Seria: E N ER GE TY KA z. 72 Nr k o l . 60k
Juliusz BŁOŃSKI,
Kr zy sz to f J. JESIONEK, Ry szard WY SZ YŃ SK I Poli te ch ni ka Wrooł.awska
BA DA NI E W E N T Y L A T O R A W T R Y B I E OFF-LINE
S t r e s z c z e n i e . Pomiary energetyczne we nt yl a t o r ó w oraz opracowanie w y n i k ó w badań, przy użyciu tradycyjnie stosowanych metod, są b a r dzo pracochłonne. W związku z tym poszukuje się sposobów um oż li wi a
jących zmniejszenie na kł ad u pracy n a ten oel. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie techniki cyfrowej do rejestracji w y ni kó w pomiaru.
W pracy zaprezentowano układ rejestrujący rezultaty pomiaru ener
getycznego we nt y l a t o r a w postaci nadającej się do be zpośredniego ich wp ro wa d z e n i a n a urządzenie w e jś ci ow e komputera. Uwarunkowane jest to w y b o r e m odpowiedniego no ś n i k a informacji i k o mp at yb il no śc ią systemu rejestracji z el ek troniczną m a s z y n ą oyfrową. Zastosowanie opisanego układu pr zy spiesza znacznie sam pomiar oraz zwiększa jego dokładność.
1. ¥stęp
¥ ró żnego ro dzaju b a da ni ac h n a u k o w y c h i tech ni cz ny ch zaznacza się c o raz w y ra źn ie j tendencja automatyzacji prooesu pomiaru, a kw e s t i ą n i e d a l e ki ej przyszłości jest także dalsze przetwarzanie uz ys kiwanych informacji bezp oś re dn io w trakcie pomiaru przez elektroniczną ma sz yn ę cyfrową. ¥iąże się to ze zn acznym r o z w oj em te chnik cyfrowych, stałym zwiększaniem pewno
ści dz ia ła ni a ur ządzeń cyfrowych, dużą ioh do kł ad no śc ią a jednocześnie sta
łą mi ni at u r y z a c j ą i obniżaniem się k o s z t ó w po sz cz eg ól ny ch zespołów.
W praktyce pomiarowej dziedzinami za st osowania techniki cyfrowej są o- b e cn ie procesy pr zetwarzania informacji pomiarowej, jej rejestracji a n a stępnie obróbki końcowej, przy użyciu ko mp u t e r a [l,2 i 3]. ¥ związku z tym m o ż n a stwierdzić, że w s p ó ł c z e ś n i e ba da ni a różnego rodzaju obiektów wymagać b ę d ą coraz częściej takiego zbie ra ni a danych pomiarowych, które, po w s t ę p n y m przygotowaniu oraz obróbce za pomocą wy sp ec ja li zo wa ny ch ur zą dzeń,umo
żl iw ią b e zp oś re dn ie wp ro wa dz en ie ich do komputera, w celu w y ko na ni a d a l szyc h obliczeń numerycznych.
ZależnieL od charakteru zmienności re je st ro wa ny ch sygnałów,a w szczegól
no ś c i od zakresu częstotliwości i dynamiki zmian, stosowane mogą b y ó r ó ż ne go ro dz aj u systemy rejestracji [U], od n a j p r o st sz yc h rejest ra to ró w aż do systemów standardowej rejestraoji cyfrowej. Podkreślić tu n a le ży ,ż e irj|- fo rm ac je zbierane w sy st em ac h CRD (Centralnej Rejestracji Danych) powinny byó tak przygotowane, aby na dawały się do wpro wa dz en ia n a urządzenie w e j
6 J. Błoński i inni
ściowe elektronicznej maszyny cyfrowej. T a k więc podstawowym wa r u n k i e m jest ko mp at yb il no ść systemu rejestracji d a ny oh z komputerem, ponieważ we w s z y stkich po zo st ał yc h przypadkach konieczne jest dodatkowe ws tę pn e pr ze tw a
rzanie informacji dla przedstawienia ich w standardowej formie.
2. Rejestracja danyoh
Ba da ni a różnego rodzaju m a s z y n i urządzeń w y m a g a j ą pr ze pr ow ad ze ni a sze
regu po mi ar ów ró żn yc h wi el ko śc i w wi e l u pu nk ta oh pomiarowych. ¥ praktyce liozba tych punktów zawiera się w przedziale od kilku do kilkudziesięciu.
Li czba do ko ny wa ny ch odczytów w po sz cz eg ól ny ch punktach pomiarowych może być natomiast bardzo duża, np. rzędu kilkuset. ¥ ta ki ch przypadkach m e t o dy tradycyjne już zawodzą i ko ni ec zn oś ci ą staje się użycie wielokanałowych systemów informacyjno-pomiarowyoh.
¥yró żn ić mo ż n a tu dwa podstawowe wari an ty pracy. Pi er ws zy m jest przy
padek, kied y system CRD sprzęgnięty jest bezpośrednio z elektroniczną m a szyną cyfrową, kt ó r a dokonuje od po wi ed ni oh obliczeń Już w trakcie pomiaru po uzyskaniu np. r e zu lt at ów jednej serii pomiarowej. Jest to najwyższy szozebel w s pó łp ra cy układu CRD z komputerem. ¥ ten sposób pracują np. nie
któr e układy pomiarowe, związane z systemami sterowania, gdzie n a podsta
wie uzyskiwanych informacji elektroniczna ma sz yn a cy frowa lub system ope- raoyjny odpowiednio ki e r u j ą pr ocesem technologicznym. Jest to ws pó łp ra ca typu on-line wi el ok an ał ow eg o systemu pomiarowego z komputerem.
Drugi pr zy pa de k zachodzi natomiast wtedy, gdy system CRD stanowi jed
no st kę autonomiczną, której podstawowym oelem jest jedynie zapisanie r e zultatów pomiaru n a rejest ra to ra ch cyfrowych. Postać zapisu powinna być czytelna dla ur zą dz eń we jś c i o w y c h maszyny cyfrowej, aby umożliwiać dalsze przetworzenie zebranych informacji we dł ug odpowiedniego programu.
Obliczenia te mogą zostać wy konane Już w do wolnym czasie. ¥ takim przy
padku mówimy o w s pó łp ra cy systemu CRD z elektroniczną ma sz yn ą cyfrową w trybie off-line.
Chociaż pr zy sz ło ść badań eksperymentalnych związana jest niewątpliwie z systemami CRD w s pó łp ra cu ją cy ch on-line z komputerami lub minikomputerami;
to drugi sposób, przynajmniej w na jb li żs zy m czasie, będzie miał domi nu ją
cą pozycję.
3. Badanie we nt ylatora
Powszechne stosowanie w wiel u dziedzinach went yl at or ów nie oznacza w c a le, że w wy starozający sposób opraoowano szereg złożonych zagadnień,zwią
zanych z ich projektowaniem ozy eksploatacją. Dlatego też ba dania wentyla
torów będą długo jeszcze zagadnieniem aktualnym. Na leży także podkreślić,, że w najczęściej spotykanych przypadkach badania went yl at or a sprowadza
się do pomiaru pewnęgo zespołu wielkości, n a podstawie k t ó r y c h wyznaczyć mo ż n a ch arakterystykę tej m a sz yn y [5 ,6 i 7].
Zarówno w praktyce przemysłowej jak i laboratoryjnej, do pomiaru stru
mi en ia objętości stosuje się na jc zęściej sondowanie wybr an eg o przekroju ko nt ro ln eg o sondą Prandtla. ¥ związku z tym otrzymuje się, jako rezultat bada ć eksperymentalnych, duży zbiór d a ny ch wy ma ga ją cy dalszego przetworze
nia. ¥ i e l k o ś ć tego zbioru zależy gł ównie od li czby podzbi or ów wy n i k ó w dla po sz cz eg ól ny ch ob ci ąż eń wentylatora. ¥ r a ma ch jednego podzbioru zawarty jest komplet w y n i k ó w o b ra zu ją cy ch rozkłady ci śn ie ń całkowitych i st at yc z
n y c h w przekroju p o mi ar ow ym oraz średnią temperaturę czynnika w tym pr ze
kroju. Do tego n a le ży jeszcze dodać rezultaty pomiaru pobieranej mocy,ciś
n i en ie b a r o m e t r y o z n e , temperaturę otoczenia, prędkość obrotową itp.¥ ce- lu określ en ia ch ar ak te ry st yk w e n t yl at or a k o ni ec zn e jest wykonanie całego 7 szeregu operacji n a elemen ta ch otrzymanego zbioru da ny ch doświadczalnych.
Przetwarzanie w y n i k ó w u z ys ka ny ch n a drodze eksperymentalnej nie stwa
rz a w chwili obecnej, szczególnie przy wykorz ys ta ni u elektronicznej tech- hiki. obliczeniowej, w i ę k s z y c h problemów. Istnieje szereg programów k o m p u terowych, umoż li wi aj ąc yc h otrzymanie wy n i k ó w bada ń nie tylko w fo rm ie sto
sunkowo przejr zy st yc h tabel, ale także w postaci graficznej (przy wy ko rz y
staniu odpowiedniego zewnętrznego urządzenia wyjściowego maszyny cyfrowej - grafplotera) [8 i 9] . Sytuacja taka w y m a g a wi ęc skierowania dużej cz ę
ści wy si łk u metrologów, pa ra ją cy ch się tymi problemami, na automatyzację po miaru w ra ma ch systemu CRD [10] .
h . Ukła d pomiarowy
Aby ma ks ym al ni e uprościć a jednocześnie pr zy sp ie sz yć procesy - pomiaro
w y i ob li czeniowy - za kłada się, że w s zy st ki e wyniki bada ń b ę d ą zarejestro
wa ne n a taśmie perforowanej [10] . Taki sposób pr zygotowania danych umożli
w i a wp ro wa dz en ie ioh do systemu wi elodostępnego za pośrednictwem konsoli dalekopisowej, przetw or ze ni e we dł ug odpowiedniego programu i w y pr ow ad ze
n i e n a tym sa my m dalekopisie wy n i k ó w obliczeń. Odpowiednie obliczenia moż
na także przeprowadzić sposobem wsadowym, np. na komput er ze serii Odra 130 0.
Sformułowane w ten sposób zadanie wymaga, aby wszystkie wy ni ki pomia
rów przedstawione by ły w skwantowanej postaci cyfrowej, przy zastosowaniu odpowiedniego kodu umożliwiającego wpro wa dz en ie ich n a we jście perforato*- ra taśmy. Dlatego też sygnały ze w s z y s t k i c h punktów pomiarowych repr ez en
tujące wiel ko śc i mier zo ne i stanowiące ni ee lektryczne wielkości analogowe na leży pr ze dt em pr ze tw or zy ć n a sygnały elektryczne a następnie, po odpo
w i ed ni m ich przekształceniu, wy pr ow ad zi ć z systemu CRD. Schemat układu przystosowanego także do automatyzacji pomiaru ciśnienia przedstawiono na rys. 1.
8 J. Błoński i inni
p Czujnik Przetwornik Konwerter Perforator
t o ś m y
c iś n ie n ia p o m iaro w y M C 3 C D / I S 0 '7
1 t
1
1
1
A .Sondo Domtoronu przesu w ano o u to m cftcz r» * -
Czujnik c iś n ie n ia
Przetwornik Pom iarow y - i
R ejestrator A - Y
Stok sterowania J
Rys. 1. Schemat bl okowy systemu CRD
Zasada działania układu automatycznego pomiaru ciśnień przedstawiona zostanie w skrócie dla toru dotyczącego ciśnienia całkowitego. Po przesu
nięciu sondy do kolejnego punktu pomiarowego n a danej linii sondowania,im
puls oiśnienia zamieniany jest w czujniku ciśnienia i w przetworniku po
miar ow ym n a sygnał elektryczny. Wszystkie elektryczne sygnały wyjściowe z przetworników powinny zawierać się w standardowym zakresie danego typu w ielkości dla urządzeii automatyki i CRD. Dl a w y j ś ć prądowych w y no si on 0-20/50 mA, a dla napi ęc io wy ch 0-10 V.
W przypadku po miarów wi el ok an ał ow yc h stosuje się zazwyczaj jeden k o n w e rt or A/C. Wy ni ka stąd ko ni ec zn oś ć kolejnego odczytywania poszczególnych wielkości, do czego niezbędny jest układ wy bi er an ia ka na łó w (komutator), sterowany np. przez programator czasowy [10, 11 i 12] . Ponieważ dalsza o- br óbka rezultatów pomiaru za pomocą systemów wi el od os tę pn yc h lub w sposób ws ad ow y wy ma ga rejestracji da nych n a standardowej ośraieścieżkowej taśmie perforowanej, układ powinien.być w y po sa żo ny w translator kodu B C D (w k t ó rym przekazywany jest sygnał wyjściowy z ko nw er to ra A/c) n a kod ICL-1900.
Bl ok sterowania koordynuje pracę poszczególnych elementów układu.
Bliższe wiadom oś ci n a temat automatyzacji pomiaru wielkości fizycz ny ch tego typu, jak w omawianym problemie, znaleźć możn a w pracach [1 ,2,10, 12,
13,14
i 15J.
5. Okład prowadzenia sondy piętrzącej
Pełna automatyzacja pomiaru przepływu przy użyciu sondy potrzebuje o d powiedniego urządzenia prowadzącego ją poprzez zadane w przekroju kontrol
nym punkty pomiarowe. Ze wz ględu n a b r a k stosownych ur ządzeń było to z a gadnienie wymagające specjalnego potraktowania. Rezultatem p o d j ę t y c h w tym kierunku prac są dwa uchwyty do automatycznego prowadzenia sondy.
Pierwsze ro zw ią za ni e (rys. 2) doiyczy dokładniejszyoh pomiarów. Sonda napę dz an a jest tu silnikiem prądu stałego za pomocą śruby p o ci ąg ow ej.Przy
jęty układ konstr uk cy jn y umożliwia pomiar, przy skokach sondy wynoszących odpowiednio 0,00025, 0.0005 i 0.001 m. W k a ż d y m punkcie pomiarowym ozułka sondy może być unieruchamiana n a okres 1-5 s.
I
A
Rys. 2. Układ pr ow ad ze ni a sondy - wariant I
1 - sonda pomiarowa, 2 - gniazdo mo cujące sondy, 3 - prowadnica sondy, k - s u p o r t , 5 - pr ow ad ni ca suportu, 6 - śruba pociągowa, 7 - silnik, 8 - układ w y ł ą c z n i k ó w krańoowyeh, 9 - pokrętło przesuwu ręcznego uchwytu "b", 10
pokrętło przesuwu ręcznego uchwytu "a"
D r ug ie rozwiązanie przedstawione n a rys. 3, wy ko rzystuje silnik reluk- tancyjny [i 6 i 17] typu EDS produkcji Zakładów Automatyki Przemysłowej w Ostrowiu Vlk. Sonda n a pę dz an a jest tutaj silnikiem skokowym za po śr ed ni c
twem zębatki, po dobnie jak w ni ek t ó r y c h rozwią za ni ac h firmy DISA.
V tym przypadku przyjęto wi ęk sz e wa rtości skoku sondy wynoszące odpowied
nio: 0.005, 0.010 i 0.025 m. Uchwyt tego typu mo żn a stosować głównie do pr ze kr oj ów po mi ar ow yo h posiad aj ąc yc h odpowiednio w i ęk sz e wymiary aniżeli w pier ws zy m przypadku.
10 _____ J. Błoński i inni
Rys. 3» O k ład pr ow ad ze ni a sondy - wariant II 1 - sonda pomiarowa, 2 - uchwyt sondy, 3 - s u p o r t , ił - podstawa prowadzącego, 5 - silnik skokowy, 6 - kolo zębate, 7 - zębatka, 8
wadnioa, 9 - rolka prowadząoa uchwyt
układu pro-
V Uk ła dy elektroniczne obydwu uohwytów podląozone są do bloku sterowania systemu CRI).
6. Podsumowanie
Po ds tawowym cele m pracy jest zaprezentowanie układu do pomiaru w e n t y l a tora przy w s pó łp ra cy w trybie off-line z komputerem. Pr oblem pomiaru oiś- n i e ń poruszono gł ównie z tego względu, że wymagane jest tu dodatkowe urzą
dzenie do automatycznej zmiany położenia sondy pomiarowej. Pomiaru pozo
st ałych wi el ko śc i n i e omawiano, ponieważ wi ad om oś ci ne ten temat znaleźć możn a w innych opraco wa ni ao h [1,2,3,10,12,13,14 i 15j , do ty oząoyoh w i e l o k a na ło wy ch sy stemów CRD. Zasada pomiaru jest identyozna a cała różnica po
lega tylko n a użyciu innego przetwornika sygnału analogowego n a sygnał e-
lektryczny. \
Korz yś ci za st osowania sy stemów CRD pr zy ba da n i a c h ró żnyoh m a s z y n i urzą dz eń są niewątpliwe, rosną ze w z r o s t e m li cz by od czytów dla danej serii po
miarowej. Do g ł ó w n y c h zalet należą:
- w y e l im in ow an ie ręcznej re je st ra oj i w y n i k ó w pomiaru, - skróoenie czasu badań,
- w y ż s z a jakośó badań,
- po prawa w a r u n k ó w pracy personelu re alizującego pomiary, - obniżenie k o s z t ó w badań.
Do układu przedstawionego n a rys. 1 dołączyć też możn a drukarkę w i e r szową, dr uk ar kę mo za i k o w ą lub np. p i s a k X-Y. V tym os tatnim przypadku, w trakcie sondow an ia wy kr eś la ny bę dz ie rozkład prędkości oz ynnika w z dł uż li
nii sondowania.
N a zakończenie n a le ży podkreślić, że da lszym etapem prao prowadzonych w tym ki erunku będzie, po uzyskaniu ni ez aw od ne go działania zaprezentowane
go systemu, powiązanie układu pomiarowego z miniko mp ut er em M O M I K 8b lub z elektroniczną ęiaszyną cyfrową Odra serii 1300, pracującą w systemach ope- r a oy jn yo h MINIMOP-2 i GE O R G 3.
L ITERATURA
[1] Zi mm er ma nn R . : Auto ma ty cz na centralizacja, pomiary i obróbka danych.
Wy da wn ic tw o MON, W a rs za wa 1975.
[2] Zimmermann R . : Przyrządy do rejestraoji i analizy. WK Ł, Wa rs za wa 1969.
[3j Karkowski Z . , N o w a c z y k J . : Miernictwo cyfrowe. Skrypty Politechniki Wrocławskiej, Wr oc ła w 1975.
[4] Fice k K . , Pałka E . , Rudzki T . : Struktura systemu pomiarowego w zasto
sowaniu do bada ń m a sz yn i urządzeń. I V Ko nf er en cj a Naukowo-Teohnioz- n a w Instytucie L o tn ic tw a "Miernictwo Dyna mi oz ny eh Wielkości Me c h a nicznych". Warszawa, Listopad 1976, ss. 211—215-
[5j Polski Komitet Normalizacyjny, PN/M-43010, "Wentylatory.Pomiary cha
ra kt erystyk n a stoiskach", Projekt Polskiej Normy.
[6j Kuczewski S . : Wentylatory, WNT, W a r s z a w a 1978.
[7] Tuli sz ka E . : Sprężarki, dmuchawy i wentylatory. WNT, Wars za wa 1976, Wyd. II.
12 J. B ł o ń s k i i inni
[8] Błoński J. , Jesionek K. , Sandeeki A,, Wyszyński R. : Obliczanie c h a
rakterystyki we nt yl at or a n a elektronicznej maszynie cyfrowej. Prace Naukowe Instytutu Te ch ni ki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej Nr 7, Seria: Studia i Materiały nr 6 - "Obliczanie i ba
danie wentylatorów", Wr oc ła w 1976, ss. 27-35.
[9] Błoński J . , Je sionek K . , Sandeeki A . , Wyszyński R . , Zabdyr J . : Z a s tosowanie ETO do w y z n ac za ni a charakterystyki wentylatora. III K r a j o w y Przegląd Zastosowań Techniki Komputerowej w Przemyśle Maszynowym, Materiały Konferencyjne, T o m II, Część 2, SIMP Oddział w Poznaniu.
Październik 1976, ss. 79-92.
[10] Błoński J . , Je si on ek K. , Sandeeki A., Wyszyński R. : Automatyzacja po
mi a r ó w wentylatorów. Prace Na ukowe Instytutu Techniki Cieplnej i M e chaniki Pł yn ów Politechniki Wrocławskiej Nr 7. Seria: Studia i M a t e riały n r 6 - "Obliczanie i badanie wentylatorów", Wr ocław 1 9 7 6. ss.
37-1*7.
[11] Jesionek K. : Pole prędkości w przekroju ko nt ro ln ym kanału z a kr zy wi o
nego. Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki, Wro
cławskiej. Komunikat nr I-20/K-0l*5/78, Wr oc ła w 1978,
[12] Praoa zbiorowa: Do ku me nt ac ja techniczna układu kodowania wielkości analogowych UKWA-10. Instytut Automatyzacji Systemów Energetycznych.
Wr oc ła w 1971*.
[13] Bojkowski J . , Ja ni cz ek J. , Jellonek K. : Cyfrowy system pomiaru t e m
peratury. Pomiary, Automatyka, Kontrola, n r h, 1973. ss. 11*2-11*3.
[11*] Mu ch am ed ia ro wa N. , Czerwiński J. : Wi el okanałowy system pomiarowo-in
formacyjny. TV Ko nf er en cj a Naukowo-Techniczna w Instytucie Lo tn ic
twa "Miernictwo Dy na mi cz ny ch Wielkośoi Mechanicznych", W a r s z a w a ,Li_s- , topad 1976, ss. 279-281.
[15] Kiołbiński J. : Wielopuhktowy pomiar ciśnień z komutacją po stronie ciśnienia. IV Ko nf erencja Na uk ow o-Techniczna w Instytucie Lotnictwa
"Miernictwo Dynamicznych Wielkości Mechanicznych", Warszawa, L i s t o pad 1976, ss. 132-131*.
[16] Błoński J. , Je sionek K. : Urządzenie sterujące sondą pomiarową. Insty
tut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej.
Raport nr I-20 /R -0 19/78, Wr oc ła w 1978.
£17] Błoński J. , Je si on ek K. : Instalacja doświadczalna do pomiaru prze
pływu powietrza. Instytut Te chniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Poli
techniki Wrocławskiej, Raport n r I-20/R-018/7 8, Wrocław 1978.
KCGJIEflOBAHHE BEHTHJIHTOPA HA PEitHME O S-JIA i®
P e 3 io m e
3 H e p r e m q e c K n e n 3 M e p e H n a B e H T H J i f l T o p o B h o C p a ó o T K a p e s y a b i a i o B K 3 M e p e K n ; l ipaflHiiHOHHbiMH M e T O f l a M H npeflciaBjiflioT coóoił B e c Ł M a T p y A o e M K K f t n p o a ę c c . K e o o : c o - X H M H M C T a H O B H T C H B B e f l e H H e B npOMblfflJieHHyiO n p a K T H K y HOBtUC M e T O A O H S a K . 1 K m a » Ę H X - Cfl B a B T 0 M a T H 3 a U H H H 3 M e p e H H i ł .
B c T a T b e n p e a c T a B a e H a C H C T e M a a B T C M a T H a e o K o f t p e r n c ' r p a u H M p e s y j i b r a T O B lio- MepeHHH B eH T H J iH io p a . n o j iy ^ e H a a n ijip cB a H HH$opMauHH HaxOAHTbCH n a n e p $ o p * f p o - BaHHOił j i e n i e . H cn o jib 3 0 B a H H b iii MeTo.5 fle j i a e T b03M 03chhm H e n o c p e sc T B eH H h iR b b o ą AaHHtDC n a y c T p o ftc T B O B x o f la 3 L I B M . IlpHMeHeHKe n p eflC T a B J ieH H o ro M e r o n a c o K p a n a - e t B peM a u n o B u m a eT T o n a o c T b *i3M epeH H H •
INVESTIGATION OF F A N BY OFF- LI NE SYSTEM
S u m m a r y
Bo th energy measurements and the analysis of results by traditional me
thods are time consuming. The n e w methods should be introduced to reduce the schedules, particularly w h e n the model, guarantee and acceptance tests consisting in automatic measurements are to be performed.
Di gital pressure (and other parameters) measurement system permitting to analyse pressure di st ribution in gauging cross-section of f l o w channel is presented in this chapter. Measurment results ma y b e obtained on perfo
rated tape for fu rther electric data processing.
