РЕГУЛЯТОР РУКЦ – ШК

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

---------------------------------

Воронежская государственная технологическая академия

-------------------------------------------

Кафедра информационных и управляющих систем

Методические указания для выполнения лабораторной работы

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ

УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

ВОРОНЕЖ

Цель работы: Ознакомиться с системой автоматического регулирования уровня жидкости в емкости, изучить устройство и принцип действия поплавкового регулятора уровня РУКЦ.

Определить и оценить переходную характеристику объекта и переходную характеристику АСР уровня.

РЕГУЛЯТОР РУКЦ – ШК

В настоящей работе рассматривается система автоматического регулирования уровня воды в емкости с применением регулятора РУКЦ. Действие этого прибора основано на принципе перемещения под действием архимедовой силы поплавка, погруженного в жидкость, уровень которой регулируется. Для уменьшения пути вертикального перемещения поплавка при изменении

а б

Рис.1

уровня жидкости поплавки изготовляют из металла и подвешивают на пружине. Если поплавок, подвешенный на пружине начальной длины L, поместить в емкость, где отсутствует жидкость (рис. 1а), то будет иметь место следующее выражение:

, (1)

где S - площадь поперечного сечения поплавка, м²; l- длина поплавка, м; g1 - удельный вес материала поплавка, Н/м³ (кгс/м³); С - жесткость пружины, Н/м; L - удлинение пружины под действием веса поплавка, м.

При наполнении сосуда жидкостью с удельным весом g2, до уровня Н (рис. 1б) поплавок под действием архимедовой силы поднимается на высоту X. Условие равновесия в данном случае выражается уравнением:

. (2)

Из (2) с учетом выражения (1), получим:

(3)

Из (3) следует, что перемещение поплавка пропорционально изменению уровня жидкости, причем с увеличением жесткости пружины и уменьшением поперечного сечения поплавка его относительное перемещение уменьшается.

Регулятор состоит из двух частей: измерительной и пневматической.

а) Измерительная часть (рис. 2)

Измерительная часть регулятора состоит из цилиндрической камеры - 1, поплавка - 3, рычагов-4,8,10, опоры - 5, торсионной трубки - 6, призмы - 7, штока - 9, кулачка - 11, осей - 12, 15, стрелки - 13, шкалы - 14, фланца - 16.

При повышении уровня жидкости в технологическом аппарате 2, глубина погружения поплавка 3 увеличивается, что вызывает увеличение выталкивающей архимедовой силы. Это приводит к пропорциональному изменению угла закручивания торсионной трубки 6, вследствие чего поворачивается ось 15, а вместе с ней и заслонка 17 пневмоустройства (рис. 3). Таким образом, обеспечивается поворот заслонки на угол, пропорциональный

Рис. 2. Схема измерительной части регулятора РУКЦ-шк

изменению уровня жидкости. Торсионная трубка 6, при этом, выполняет роль пружины, уравновешивающей вес поплавка 3.

Наладка и градуировка измерительной части регулятора производится механизмом контроля, встроенным в регулятор. Этим же механизмом осуществляется периодическая проверка правильности показаний прибора.

Поворачивая вручную стрелку 13, через ось 12 и кулачок 11 перемещаем рычаг 10 до соприкосновения его с рычагом 8. Момент соприкосновения этих рычагов определяет фактическое положение поплавка 3 и, следовательно, уровень жидкости аппарате 2. При этом контрольный отсчет по шкале 14, проградуированный в единицах уровня, должен совпадать с показаниями прибора. Передаточное отношение механизма контроля можно изменять путем перестановки кулачка 11 по оси 12 вдоль рычага 10, на котором нанесена шкала плотности контролируемой жидкости. Это необходимо для настройки прибора при измерении уровня жидкости, плотность которой отличается от градуировочной.

б) Пневматическая часть (рис. 3)

Пневматическая часть регулятора состоит из двух аналогичных пневмосистем І и ІІ, связанных тягой 21, манометров - 1, 11, 26, усилителей -2, 5, камер усилителя – 3,7, золотника - 4, постоянного дросселя - 6, штока -8, винтов с пружинами – 9, 27, осей – 10, 15, 29, плат – 12, 28, стойки – 13, паза - 14, шкалы - 16, заслонок – 17, 24, сопел – 18, 23, капиллярной трубки - 19, манометрических пружин – 20, 22, тяги - 21, дроссельного клапана - 25.

Верхняя пневмосистема I - механизм пневматической дистанционной передачи сигнала, соединенный с показывающими и записывающими приборами.

Нижняя пневмосистема ІІ - регулирующее устройство, предназначенное для управления исполнительным механизмом.

При повышении уровня жидкости в емкости 13 (рис. 4) поворачивается, связанная с осью 15, заслонка 17 (рис.3), приближаясь к соплу 18. Давление в полости сопла и связанной с ней камере 7 возрастает, в результате чего золотник 4 со штоком 8

Рис.3. Схема пневматической части регулятора РУКЦ-шк

перемещаются вниз, увеличивая доступ воздуха из линии питания в камеру 3, в выходную линию и внутрь трубчатой манометрической пружины 20, выполняющей роль отрицательной обратной связи. Увеличение давления воздуха в выходной линии Р’_вых будет продолжаться до тех пор, пока пружина 20 под действием выходного давления воздуха не отодвинет сопло 18 от заслонки 17 в новое положение, соответствующее новому значению уровня жидкости в сосуде, т.е. пока не будет достигнута компенсация перемещений дроссельной заслонки и сопла. При понижении уровня жидкости в цилиндрической камере регулятора указанное действие будет происходить в обратном порядке.

Установка начального значения выходного сигнала Р₀ производится изменением начального зазора между соплом 18 и заслонкой 17 путем поворота платы 12 вместе с трубчатой манометрической пружиной 20 и соплом 18 вокруг оси 10 при помощи винта с пружиной 9.

При настройке прибора для измерения уровня жидкостей, имеющих различные удельные веса, перемещается стойка 13 вместе с пружиной 20 и соплом 18 по пазу 14 вдоль шкалы 16, отградуированной в единицах плотности измеряемой жидкости. При этом сопло 18 перемещается вдоль заслонки 17, что приводит к изменению передаточного отношения рычажной передачи, а вместе с этим и к изменению коэффициента пропорциональности выходного сигнала.

Регулирующее устройство, соединенное с механизмом пневматической дистанционной передачи тягой 21 работает аналогично.

Поворот заслонки 17 при изменении уровня жидкости в сосуде приводит к такому же перемещению заслонки 24 и соответствующему изменению давления воздуха P”_вых подаваемого в линию исполнительного механизма.

При этом изменение коэффициента усиления К (предела пропорциональности Д) регулятора осуществляется путем выпуска в атмосферу части воздуха, поступающего к пружине 22 через клапан 25, величина открытия которого устанавливается вручную. Роль ручного задатчика выполняет механизм установки начального зазора С₀ между заслонкой 24 и соплом 23, состоящий из платы 28, винта с пружиной 27 и оси 29 [P_зад = f(C₀)].

Регулятор РУКЦ является пропорциональным регулятором непрерывного действия:

z = Кe,

где z – выходное давление Р”_вых;

К - коэффициент усиления.

Предел пропорциональности регулятора может настраиваться от 5 до 100 %.

.

- ошибка регулирования.

Давление сжатого воздуха, поступающего от регулятора к исполнительному механизму, изменяется в пределах от 0 до 0,1 МПа (0 - 1 кгс/см² ). Пределы измерения и регулирования уровня регулятором составляют от 0¸400 или 0¸800 мм при температуре жидкости от 40 до + 200 °С плотностью - 0,7-1,2 г/см³ и давлении до 6,4 МПа. Максимальное удаление вторичного прибора и регулирующего клапана от регулятора при внутреннем диаметре воздухопровода 6 мм не должно превышать 300 м. Основная погрешность прибора не более ± 2,5 % от диапазона измерения.

Дата добавления: 2015-07-14