Ogólna charakterystyka Ogólna charakterystyka wybranych elementów wybranych elementów wykonawczych i pomiarowych wykonawczych i pomiarowych stosowanych w stosowanych w inżynierii inżynierii środowiskaśrodowiska

Ogólna charakterystyka Ogólna charakterystyka wybranych elementów wybranych elementów

wykonawczych i pomiarowych wykonawczych i pomiarowych

stosowanych w

stosowanych w inżynierii inżynierii środowiska

środowiska

Wykład 5 Wykład 5

ELEMENTY WYKONAWCZE I POMIAROWE ELEMENTY WYKONAWCZE I POMIAROWE

AUTOMATYKI AUTOMATYKI

Schemat blokowy układu regulacji

obiekt regulacji

w e u y

y y_m

z

regulator urządzenie

wykonawcze obiekt regulacji

element pomiarowy +_

Urządzenia wykonawcze Urządzenia wykonawcze

• Urządzenie wykonawcze = element napędowy + element wykonawczy

element napędowy

element

wykonawczy

+ +

Urządzenie wykonawcze

ELEMENTY WYKONACZE ELEMENTY WYKONACZE

• Element wykonawczy jest to urządzenie wymuszające zmiany

wielkości regulowanej. W przypadku układów regulacji i sterowania w inżynierii środowiska elementem wykonawczym jest najczęściej:

• pompa,

• wentylator,

• podajnik,

• przepustnica powietrza,

• zawór regulacyjny.

Konstrukcje zaworów regulacyjnych Konstrukcje zaworów regulacyjnych

przelotowych (jednodrogowych)

przelotowych (jednodrogowych)

Elementy wykonawcze w węźle Elementy wykonawcze w węźle

ciepłowniczym ciepłowniczym

Zawór regulacyjny

Pompa

Zastosowanie zaworów przelotowych Zastosowanie zaworów przelotowych – –

węzeł ciepłowniczy węzeł ciepłowniczy

c.o.

LC1

LC2

sieć

w.z.

cyrk.

c.w.u.

1 2

4 3

5

6

WCO WCWII

WCWI

Zco Zcw

ZRRC

Δp^RRC

Zawór regulacyjny

Zawór trójdrogowy: a) mieszający, b) Zawór trójdrogowy: a) mieszający, b)

rozdzielający

rozdzielający

Sposoby montażu zaworów trójdrogowych Sposoby montażu zaworów trójdrogowych

a) zawór mieszający,

b) zawór mieszający pełniący

funkcję zaworu rozdzielającego,

c) zawór rozdzielający

Zastosowanie zaworów regulacyjnych Zastosowanie zaworów regulacyjnych

trójdrogowych w kotłowni trójdrogowych w kotłowni

T

T P

H

T H

T

T

P T T

T T

T T

STB T

STB

M

Zawór regulacyjny

Zastosowanie zaworów regulacyjnych Zastosowanie zaworów regulacyjnych trójdrogowych w wentylacji (mieszający i trójdrogowych w wentylacji (mieszający i

rozdzielający) rozdzielający)

T

y w u_ch

u_g

y=t_i

6

6--drogowy kulowy zawór regulacyjny drogowy kulowy zawór regulacyjny

6

6--drogowy kulowy zawór regulacyjny drogowy kulowy zawór regulacyjny – – przykład zastosowania

przykład zastosowania

Napędy Napędy

W inżynierii środowiska najczęściej stosowanymi napędami są:

- siłowniki zaworów i przepustnic, - silniki pomp i wentylatorów.

Siłowniki służą do zmiany stopnia otwarcia zaworów i przepustnic a silniki do utrzymania stałej lub zmiennej prędkości obrotowej pomp i wentylatorów.

Napędy zaworów regulacyjnych Napędy zaworów regulacyjnych

Jako napędy zaworów regulacyjnych stosuje się a) w układach nieelektrycznych siłowniki:

• mechaniczne,

• hydrauliczne,

• pneumatyczne,

b) w układach elektrycznych siłowniki:

• elektryczne,

• elektrohydrauliczne,

• termoelektryczne,

• elektromagnetyczne,

Siłownik mechaniczny Siłownik mechaniczny

• W technice z zakresu inżynierii środowiska siłowniki mechaniczne stosowane są do regulacji poziomu cieczy jako element pływakowego regulatora bezpośredniego działania, gdzie zmiany poziomu, mierzone czujnikiem pływakowym, są przenoszone za pomocą dźwigni mechanicznej na ruchy grzybka zaworu regulacyjnego.

Siłownik hydrauliczny Siłownik hydrauliczny

• Siłownik hydrauliczny wyposażony jest w otwartą (a) lub zamkniętą (b) komorę wypełnioną cieczą manometryczną.

Zmiana ciśnienia w komorze siłownika powoduje ruch membrany lub mieszka połączonego z grzybkiem i zmiany stopnia otwarcia zaworu.

ELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI ZAWORÓW ELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI ZAWORÓW

REGULACYJNYCH

REGULACYJNYCH

ELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI ZAWORÓW ELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI ZAWORÓW

W siłownikach elektrycznych energia elektryczna przetwarzana jest na energię mechaniczną, która wykorzystywana jest do napędzania elementu nastawczego.

Trzpień siłownika napędzany jest silnikiem za pośrednictwem przekładni redukcyjnej zębatej o dużym przełożeniu (zmniejszenie prędkości) oraz przekładni ślimakowej zamieniającej ruch obrotowy w ruch posuwisty.

SIŁOWNIKI ELEKTROHYDRAULICZNE SIŁOWNIKI ELEKTROHYDRAULICZNE

na przykładzie firmy

na przykładzie firmy LandisLandis & & GyrGyr. .

• Energia elektryczna w tym siłowniku służy do napędu pompy tłokowej (3) przetłaczającej olej ze zbiornika (1) nad tłokiem (2) siłownika do cylindra pod tłokiem.

• Ciśnienie oleju pokonując opór sprężyny (4) powoduje przemieszczanie się przymocowanego do cylindra trzpienia siłownika (6).

• Otwarcie zaworu elektromagnetycznego (5) na przewodzie upustowym do zbiornika (1) powoduje wyciskanie przez sprężynę powrotną (4) oleju spod powierzchni tłoka i przemieszczanie się trzpienia (6) siłownika w kierunku przeciwnym.

SIŁOWNIKI TERMOELEKTRYCZNE SIŁOWNIKI TERMOELEKTRYCZNE

• Siłowniki termoelektryczne powstały przez modyfikację termostatów przygrzejnikowych.

• W siłownikach tych sprzężony z trzpieniem (3) element (2) zamykający zawór zwiększa swoją objętość przez podgrzewanie przy pomocy grzałki elektrycznej (1). Wzrost temperatury powoduje przemieszczanie się trzpienia siłownika i zamykanie zaworu.

• Wyłączenie zasilania elektrycznego powoduje ochładzanie siłownika i otwieranie zaworu.

• Siłownik ma w zasadzie działanie dwustawne. Jednak ze względu na czas potrzebny do podgrzania i ponownego schłodzenia siłownika działanie to przyjmuje charakter quasiciągły.

SIŁOWNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE SIŁOWNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE

Zasada działania siłownika (cewki elektromagnetycznej) polega na wykorzystaniu siły działającej na materiał ferromagnetyczny w polu magnetycznym.

Pole magnetyczne wytwarzane w rdzeniu wskutek przepływu prądu przez cewkę elektryczną (1) powoduje powstanie siły działającej na rdzeń (3).

Rdzeń przesuwa się, powodując przestawianie połączonego z nim grzybka zaworu (5).

Po wyłączeniu zasilania cewki rdzeń i połączony z nim grzybek przesuwany jest pod wpływem sprężyny (4) w położenie pierwotne.

Elementy wykonawcze Elementy wykonawcze

Przepustnice regulacyjne powietrza Przepustnice regulacyjne powietrza

• Przepustnice regulacyjne lub nastawcze stosuje się w instalacjach powietrznych do zmian ilości lub ciśnienia powietrza w zależności od zadanych wielkości np.

temperatury, prędkości, ciśnienia.

• Są one jednoelementowe lub wieloelementowe, te zaś dzielą się na:

a) przepustnice żaluzjowe z łopatkami współbieżnymi,

b) przepustnice żaluzjowe z łopatkami przeciwbieżnymi.

Przepustnice jednoelementowe i Przepustnice jednoelementowe i

wieloelementowe

wieloelementowe

Zastosowanie przepustnic Zastosowanie przepustnic

• Przepustnice do zewnętrznego powietrza i powietrza wywiewanego na początku i końcu instalacji służą do zamykania i mają z tego względu mają działanie dwupozycyjne zamknięty-otwarty.

• Przepustnice dławiące do zmiany ilości powietrza

powinny z reguły posiadać przeciwbieżne łopatki.

Siłowniki elektryczne przepustnic wentylacyjnych Siłowniki elektryczne przepustnic wentylacyjnych

Do napędu przepustnic są stosowane siłowniki elektryczne, w których element nastawczy wykonuje ruch obrotowy w zakresie 0 do 90°.

Podział i rodzaje czujników Podział i rodzaje czujników

Automatyzacja instalacji w inżynierii środowiska wymaga zastosowania czujników służących do pomiaru takich wielkości jak:

• temperatura,

• ciśnienie,

• wilgotność,

• prędkość przepływającego medium,

• strumień objętości,

• strumień ciepła,

• entalpia,

• jakość powietrza,

• zawartość CO²,

• poziom cieczy,

• ruch,

• obecność itp.

CZUJNIKI TEMPERATURY CZUJNIKI TEMPERATURY

• Czujniki temperatury posiadają element czuły na temperaturę, który przy zmianie temperatury (wejście) zmienia wartość sygnału wyjściowego.

• W zależności od zastosowanej zasady pomiaru temperatury czujniki można podzielić na: rezystancyjne, termoelementy, bimetalowe, manometryczne i cieczowe.

CZUJNIKI REZYSTANCYJNE CZUJNIKI REZYSTANCYJNE

• W typowych układach z regulatorami cyfrowymi stosowane są czujniki rezystancyjne z elementami zmieniającymi swoją oporność elektryczną przy zmianie temperatury.

• Są to przeważnie oporniki drutowe lub warstwowe z platyny lub niklu, jak również specjalne elementy półprzewodnikowe – termistory.

• Opór elektryczny czujnika rezystancyjnego oznaczonego w literaturze symbolem RTD (ang. Resistance Temperature Device) zależy od temperatury, wzrasta z temperaturą.

• Termometry rezystancyjne robione są najczęściej z platyny i niklu.

• Wybór materiału na termometr rezystancyjny zależy od zakresu temperatury, wymagań antykorozyjnych, wymagań co do mechanicznej trwałości i kosztu.

Czujniki rezystancyjne platynowe Czujniki rezystancyjne platynowe

• Są najszerzej stosowane do pomiarów cieplnych, ponieważ platyna jest najbardziej trwała i odporna na korozję.

• Termometrem platynowym do dokładnych pomiarów jest termometr Pt1000, co oznacza, że rezystancja czujnika w temperaturze 0°C wynosi 1000 Ω (R⁰= 1000 Ω).

Termistory Termistory

• Wykonywane są z polikrystalicznych półprzewodników, w postaci tlenków metali: chromu, manganu, żelaza, kobaltu, niklu i miedzi.

• Małe stałe czasowe oraz duża dokładność przyczyniła się do szerokiego stosowania tych czujników.

• Termistory typu NTC (ang. Negative Temperature Coefficient) charakteryzują się dużym jednostkowym spadkiem oporu elektrycznego przy wzroście temperatury.

CZUJNIKI ZANURZENIOWE

CZUJNIKI ZANURZENIOWE –– POMIAR TEMPERATURY POMIAR TEMPERATURY CIECZY

CIECZY

SPOSÓB MONTAŻU

CZUJNIK PRZYLGOWY CZUJNIK PRZYLGOWY

SPOSÓB MONTAŻU

Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza

oraz czujnik temperatury z nastawnikiem

oraz czujnik temperatury z nastawnikiem

ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓW

POMIESZCZENIOWYCH POMIESZCZENIOWYCH

Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego

Zalecenia dotyczące lokalizacji czujnika temperatury powietrza zewnętrznego w systemach ogrzewania budynków

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

Czujnik kanałowy i pomieszczeniowy

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

• Zasada działania elektrycznych czujników wilgotności oparta jest na zastosowaniu substancji lub złożonych układów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianie wilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianę właściwości elektrycznych układu jak impedancja i pojemność elektryczna lub inne parametry elektryczne.

• Czujniki elektryczne mogą mieć wyjście napięciowe lub częstotliwościowe, w przypadku którego stosuje się przetwornik częstotliwościowo-napięciowy dla uzyskania sygnału napięciowego proporcjonalnego do wilgotności.

Czujniki ciśnienia Czujniki ciśnienia

• W przetwornikach ciśnienia elementem pomiarowym jest membrana lub piezorezystor.

• Piezorezystorami nazywa się czujniki wykonane z materiałów półprzewodnikowych, których rezystancja zależy od naprężeń w materiale.

• Zachodzące pod wpływem zmian ciśnienia odkształcenia membrany lub zmiany rezystancji elementu piezorezystora w przetworniku przetwarzane są na standardowy sygnał elektryczny napięciowy lub prądowy.

Czujnik jakości powietrza VOC Czujnik jakości powietrza VOC

• Czujnik jakości powietrza w pomieszczeniu służy do pomiaru zawartości niekorzystnych składników w postaci łatwo utleniających się gazów organicznych lub par (VOC – Volatile Organic Compounds - lotne składniki organiczne).

• Pomiar umożliwia optymalizację jakości powietrza w pomieszczeniu oraz ograniczenie zużycia energii poprzez określenie niezbędnego zapotrzebowania powietrza świeżego.

System zliczania liczby osób System zliczania liczby osób

• Systemy zliczania liczby osób stosuje się do ustalania liczby osób przebywających w danym momencie w obiekcie np.

hali sprzedaży supermarketu i wyznaczania na tej podstawie w systemach wentylacji pomieszczeń ilości powietrza świeżego podawanego przez wentylatory nawiewne, przy założeniu jednostkowego strumienia minimalnego przypadającego na jedną osobę.

• W systemach tych wykorzystuje się pyroelektryczne czujniki podczerwieni.

System zliczania liczby osób

System zliczania liczby osób -- zasada działania zasada działania

• Czujniki umieszczone w bramach wejściowych i wyjściowych działają na zasadzie pasywnych czujników podczerwieni reagujących na promieniowanie cieplne osób przechodzących w obu kierunkach w strefie ich zasięgu .

• Informacje z czujników przesyłane są do mikroprocesorowego analizatora z możliwością dalszego przesyłania danych w formie cyfrowej, po RS 232, lub w formie niezależnych impulsów oddzielnie dla osób wchodzących i osób wychodzących.

KONIEC WYKŁADÓW KONIEC WYKŁADÓW

do zobaczenia na kolokwium

J