آزمایشگاه کنترل فرآیند
عنوان آزمایش
کنترل فشار
توضیح مختصری در مورد فشار و روش اندازه گیری آن
تعریف فشار:
فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که با علامت اختصاری p نشان میدهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا میکند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز میباشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده میشود.
مفهوم فشار:
اثر نیرو بر روی یک سطح بستگی دارد که نیرو چگونه اعمال شود. شخصی که کفش ورزشی میخ دار پوشیده. میخ کفشهایش در زمین فرو میرود در صورتیکه کفش معمولی بر زمین آسیب نمیرساند. نکته قابل توجه این است که در هر دو مورد نیرویی که بر سطح وارد میشود یکسان بوده و همان نیروی وزن اوست. اختلاف میان این دو حالت در این است که کفش ورزشی نیرو را بر سطح کوچکی وارد میکند.
میخ کفشها مقدار نیروی کل را تغییر نمیدهد ، بلکه نیرو بر واحد سطح را به شدت افزایش میدهد. که کمیت نیروی وارد بر واحد سطح نیز فشار نام دارد. به زبان ریاضی فشار بصورت زیر بیان میشود:
P=F/A که در آن P فشار ، F نیرو و A سطح مقطع اثر نیرو میباشد.
اسکیبازان موقع اسکی کفش اسکی میپوشند زیرا دارای سطح مقطع بزرگتری است و فشار وارد بر سطح را کاهش میدهد.
چاقو به خاطر سطح مقطع بسیار کوچک تماس با اجسام (مثلا دست) در اثر اعمال مقدار نیروی هر چند ناچیز ، نیروی واحد سطح فشار بزرگتری را ایجاد کرده و سبب برش اجسام میشود.
یکای فشار:
فشاربا یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال میباشد که برابرPa=1N/m2 1 میباشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmosphere ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود.
چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.
چون در اندازه گیری فشار در لوله U شکل از طول سنجی مایع جیوه به فشار سنجی پی می برند، واحد سانتیمتر جیوه (cmHg) نیز برای کمیت فشار به غلط مرسوم شده است.
نحوه اندازه گیری فشار:
فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه میگیرند عمده ترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نام گذاری شده است عبارتند از:
* فشارسنج لوله U شکل
* فشار سنج مکلئود
* فشار سنج جیوهای
* فشار سنج ترموکوپل
* فشارسنج صوتی
* فشار سنج خازنی
* فشارسنج گازایدهآل
ساده ترین و معروفترین آنها فشار سنج لوله U شکل است که در آن مقداری جیوه در لوله U شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط (هواکه برابر p0 است) و ماده د اخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد میکند ازطریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری میشود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را میتوانیم به دست آوریم :
P=P0+ρg(h-h0)
در رابطه اخیر P فشار و ρ چگالی ماده و P0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه وh ارتفاع ستون مایع در فشار ماده میباشد.
در این آزمایش پس از اجرا کردن نرم افزار مربوطه ، تغییری پله ای به شیر کنترل اعمال میکنیم و منتظر میمانیم تا به حالت پایا برسد .(طبق شکل)
چندین تغییر پله ای اعمال میکنیم تا انجام محاسبات با دقت بیشتری همراه باشد .
پس از انجام محاسبات و بدست آوردن متغیرهای کنترلر،به سراغ سیستم بسته میرویم .
ست پونتی را در نرم افزار وارد میکنیم و منتظر تغییرات اتوماتیک شیر کنترل با توجه به ست پونت میشویم.
اگر متغیرهای شیر کنترلر تقریبا دقیق باشد ، شیر کنترل آنقدر بازو بسته میشود تا فشار خروجی به ست پونت داده شده نزدیک شده و روی خط ان منطبق شود . در این حالت متغیرهای تعریف شده برای کنترلر دقیق است و میتوانیم با هر ست پونت تعریفی ، به خروجی دلخواه خود برسیم
اگر متغیرها از حالت واقعی دور بودند میتوانیم با چندین بار سعی و خطا، به داده های واقعی نزدیک شویم
نمودار فشار بر حسب زمان درsetpoint 2.5
نمودار فشار بر حسب زمان درsetpoint 3
نمودار فشار بر حسب زمان درsetpoint 3.5
نمودار فشار بر حسب زمان درsetpoint 4
نمودار تغییرات برای سیستم باز کنترل فشار
نمودار تغییرات برای سیستم بسته کنترل فشار
تصاویر دستگاه کنترل فشار :
مخازن فشار
فشار سنج الکتریکی
PFD سیستم
محاسبات برای مثال
برای سیستم درجه 1
15