Статические характеристики

Наибольший интерес представляет зависимость выходной величины элемента автоматики от его входной величины. При соединении элементов в систему автоматики выходная величина одного элемента подается на вход последующего элемента. Поэтому можно говорить о передаче сигнала в системе. Входную величину обычно называют входным сигналом (будем обозначать его через х), а выходную величину - выходным сигналом (будем обозначать его через у). Режим работы, при котором входной и выходной сигналы постоянны (х = x_уст; у = у_уст), называют статическим или установившимся режимом. Характеристики, определяемые в этом режиме, называются статическими.

Следует отметить, что для многих электромеханических и магнитных устройств автоматики сигналом является напряжение или сила переменного тока. В статическом режиме постоянным является действующее значение напряжения или тока, хотя мгновенное значение при этом, естественно, изменяется по синусоидальному закону.

Основной характеристикой всех элементов автоматики является статический коэффициент преобразования К = y_уст/x_уст. Коэффициент преобразования может быть определен экспериментально. Для этого устанавливают определенное значение входного сигнала х_уст и измеряют соответствующий ему выходной сигнал у_уст Таких опытов можно провести несколько (для различных значений у_уст). По результатам нескольких опытов может быть построена статическая характеристика y-f(x), представляющая функциональную зависимость выходной величины от входной в статическом режиме. Статические характеристики бывают линейными и нелинейными (рис.1.2). Если коэффициент преобразования не зависит от входного сигнала, то статическая характеристика имеет вид прямой линии (рис.1.2, а), а элемент, имеющий такую характеристику, называют линейным. Коэффициент преобразования нелинейных элементов не постоянен, а статическая характеристика может иметь вид, показанный на рис.2, б.

Рис. 1.2. Статические характеристики элементов автоматики

Такая характеристика чаще всего бывает у усилительных элементов. Сначала при увеличении входного сигнала пропорционально ему растет выходной сигнал, а затем рост его прекращается. В магнитных усилителях это связано, например, с явлением насыщения магнитной цепи. Поэтому про характеристику типа (рис.1.2, б) говорят, что она имеет зону насыщения. Особенно явно нелинейность выражена для элементов типа реле. При увеличении входного сигнала реле от нуля до некоторого значения, называемого сигналом срабатывания x_ср, выходной сигнал равен нулю. При x = x_ср выходной сигнал изменяется скачком и при дальнейшем увеличении входного сигнала остается постоянным (рис. 1.2, в).

Для датчиков чаще всего необходима линейная статическая характеристика, это требуется для точной работы системы.

Коэффициент преобразования имеет размерность, определяемую отношением размерностей выходной величины к входной. Например, датчик, преобразующий перемещение (измеряемое в метрах) в напряжение (измеряемое в вольтах), имеет размерность коэффициента преобразования В/м. Если размерности выходного и входного сигнала одинаковы (например, у усилителей), то коэффициент преобразования будет безразмерной величиной. В этом случае его часто называют коэффициентом усиления.

Выходной сигнал некоторых элементов равен нулю при малых значениях входного сигнала, т. е. эти элементы нечувствительны к слабым сигналам. Статическая характеристика элементов показана на рис.1.2, г. Только при x > |а| начинается изменение выходного сигнала у. В этом случае значение x = а называют порогом чувствительности. Диапазон изменения входного сигнала, при котором выходной сигнал равен нулю, называется зоной нечувствительности. Для элемента, характеристика которого показана на рис.1.2, г, зона нечувствительности равна 2*а.

Точность работы датчика характеризуется погрешностью. Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности. При определении погрешности сравнивают реальную статическую характеристику датчика с идеальной линейной статической характеристикой. Реальная статическая характеристика отличается от идеальной, поскольку выходной сигнал может изменяться за счет внутренних свойств элемента (износ, старение и т.д.) или за счет изменения внешних факторов (напряжение питания, температура и т.д.). Абсолютная погрешность представляет собой разность между реальным у_р и расчетным (идеальным) у_И выходными сигналами при одном и том же значении входного сигнала х. Абсолютная погрешность имеет размерность выходной величины, ее называют еще ошибкой: ∆ = у_р -у_И

Относительная погрешность представляет собой отношение абсолютной погрешности к расчетному значению выходной величины и определяется в относительных единицах (δ_ОТ = ∆ /у_И) или в процентах (δ_ОТ =( ∆ /у_И)-100).

Приведенную погрешность определяют как отношение абсолютной погрешности к диапазону возможных значений выходного сигнала. Приведенную погрешность вычисляют в относительных единицах или в процентах. О точности датчика судят обычно по максимальной приведенной погрешности.

Дата добавления: 2014-01-11