1.5. Основні характеристики елементів автоматики

Кожний з елементів характеризується якими-небудь властивостями, які визначаються відповідними характеристиками. Деякі із цих характеристик є загальними для більшості елементів. Головною загальною характеристикою елементів є коефіцієнт перетворення (або коефіцієнт передачі), що представляє собою відношення вихідної величини елементу у до вхідної величини х, або відношення збільшення вихідної величини Δу або dy (див. рис.1.3) до збільшення вхідної величини Δх або dx.

У першому випадку K = у/х називається статичним коефіцієнтом перетворення, а в другому випадку K' = Δy/Δx ≈ dy/dx при Δx → 0 - динамічним коефіцієнтом перетворення. Зв'язок між значеннями x і у визначається функціональною залежністю; значення коефіцієнтів K і K' залежать від форми характеристики елемента або виду функції в =f(x), а також від того, при яких значеннях величин підраховуються K і K'.

Статичний і динамічний коефіцієнти перетворення характеризуються величинами, що мають розмірність, а також виражені у відносні (безрозмірних) величинах за умови, що вхідна й вихідна величини мають однакову розмірність.

Відносний коефіцієнт перетворення /

При Δх → 0 одержимо

Для перетворювача із пропорційною характеристикою ηΔ = η = 1.

Стосовно до різних елементів автоматики коефіцієнти перетворення K', K, ηΔ і η мають певний фізичний зміст і своя назва. Наприклад, стосовно до датчика коефіцієнт перетворення називається чутливістю (статичної, динамічної, відносної). Для підсилювачів коефіцієнт перетворення прийнято називати коефіцієнтом підсилення ( для більшості підсилювачів величини x і y є однорідними, і тому коефіцієнт підсилення являє собою безрозмірну величину).

При роботі елементів вихідна величина в може відхилятися від необхідного значення за рахунок зміни їх внутрішніх властивостей (зношування, старіння матеріалів і т.п.) або за рахунок зміни зовнішніх факторів (коливання напруги живлення температури, що оточує, і ін.), при цьому відбувається зміна характеристики елемента (рис.1.8) - похибка.

Абсолютною похибка (помилкою) називається різниця між отриманим значенням вихідної величини у' і розрахунковим (бажаним) її значенням (рис. 1.8): Δу = у' - в.

Відносною погрішністю називається відношення абсолютної погрішності Δу до номінального (розрахунковому) значенню вихідної величини в. У відсотках відносна погрішність визначається як y = Δy • 100/в.

Рис. 1.8. Схема визначення похибки елемента

Рис. 1.9. Схема визначення порогу чутливості: а - характеристика елемента при наявності мертвої зони; б- характеристика елемента при наявності релейних властивостей

Залежно від причин, що викликають відхилення, розрізняють температурну, частотну, струмову й інші погрішності.

Іноді користуються наведеною погрішністю, під якою розуміється відношення абсолютної погрішності до найбільшого значення вихідної величини . (% )

Якщо абсолютна погрішність постійна, то наведена погрішність також постійна.

Погрішність, викликана зміною характеристик елемента згодом, називається нестабільністю елемента.

Порогом чутливості називається мінімальна величина на вході елемента, яка викликає зміну вихідної величини ( тобто впевнено виявляється за допомогою даного датчика). Поява порога чутливості викликають як зовнішні, так і внутрішні фактори (тертя, люфти, гістерезис, внутрішні шуми, перешкоди й ін.).

На рис.1.9, а показана характеристика елемента при наявності «мертвого» ходу. З характеристики видне, що коли вхідна величина x змінюється в межах від x₁ до x₂, вихідна величина в не змінюється й дорівнює нулю. Значення х₁ і х₂ називаються порогами чутливості, а відстань між х₁ і х₂, рівне Δх, - зоною нечутливості. При наявності релейних властивостей характеристика елемента може здобувати реверсивний характер (рис.1.9, б). У цьому випадку вона також має поріг чутливості й зоною нечутливості.