1.2.3Описание оптико-электронного турбинного датчика расхода
Рис. 6. Датчик В102
На корпусе датчика имеется стрелка, указывающая направление жидкости, поэтому важно установить датчик в правильном направлении. Жидкость, протекающая через датчик, приводит в движение вращающиеся лопасти ротора, находящегося в измерительной камере датчика. Скорость вращения ротора пропорциональна потоку и фиксируется с помощью чувствительного оптоэлектронного инфракрасного элемента (диод и фототранзистор). Встроенный усилитель генерирует устойчивый прямоугольный сигнал, при этом уровень сигнала зависит от приложенного напряжения питания (8...24 В постоянного тока). Стабилизация датчика до или после измерения не требуется. Большой расход или вибрации не оказывают негативное влияние на результат измерения. На входе установлен защитный фильтр. Все элементы корпуса датчика сделаны из поливинилденфторида.
Таблица 2. Рабочие характеристики датчика
Допустимое рабочее напряжение |
8...24 В, постоянный ток |
Ток потребления |
18...30 мА |
Диапазон частот (выход) |
40...1200 Гц |
Диапазон измерений |
0,3...9,0 л |
Максимальное давление |
10 бар |
Диапазон температур |
От -40 до +85 ° С |
Разрешающая способность |
5,46 импульс/м³ |
Измерительное устройство является быстродействующим устройством и его инерционные свойства практически не сказываются на динамике системы;
рабочий участок характеристики преобразования измерительного устройства является линейным.
Эти допущения позволяют описать измерительное устройство уравнением
y(t)=S(x). (3)
где х, у - входная и выходная величины измерительного устройства, соответственно;S - чувствительность преобразования измерительного устройства в следующем виде:
Wu=S (4)
Чувствительность преобразования указана в таблице 2, что соответствует передаточной функции усилительного звена
W(р)= 5,46.
1.2.4 Структурная схема и передаточная функция системы
Рассматриваемую систему автоматического управления можно представить функциональной схемой на рисунке 7, содержащей следующие функциональные элементы: Р – регулятор, ИМ – исполнительный механизм, Об – объект управления, Д – датчик. Кругом на функциональной схеме изображена функция сравнения сигналов (сравнительный элемент).
Рис. 7. Функциональная схема системы.
Здесь Yз(t) – задающий параметр на сравнительный элемент (обозначен кружком), Х(t) – входной сигнал на регулятор(Р), U(t) – сигнал на исполнительный механизм(ИМ), F(t) – сигнал на объект управления(Об), θоб(t) – выходной регулируемый сигнал на датчик(Д), θд(t) – сигнал с датчика на сравнительный элемент.
На основе функциональной блок-схемы (рис.7) и описание элементов передаточными функциями, составляем структурную схему исследуемой системы представленной на рисунке 7, изменив условные обозначения звеньев на конкретные выражения их передаточных функций. По структурной схеме (рис.8) определяем передаточную функцию разомкнутой системы и передаточную функцию замкнутой системы.
Рис. 8. Структурная схема системы.
Преобразуем полученную структурную схему к замкнутой системе с единичной обратной связью с целью получения передаточной функции замкнутой системы. Для этого перенесем сравнивающий элемент с выхода датчика на вход, при этом необходимо между переносимым задающим воздействием и сравнивающим элементом добавить фиктивное звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции исходного звена, находившегося в обратной связи (рис 8).
Рис. 9. Преобразованная структурная схема системы.
Так как фиктивное звено ставим до сравнительного элемента, то оно не оказывает влияния на динамические свойства системы, поэтому в дальнейшем при описании системы фиктивное звено можно не учитывать рис. 10.
Рис. 10. Преобразованная структурная схема системы без фиктивного звена.
В соответствии с полученной структурной схемой (рис.8), а так же правилами нахождения передаточной функции соединения звеньев, передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид [1]:
W(p) = Wд(p)·Wр(p)·Wим(p)·WОб(p) (6)
или
,
(7)
где:
- коэффициент передачи датчика
- коэффициент передачи исполнительного
механизма.
- коэффициент передачи объекта управления.
– передаточная
функция регулятора.
-
постоянная времени объекта управления.
Подставив значения передаточных функций объекта управления, датчика и исполнительного механизма, получим передаточную функцию разомкнутой системы:
W(p)
= 
,
(8)
Значение Wр(p) принимаем равное 1, так как регулятор в системе пока отсутствует, но будет добавлен при дальнейшем исследовании [1].
Перемножим , и , откуда получим общий коэффициент усиления системы К =1,6
W(p)
=
,
(9)
Передаточная функция замкнутой системы [1]:
Ф(р)
=
.
(10)
По передаточной функции замкнутой системы находим характеристический полином замкнутой системы:
Ф(р)
=
.
(11)
где А(р) – числитель передаточной функции замкнутой системы
G(р) – характеристический полином замкнутой системы:
G(р)=0,05р+27,9. (12)