3.2. Основные параметры элементов автоматики

Вес элементы автоматики представляют собой преобразователи энергии, на вход которых подается величина х, а с выхода снимается величинау. Для каждого элемента автоматики в установившемся режиме существует определенная зависимостьy = f(x)между входным сигналомхи выходныму, называемая статической характеристикой элемента (рис. 3.4).

Кроме того, элементам автоматики независимо от их назначения присущи общие параметры: передаточный коэффициент (чувствительность, коэффициент усиления, коэффициент стабилизации), погрешность, порог чувствительности, характеристики в статическом и динамическом режимах.

Передаточный коэффициент элемента представляет собой отношение выходной величины ук входнойхили отношение приращенияΔук приращениюΔх.

Передаточный коэффициент в первом случае называется статическим передаточным коэффициентом:

,

а во втором — динамическим:

При линейной статической, характеристике элемента автоматики эти коэффициенты постоянны и равны между собой при всех значениях хиу. Численное значение их при одинаковых масштабах по осямхиуравняется тангенсу угла наклона характеристики:и. Размерность передаточного коэффициента определяется отношением размерностей входной и выходной величин. Например, для усилителя и стабилизатора он будет безразмерным, а для индуктивного датчика перемещения — размерным (в/см), поскольку размерность входной величины —см, а выходной —в.

В некоторых случаях, когда более удобно иметь безразмерный передаточный коэффициент, используют относительный передаточный коэффициент.

Знак передаточного коэффициента может быть положительным или отрицательным в зависимости от вида характеристики элемента.

Статические характеристики элементов автоматики по виду можно разделить на три группы: линейная, у которой динамический коэффициент положителен для всех значений х; нелинейная непрерывная и нелинейная разрывная (рис. 3.5).

Применительно к датчикам и некоторым другим элементам статические и динамические передаточные коэффициенты называют статическими и динамическими коэффициентами чувствительности, а применительно к усилителям — коэффициентами усиления.

Для стабилизаторов принимается во внимание обычно относительный коэффициент стабилизации, который представляет собой отношение относительного изменения входной величины к относительному изменению выходной величины:

Как видно из выражений, коэффициент стабилизации есть обратная величина относительного передаточного коэффициента, то есть

.

Погрешностью называется отклонение выходной величины уот ее расчетного значения вследствие изменения внутренних свойств элемента (износ, старение) и внешних условий (изменение напряжения питания, температуры окружающей среды и т. п.). При оценке элементов автоматики, как и в измерительной технике, используют абсолютную и относительную погрешности.

В зависимости от причин, вызывающих погрешности, различают температурные, конструктивные, погрешности от колебания напряжения и другие.

В одних устройствах при небольшом изменении входной величины выходная остается неизменной. Это явление объясняется наличием в отдельных узлах элементов трения, свободного хода (люфта), гистерезиса и т.п. Количественная сторона этого явления оценивается величиной порога чувствительности, под которым понимают наименьшее значение входной величины, способное вызвать изменение выходной величины (рис. 3.6).

В других устройствах автоматики при постоянстве входной величины возникают самопроизвольные изменения выходной. Это объясняется внешними влияниями (изменение условий окружающей среды) и внутренними (например, старение элементов). Нестабильность выходной величины при постоянстве входной величины применительно к назначению элемента автоматики называют по-разному: помехи, шумы, плавание, дрейф и т. п.

Выше рассматривались характеристики элементов автоматики при неизменных величинах хиуво времени, то есть в статическом режиме. Условия работы элемента автоматики, когда его входная величинахи выходная величинауявляются не установившимися, а изменяются во времени, называют динамическим режимом.

Поскольку элементы автоматики, как правило, обладают определенной инерционностью, то выходная величина изменяется с некоторым запаздыванием по отношению к изменению входной величины. Инерционные свойства элементов определяют работу систем автоматики в динамическом режиме и имеют решающее значение при анализе качественной и количественной сторон работы устройств автоматики. После скачкообразного изменения входной величины (рис. 3.7, а) выходная величина достигает своего установившегося значения не сразу, а через некоторое время, в течение которого в элементе происходит переходный процесс. Кaк известно, переходный процесс может быть затухающим апериодическим (рис. 3.7, б) или затухающим колебательным (рис. 3.7, в).

Разность между значениями выходной величины в динамическом и в новом установившемся режимах называется динамической погрешностью. Для практических целей желательно стремиться к тому, чтобы динамическая погрешность была минимальной.