Общие сведение об элементах автоматики.

По назначение следует различать элементы для получения информации и её использования.

По характеру выполняемых функций элементы автоматики подразделяются на следующие разновидности:

- датчики и реле (используются в основном для получения информации);

- усилители, распределители, генераторы, стабилизаторы (используются для преобразования информации);

- каналы связи, передатчики, приемники ( применяются для передачи информации);

- исполнительные (магнитные пускатели, двигатели разных типов);

- учитывающие и суммирующие приборы (счетчики разных видов);

- расчетные (счетно-вычислительные машины), которые применяются при полной замене функций, выполняемых машинистами дорожно-строительных машин.

Датчик – измерительный орган с чувствительным элементом, предназначенный для преобразования контролируемой или регулируемой величины в величину другого вида. Наибольшее распространение имеют датчики, в которых происходит преобразование неэлектрической величины (физической, химической) в электрическую. Это объясняется тем, что электрическая величина (сила тока, напряжение) может легко измеряется, усиливаться, предаваться на значительные расстояния, а при необходимости преобразовываться в величины другого вида.

Датчик ведет непрерывный контроль за ходом процесса. При этом зависимость выходной величины у от входной х [ y = f(x)] выражена плавной кривой.

Реле – элемент, в котором при достижении входной величиной х известного значения выходная величина у изменяется скачкообразно, последовательно в сторону увеличения (срабатывание реле) или в сторону уменьшения ( опускание реле).

Усилитель – элемент, в котором входная и выходная величины изменяют одинаковую физическую природу и производится лишь количественное преобразование (усиление) входной величины. Эффект усиления получается за счет использования энергии источника.

Стабилизатор – элемент, назначение которого состоит в поддержании постоянства входной величины при изменении в заданных пределах входной величины. Наибольшее распространение имеют стабилизаторы электрического тока и напряжения.

Распределители – элементы автоматики, функции которых заключаются в поочередном подключении одной цепи к ряду других. Распределители необходимы в тех системах автоматики, в которых решается задача управления многими объектами или контроля многих объектов с помощью одного органа. Для этого необходимо данный орган подключить поочередно ко всем управляемым или контролируемым объектам.

Двигатели – элементы, служащие для преобразования энергии того или иного вида в механическое движение. Входная величина х может быть при этом электрической, пневматической или гидравлической. Двигатели часто используют в качестве исполнительного органа автоматизированных систем управления.

Элементы автоматики выполняют в системе преобразования качественные, при которых х и у имеют разные размерности (датчики, реле, исполнительные органы), или количественные с одинаковой размерностью х и у при разном их количественном значении (усилители, стабилизаторы).

Каждый элемент объединяет большое число приборов, которые могут отличаться друг от друга принципом действия, конструкцией, параметрами.

Однако имеются характеристики, позволяющие судить о некоторых общих свойствах приборов, элементов и даже систем автоматики. К таким общим характеристикам относятся:

- коэффициент преобразования или передаточный коэффициент;

- погрешность;

- порог чувствительности.

Передаточный коэффициент – это отношение значений выходной и входной величины, а также их абсолютных или относительных приращений. В соответствии с этим получаем следующие выражения для разновидностей передаточного коэффициента:

- статический передаточный коэффициент

К_стат = у / х

- динамический передаточный коэффициент

К_дин = ∆у / ∆х

- относительный передаточный коэффициент

К_отн =

Статистический и динамический передаточные коэффициенты имеют размерность, относительный передаточный коэффициент является безразмерным. Чем больше значение относительного передаточного коэффициента, тем более прогрессивным является рассматриваемый элемент, т.е. следует стремится к максимальному значению этого коэффициента.

Относительно датчиков и реле передаточный коэффициент называется коэффициентом чувствительности. Для усилителей передаточный коэффициент называется коэффициентом усиления, а для стабилизаторов – коэффициентом стабилизации, который лучше выражать отношением приращения входной величины х и выходной величине у (К_стаб = ∆х / ∆у), так как при этом увеличение коэффициента стабилизации характеризует положительное качество прибора.

Погрешностью называется отклонение значения выходной величины, показываемого прибором, от расчетного (точного) значения этой величины. В зависимости от причин, вызывающих погрешность, и ее характера различают погрешность основную и дополнительную.

Основная погрешность - погрешность показаний прибора, определяемая его конструкцией, износом и старением материала, из которого прибор изготовлен, и исчисленная при нормальных условиях работы прибора.

Дополнительная погрешность - это погрешность, вызываемая воздействием внешних условий на прибор при отклонении их от нормальных. Дополнительная погрешность в зависимости от причин, ее вызывающих, может быть:

- температурной;

- возникать от колебания напряжений и частоты тока, получаемого прибором от сети питания.

В зависимости от метода исчисления величины различают погрешности:

- абсолютную;

- относительную;

- приведенную относительную.

Абсолютная погрешность - это разность между расчетным (действительным) значением выходной величины и значением ее, показательным фактически прибором:

П_абс = у_р - у_ф

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к действительному значению выходной величины, выраженное в процентах:

П_отн = (П_абс / у_р) ∙ 100%

При постоянстве П_абс относительная погрешность П_отн тем больше, чем меньше выходная величина у_р.

Приведенной относительной погрешностью П_{прив. отн.} называется отношение абсолютной погрешности к максимальному значению выходной величины у_{max р} , определяющему диапазон ее изменения, выраженной в процентах:

П_{прив.отн.} = (П_абс / у_мах) ∙ 100%

Приведенные понятия абсолютной и относительной погрешности и указания о методах расчета их величины справедливы для приборов с плавной монотонной зависимостью значений выходной и входной величины у = f(x).

Для приборов ремонтного действия которым свойственно скачкообразное изменение выходной величины при достижении входной величиной определенного предельного значения, под погрешностью понимают отклонение значений входной величины, при которых происходит изменение выходной величины от заданных значений этой входной величины.

Порогом чувствительности принимается минимальное по величине значение отклонения входной величины х, вызывающее заведомое изменение выходной величин у.

Существуют две причины возникновения порога чувствительности. Первая связана с наличием трения, мертвого хода (люфта), гистерезиса (имеет место в реле двигателях). Вторая – в связи с наличием шума и помех, которые могут вызвать изменение выходной величины у при постоянном (неизменном) значении входной величины х (имеет место в датчиках, усилителях).

При воздействии первой причины возникает зона нечувствительности в диапазоне максимального изменения х от 0 до х₁ (при положительном значении х) и от 0 до – х₂ (при отрицательных значениях), в пределах которого у = 0. В этом случае значение х₁ и –х₂ называются порогами чувствительности.