A szabályozott szakasz statikus tulajdonsága Készítette: Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA [email protected]
Jan 05, 2016
A szabályozott szakasz statikus tulajdonsága
Készítette: Varga István
VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA
Amikor a szabályozási rendszer egyensúlyban van, egy meghatározott alapjellemzőnek
meghatározott szabályozott jellemző felel meg.Ha a bemenőjel értékét Δy-nal váltóztatjuk,
akkor a szabályozott jellemző értéke is megváltozik Δx-szel és egy x+Δx új értéket ér el.
A be- és kimenőjelek nem időfüggők.A szabályozott szakasz ilyen viselkedését
önbeállásnak nevezik.Vegyük példaként a hőcserélő hőmérséklet-szabályozását:
Amikor növeljük a fűtőgőz bevezetést anélkül, hogy megváltozott volna a melegítendő közeg mennyisége, a szabályozott jellemző-esetünkben a hőmérséklet-értéke
is növekszik.
Az önszabályozó (vagy önbeálló) szakasz másik példája lehet a folyadékszint- szabályozás egy
szabad kifolyású tartályban: Ha adott folyadékszint mellett a kifolyás intenzitása
megegyezik az utánfolyáséval, a folyadékszint nem változik; ha csökken a folyadék utánfolyása, a szintmagasság süllyed, aminek eredményeként
a kifolyás intenzitása is csökken.Ez a folyamat addig tart, amíg be nem áll egy új
egyensúly, vagyis a kifolyás intenzitása ki nem egyenlítődik az utánfolyás intenzitásával és ekkor a szint egy újabb, kisebb magasságban áll meg.
• Az önbeálló szabályozott szakasz ún. arányos (statikus) szabályozott szakasz.
A szabályozott szakasz statikus jelleggörbéi
Lineáris Nem lineáris
A legtöbb szabályozott szakasz, berendezés jelleggörbéje nem lineáris.
A szabályozott szakasz dinamikus tulajdonságai
A szakasz dinamikus tulajdonságait a szakasz kimenő és bemenőjelének időbeli változásai
közti összefüggés határozza meg. A dinamikus karakterisztikát gyakran átmeneti
függvénynek is nevezik. Különféle rendszerek fizikai tulajdonságaikat
figyelve, megállapíthatjuk, hogy hasonló átmeneti függvénnyel rendelkeznek.
A könnyebb összehasonlítás végett, standardizált bemenőjelek által létrehozott átmeneti függvények összehasonlítását végzik.
Leggyakrabban használt vizsgáló bemenőjel az ugrásfüggvény.
Egy adott szakasznál azt a Δy értéket tekintik egységugrásnak, amely x értékét
egy egységgel változtatja meg. Minden egyenlettel jellemzett átmeneti
függvény meghatározható a szakasz időállandójával (T).
Az időállandó az az idő, amelyre az új egyensúlyi állapot elérésére lenne szükség
akkor, ha a változások sebessége állandósult és egyenlő volna a t0 pontban mért maximális
sebességgel.
Egy folyadéktartály példáján az időállandó analitikusan úgy határozható meg, hogy a
tartály térfogatát elosztjuk a folyadék térfogatáramával állandósult állapotban.
,v
VT s perc
q
τL- a holtidő
A holtidőt sokszor a beavatkozószerv és az érzékelőszerv közti távolság okozza.
Annak az időtartamnak felel meg, amely a bemenőjel változása és a kimenőjel változásának kezdete között eltelik.
A szabályozott szakasz fontos tulajdonságai a terhelés és a tárolás.
A szabályozott szakasz terhelése az anyagáramlás intenzitásával vagy a szakaszba bevezetett, illetve onnan elvezetett energia mennyiségével
jellemezhető. Például egy hőcserélő esetében az
időegység alatt bevezetett hőmennyiséget nevezhetjük a szakasz terhelésének.
A szabályozott szakasz tárolásának, adott pillanatban, a szakaszban levő
szabályozott közeg vagy energia mennyiségét nevezik.
Például szintszabályozás esetén a beavatkozószerv szintje és a szabályozott
folyadék szintje között levő folyadék térfogata.
Ha egy rendszer időállandója nagy, akkor az nagy tárolóképességgel (kapacitással) is rendelkezik, ami mellett a szabályozás
nehézkes, hiszen a rendszer lassan reagál a bemenőjel változására-tehetetlen
rendszer.Vegyünk egy példát a folyadékszint szabályozásra két tartályban, amelyek
tárolóképessége megegyező de az időállandójuk különbözik
h=
2m
h=
1m
qv(be)=10m3/óra
qv(be)=5m3/óra
qv(ki)qv(ki)
A=1m2 A=2m2
C1=A·h = 1·2= 2 m3 C2=A·h = 2·1= 2 m3
Az időállandók:
I tartály esetében:
T1=V1/qv(be) = 2 / 10 = 0,2 óra = 12 perc.
II tartály esetében:
T2=V2/qv(be) = 2 / 5 = 0,4 óra = 24 perc.
Ha a tartályokba beáramló folyadék térfogatárama egyformán változik, az I tartályban a folyadékszint kétszer
gyorsabban fog növekedni, mint a II tartályban levő folyadéké.
Anyag- és energia tárolóképességük szerint megkülönböztetünk egytárolós és
többtárolós rendszereket (berendezéseket).
Egytárolós rendszerek például a folyadéktartályok szintszabályozása,
hőmérséklet-szabályozás, áramlásszabályozások.
Az ilyen rendszerek időállandója (T) azzal az idővel egyenlő, amely alatt az átmeneti függvény statikus-egyensúlyi állapotának 63,2 %-át éri el.A rendszernek nincs holtideje, vagy a holtidő elhanyagolhatóan rövid.
Az átmeneti függvény egységugrás bemenő
jelre
A többtárolós rendszerek többkapacitásúak, vagyis az anyag és az energia egyidőben, több helyen is akkumulálódhat (felhalmozódhat).
például a duplikátor, amelyben a tartályban is, és a fűtőköpenyben is megfelelő anyag- és energia található. A vegyipari folyamatok szabályozott szakaszainak többsége ilyen.
Az átmeneti függvény „S” alakú. Az időállandót a görbe inflexiós pontján át húzott érintő metszi ki. Az
időállandó meglehetősen nagy. A holtidő nagysága itt nem hanyagolható el.
Többtárolós szakasz
átmeneti függvénye