Содержание

Гисторезис и гистерезисный контур – что это такое? Эффект, явление гистерезиса в пневматике, промышленности.

Что такое гистерезис в пневматических клапанах, винтовых компрессорах?.

Определение и механизм гистерезиса.

Гистерезис в промышленности.

Гистерезис в пневматических клапанах.

Последствия гистерезиса в пневматических клапанах:

Гистерезис в винтовых компрессорах.

Методы уменьшения и контроля гистерезиса.

Пример из практики – управляющий клапан в системе вакуума.

Графическое изображение гистерезиса.

Пример 1 – Пропорциональный клапан.

Пример 2 – Винтовой компрессор.

 

Гисторезис и гистерезисный контур – что это такое? Эффект, явление гистерезиса в пневматике, промышленности

Что такое гистерезис в пневматических клапанах, винтовых компрессорах?

Гистерезис – это физическое явление, заключающееся в том, что реакция системы на определенное возбуждение зависит не только от текущих условий, но и от ее предыдущей истории. Другими словами, выходной параметр (например, давление, положение, интенсивность потока) не однозначно связан с входным параметром, но зависит от пути, который прошла система, чтобы достичь заданного значения. Это явление широко встречается во многих областях техники, включая промышленную автоматику, гидравлику и пневматику.

В пневматике гистерезис может оказывать влияние на точность, повторяемость и стабильность работы устройств. Следует понять, откуда он берется, какие последствия и как его контролировать.

Определение и механизм гистерезиса

Проще говоря, гистерезис означает разницу между точками переключения или реакцией системы при изменении направления действия управляющего сигнала. Он может возникать в механических, электрических, магнитных и пневматических системах.

В пневматических системах управления это явление может носить характер:

• механический – вследствие люфтов (приводит к задержке реакции и смещению точек переключения), трению (для начала движения элемента требуются большие силы, чем для его удержания) и упругости элементов (мембраны, пружины, поршни могут накапливать энергию и высвобождать ее с задержкой)
• динамического характера – вследствие инерции и задержек в работе,
• управляющего характера – связанного с характеристиками регуляторов, клапанов или датчиков.

Пример: в регуляторе давления точка открытия клапана может наступить при 6,2 бара, а точка закрытия – при 5,8 бара. Эта разница (0,4 бара) и является гистерезисом.

Гистерезис в промышленности

В промышленном контексте гистерезис есть одновременно:

• проблемой – когда он влечет за собой нежелательные отклонения и снижает точность,
• функциональное явление – когда его намеренно вводят, чтобы обеспечить стабильность и избежать колебаний.

Во многих системах управления гистерезис является преднамеренным конструктивным параметром, применяемым, в частности, в термостатах, прессостатах или регуляторах во избежание слишком частого переключения исполнительных элементов.

Гистерезис в пневматических клапанах

В пневматических клапанах гистерезис чаще всего проявляется как разница в реакции клапана при открывании и закрывании. Причинами могут быть:

• трение уплотнений и направляющих,
• упругость мембран или поршней,
• люфт в системе рычагов,
• вязкость среды (сжатый воздух с маслом или конденсатом).

Последствия гистерезиса в пневматических клапанах:

• задержка реакции системы,
• снижение точности позиционирования приводов,
• необходимость использования более сильного управляющего сигнала для изменения положения.

В системах, требующих высокой точности (например, управление положением в автоматизированном монтаже), гистерезис может вызывать погрешности в несколько процентов, что неприемлемо для серийного производства. В таких случаях применяются клапаны с минимальным гистерезисом или компенсирующие элементы, например пропорциональные клапаны с коррекционными системами.

Гистерезис в винтовых компрессорах

В винтовых компрессорах гистерезис возникает основным образом в системах регулирования давления. Если бы компрессор работал в режиме мгновенной реакции на минимальные изменения давления, это привело бы к:

• частое включение и выключение двигателя,
• более быстрого износа механических элементов,
• повышенное потребление энергии.

Поэтому производители внедряют контролируемую гистерезис в реле давления или контроллерах. Пример:

• Компрессор запускается, когда давление падает ниже 6,5 бар.
• Он выключается, когда достигает 7,5 бар. Разница в 1,0 бар является гистерезисом, позволяющим поддерживать стабильную работу и ограничить количество циклов запуска/остановки.

Методы уменьшения и контроля гистерезиса

В пневматических системах нежелательный гистерезис можно ограничить с помощью:

1. Оптимизация конструкции – подбор клапанов с низким коэффициентом трения, уплотнений с соответствующими характеристиками, минимизация зазоров.
2. Использование пропорциональных клапанов – они обеспечивают плавную регулировку потока и давления, уменьшая эффект задержки.
3. Регулярное техническое обслуживание – смазка, чистка и контроль состояния уплотнений уменьшает сопротивление движению.
4. Компенсация в контроллерах PLC – программное обеспечение может учитывать гистерезис и корректировать управляющие сигналы.
5. Сознательное введение гистерезиса – во избежание колебаний в системах, чувствительных к микропомехам. Вопреки внешним признакам, гистерезис не всегда является недостатком – во многих устройствах его сознательно вводят, чтобы:

• избежать слишком частого переключения устройств (компрессоров, насосов, вентиляторов),
• приглушить колебания в PID-регуляторах,
• стабилизировать сигнал в условиях колебаний.

Пример: в редукционном клапане настройка гистерезиса позволяет избежать эффекта «охоты» (колебаний давления вокруг заданного значения), что увеличивает срок службы системы.

Пример из практики – управляющий клапан в системе вакуума

На предприятиях по производству упаковоквки используются пневматические присоски для подъема листов пленки или картона. Управляющий клапан может иметь гистерезис около 0,2 бар, что означает, что при падении вакуума ниже -0,6 бар включается вакуумный насос, а выключается только после достижения -0,8 бар. Благодаря этому насос не работает в режиме постоянного включения-выключения, что продлевает срок его эксплуатации.

Графическое изображение гистерезиса

Гистерезис лучше виден на графиках зависимости выходного сигнала от входящего. Характерной особенностью является то, что кривая "вверх" (нарастание сигнала) не совпадает с кривой "вниз" (падение сигнала) - образуется петля гистерезиса.

Пример 1 – Пропорциональный клапан

• При увеличении управляющего сигнала клапан начинает открываться при 3,0 В.
• При уменьшении сигнала он закрывается только при 2,7 В.
• Разница 0,3 В – это гистерезис управления.

Пример 2 – Винтовой компрессор

• Пресостат включает компрессор при 6,5 бар.
• Выключает его только при 7,5 бар.
• Разница 1,0 бар образует петлю гистерезиса, стабилизирующую работу системы.

Такие графики помогают сервисным инженерам быстро оценить, находится ли гистерезис в пределах допустимых параметров производителя.