Статические параметры и характеристики

Если известны те или иные показатели элемента, то можно оце­нить свойство этого элемента. В автоматике и телемеханике свой­ства элементов оцениваются разными показателями, связанными с входными и выходными величинами.

Функциональная зависимость выходной величины Y от входной X, выраженная математически или графически, называется стати­ческой характеристикой элемента Y=f(X).

 

Элементы, имеющие не зависящие от времени параметры и ли­нейные статические характеристики, называются линейными, а имеющие нелинейные характеристики — нелинейными элементами.

По статической характеристике можно определить вид элемен­та (датчик, реле). Так, например, если статическая характеристи­ка элемента непрерывна, т. е. величина Y находится в определенной непрерывной зависимости от величины X (рис. 5.1), то такой элемент называют источником первичной информации или датчи­ком.

Если статическая характеристика элемента изменяется скачком, т. е. практически осуществляется включение или отключение при достижении входной величиной Х определенных, заранее установленных значений, то такой элемент называется реле (рис. 5.2).

В зависимости от природы контролируемой входной величины X реле называются электрическими, тепловыми, оптическими. По наименованию входной величины X реле имеет уточняющий тер­мин: реле уровня, реле скорости, реле тока, реле напряжения и т. д.

Как датчики, так и реле являются основными элементами ав­томатики. Они являются основными и обязательными элементами .: воспринимающих блоков (устройств). Их используют также и в промежуточных, и в исполнительных блоках автоматических си­стем. Элементы для конкретных автоматических систем выбирают по ряду показателей, их характеризующих,— коэффициенту пере­дачи, порогу чувствительности, погрешности.

Коэффициент передачи элемента представляет собой отношение » выходной величины элемента Y к входной величине X, т. е. K=Y/X.

У элементов с линейной статической характеристикой коэффи­циент передачи — величина постоянная, а у элементов с нелиней­ной — переменная, зависящая от X. Если входная и выходная ве­личины элемента имеют одинаковую физическую природу, т. е. одинаковые размерности, то коэффициент передачи размерности не имеет и его называют коэффициентом усиления. При разных размерностях входной и выходной величин коэффициент передачи элемента имеет размерность. Применительно к датчику коэффи­циент передачи называют также чувствительностью. Чем больше К, тем больше выходной сигнал элемента при том же изменении входной величины и тем меньше нужно будет усиливать выходной сигнал до требуемого значения.

Порог чувствительности — это наименьшее (по абсолютному значению) значение входного сигнала, способное вызвать измене­ние выходного сигнала. Интервал между значением входного сиг­нала, не оказывающего воздействия на значение выходного сиг­нала, и значением входного сигнала, оказывающего воздействие на значение выходного сигнала, называется зоной нечувствитель­ности— . Чем больше , тем хуже элемент. Например, у электродвигателя порог чувствительности равен напряжению трогания двигателя.

Погрешность элемента появляется из-за неточной тарировки: или градуировки (вследствие разброса параметров) элементов в процессе их изготовления (в пределах установленных допусков). В результате погрешности происходит отклонение характеристики элемента от заданной «идеальной» статической характеристики. Погрешность элемента может также возникнуть в результате изменения его внутренних свойств (старение, износ) или внешних факторов (воздействие температуры, влажности, питающего напряжения). 'j

Различают абсолютную, относительную и приведенную погреш­ности. Под абсолютной погрешностью элемента понимают разность между полученным Y_п и действительным Y значениями выходной величины, т. е. .

Действительное номинальное значение выходной величины — это идеальное значение выходной величины при отсутствии по­грешности.

Абсолютная погрешность имеет размерности выходной величи­ны. Она может быть положительной и отрицательной.

Относительная погрешность дает более полное представление о нестабильности статической характеристики. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному зна­чению выходной величины элемента, выраженной в относительных единицах или процентах:

,

где Δ — абсолютная погрешность; Y — действительное значение выходной величины элемента.

По мере уменьшения номинального значения выходной величи­ны при неизменном значении абсолютной погрешности относитель­ная погрешность увеличивается.

Приведенная погрешность чаще всего характеризует элементы автоматики. Под приведенной погрешностью понимают отношение абсолютной погрешности к разности предельных значений выход­ной величины, выраженной в относительных единицах или процен­тах, т. е.

где Y_макс и Y_мин — максимальное и минимальное значения выход­ной величины элемента; А— абсолютная погрешность.

При определении погрешности элемента выходную величину измеряют несколько раз, затем определяют среднее арифметиче­ское выходной величины, которое принимается за тарировочное значение. Выбирают наибольшую разность между измеренным и тарировочным значениями Δ _макс. Далее по формуле находят по­грешность элемента:

,

где — разность между измеренным и тарировочным значе­ниями; Y_мин — значение выходной величины элемента; и — погрешности (приведенные) образцовых приборов, используемых для измерения входной и выходной величин элемента при тари­ровке.

Погрешность, которая возникает при нормальных условиях эксплуатации, называется основной погрешностью. Условия экс­плуатации элемента не всегда совпадают с нормальными, поэтому к основной погрешности элемента Добавляется погрешность, на­зываемая дополнительной.