЛАЧХ .
Введение
Первый этап развития ТАУ был связан с управлением системами, состояние которых характеризуется поведением во времени t некоторого числа n функций одной переменной.
Подобные системы обычно описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями (одним или несколькими) относительно Q(t) и называются системами с сосредоточенными параметрами.
Модели большого числа ОУ могут быть с достаточной для практических целей точностью отнесены к классу ССП. Но на практике любой технический ОУ имеет вполне определенные геометрические параметры; поэтому функция, характеризующая его состояние измеряется в пределах пространственной области, занимаемой объектом, и следовательно, зависит не только от времени, но и от вектора пространственных координат, являясь функцией по меньшей мере двух координат.
Системы, состояние которых описывается функциями нескольких аргументов, зависящими как от времени, так и от пространственных координат получили название систем с распределенными параметрами (СРП).
1. Описание выбранного устройства
Манометрический термометр служит для измерения температуры путем контроля давления жидкости, пара или газа, заключенного в постоянном объеме.
Манометрические термометры изготовляются в соответствии с ГОСТ 8624 – 57. Термометры с системами, заполненными азотом, называются газовыми и предназначены для измерения температур в диапазоне от -120 до +600 С.
Термометры с системами, заполненными жидкостью (пропанолом, толуолом, ксилолом), называются жидкостными и предназначены для измерения температур в пределах от -120 до +300 С.
Ртутные манометрические термометры применяются для измерения температур в пределах от -40 до +600 С. Термометры с системами, заполненными низкокипящей жидкостью (например, метилхлоридом), пары которой при измеряемой температуре заполняют баллон, называются паровыми.
Шкала манометрических термометров (за исключением паровых) – равномерная. Запаздывания показаний не превышают:
- для газовых термометров 80 сек;
- для жидкостных – 40 сек;
- для ртутных – 20 сек;
- для паровых – 40 сек.
Принимаем, что рабочей средой устройства является газ. Следовательно, постоянная времени, учитывающая инерционность системы Т = 80 [сек].
На рисунке 1 показана принципиальная схема манометрического термометра с одновитковой трубчатой пружиной (трубкой Бурдона).
Основной частью такого термометра является термосистема, состоящая из геометрически соединенных между собой термобаллона (1), капилляра (2) в оплетке и манометрической трубчатой пружины (3).
Термобаллон снабжен жестким трубчатым хвостовиком, позволяющим по
гружать его в измеряемую среду на различную глубину. Крепление термобаллона производится специальным зажимом, надеваемым на хвостовик. Защитная гильза (4) применяется в условиях повышенного давления или агрессивности рабочей среды. Один конец трубчатой пружины крепится к плите (5), снабженной пазом для настройки термометра.
Рисунок 1. Манометрический термометр.
Нагрев среды в термобаллоне вызывает увеличение давления в термосистеме и деформацию трубчатой пружины. Перемещение свободного конца пружины преобразуется посредством передаточного механизма во вращательное движение стрелки относительно оси.
Манометрические термометры могут быть выполнены с одновитковой, винтовой или спиральной пружиной. Для исследования выбран манометрический термометр с одновитковой трубчатой пружиной (рисунок 1).
Трубчатая пружина является чувствительными элементом прибора. Материал трубчатой пружины подбирается таким образом, чтобы коэффициент передачи k = 1. Это означает, что единице давления [Па], воздействующего рабочей средой на стенку трубчатой пружины, соответствует единица перемещения [м] конца пружины, связанного со стрелкой, относительно своего первоначального положения.
При монтаже манометрических термометров любого типа термобаллон следует устанавливать примерно в середине потока и полностью погружать в измеряемую среду. Положение термобаллона в измеряемой среде может быть любым (вертикальным, наклонным или горизонтальным) в зависимости от местных условий. При использовании защитной гильзы пространство между термобаллоном и гильзой должно быть заполнено жидкостью (с температурой кипения выше максимального значения измеряемой температуры) или металлическими опилками. Капилляр должен быть защищен от механических повреждений и действия резко переменной температуры. Радиус кривизны в местах изгибов капилляра должен быть не менее 50 мм.
Манометрические термометры без электрических устройств можно применять во взрывоопасных помещениях.
Термометры могут быть использованы при температуре окружающего воздуха от 5 до 60 С и относительной влажности не свыше 80%.
Проанализировав описание данного прибора, его принципиальньную схему, составим структурную схему (рисунок 2).
Рисунок 2. Структурная схема манометрического термометра.
Передаточная функция всей системы W(p) = W1(p)*W2(p)*W3(p)
, где коэффициенты k=1 и Т=80 определены в описании.