3.1. Функции элементов автоматики

Любые простые и сложные устройства автоматики состоят из отдельных связанных между собой элементов. Элементом автоматики называется часть устройства автоматической системы, в которой происходят качественные или количественные преобразования физической величины. Поскольку элементы отдельного устройства взаимосвязаны между собой, то второй задачей элементов автоматики является передача преобразованного воздействия от предыдущего звена к последующему.

В общем виде любой элемент автоматики можно представить как преобразователь энергии, на вход которого подается некоторая величина х, а с выхода снимается величинау(рис. 3.1). Величина -хназывается входным, а величинау - выходным сигналом элемента автоматики. В некоторых элементах величинахпреобразуется в величину у за счет энергии, получаемой от входной величиных.В других элементах для этого преобразования необходим дополнительный источник энергииz.Классификация устройств и элементов автоматики обычно производится по их функциональному назначению и по виду энергии на входе и выходе.

По функциональному назначению в устройствах автоматики выделяют следующие основные элементы: датчики, усилители, стабили* заторы, реле, распредели гели, двигатели, исполнительные элементы, логические и функциональные элементы.

Датчиком называется устройство, преобразующее контролируемую или управляемую величину в выходной сигнал удобный для передачи и дальнейшей обработки. Выходной сигнал электрического датчика может представлять собой электрическую величину (ток или электродвижущая сила) или параметр электрической цепи: активное, индуктивное или емкостное сопротивление.

По структуре датчики состоят из одного или нескольких элементарных преобразователей, в которых происходит преобразование одной физической величины в другую или количественное изменение одной и той же физической величины. Важнейшим из элементарных преобразователей является первый, воспринимающий контролируемую величину.

Его называют воспринимающим органом или чувствительным элементом, а иногда измерительным органом. Усилителем называется устройство, которое, не изменяя физической природы входного сигнала, производит лишь усиление его, то есть увеличение его до требуемых значений. Обычно величина выходной энергии датчика недостаточна для управления последующими звеньями автоматики, поэтому между датчиком и последующим звеном необходим усилитель. Эффект усиления выходной величины в этом случае происходит за счет энергии другого источника.

Стабилизатором называется устройство, которое автоматически поддерживает постоянное значение выходной величины унезависимо от изменений входной величиныхв определенных пределах.

Различные виды характеристик стабилизаторов показаны на рисунке. Чем ближе участок характеристики, соответствующий изменению входной величины х, к горизонтальной прямой, тем точнее и лучше стабилизация. В устройствах автоматики широко используют стабилизаторы постоянных и переменных напряжений и токов. Существуют также стабилизаторы температуры, скорости, магнитного потока и других параметров.

Реле называется устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины х выходная величина у изменяется скачком и принимает конечное число значений. При изменении входной величины х от нуля до х_с выходная величина у равна нулю. При х = х_с происходит срабатывание реле и выходная величина скачком изменяется от нуля до у₁. При дальнейшем увеличении, х выходная величина остается практически неизменной. Возврат реле происходит при х = х_в, и выходная величина скачком уменьшается до нуля.

Распределителем называется коммутационное устройство, которое последовательно во времени и в заданном порядке подключает одну электрическую цепь к ряду других цепей или наоборот. Широкое применение в устройствах автоматики и дистанционного управления нашли шаговые и синхронные распределители.

Двигателем называется устройство, в котором энергия того или иного вида преобразуется в механическую. В автоматике и телемеханике используются электрические, гидравлические и пневматические двигатели небольшой мощности. В автоматических системах двигатели часто являются составной частью исполнительных элементов и позволяют в широком диапазоне регулировать скорость или изменять направление вращения, а также перемещать регулирующие органы.

Исполнительным элементом называется устройство, осуществляющее непосредственное воздействие на объект управления.

Исполнительные элементы с механическим выходом в виде перемещения регулирующего органа называют исполнительным механизмом (сервомотор, серводвигатель или сервопривод).

Логическими и функциональными элементами называются устройства, осуществляющие определенные логические и функциональные зависимости между входными и выходными величинами. Эти элементы обычно используют в схемах вычислительных машин, а также начинают применять в дискретных схемах автоматического контроля, защиты и управления.