Forstå måle- og kontrollteknologi og instrumenteringsteknologi

Måle- og kontrollteknologi og -instrument er en teori og teknologi som studerer innhenting og prosessering av informasjon og kontroll av relaterte elementer."Måle- og kontrollteknologi og -instrumenter" refererer til midler og utstyr for informasjonsinnsamling, måling, lagring, overføring, prosessering og kontroll, inkludert måleteknologi, kontrollteknologi og instrumenter og systemer som implementerer disse teknologiene.

Måle- og kontrollteknologi
Måle- og kontrollteknologi og instrumenter er basert på presisjonsmaskineri, elektronisk teknologi, optikk, automatikk og datateknologi.Den studerer hovedsakelig nye prinsipper, metoder og prosesser for ulike presisjonstesting og kontrollteknologier.Datateknologi har de siste årene spilt en stadig viktigere rolle i anvendelsesforskningen av måle- og kontrollteknologi.
Måle- og kontrollteknologi er en applikasjonsteknologi som brukes direkte på produksjon og liv, og dens anvendelse dekker ulike felt av samfunnslivet som «vekten av jordbruk, sjø, land og luft, mat og klær».Instrumenteringsteknologi er "multiplikatoren" av nasjonaløkonomien, "førsteoffiseren" for vitenskapelig forskning, "kampkraften" i militæret og den "materialiserte dommeren" i juridiske forskrifter.Datastyrt test- og kontrollteknologi og intelligente og presise måle- og kontrollinstrumenter og -systemer er viktige symboler og virkemidler innen moderne industriell og landbruksproduksjon, vitenskapelig og teknologisk forskning, ledelse, inspeksjon og overvåking, og spiller en stadig viktigere rolle.

Anvendelse av måle- og kontrollteknologi og instrumenteringsteknologi
Måle- og kontrollteknologi er en anvendt teknologi som er mye brukt i ulike felt innen industri, landbruk, transport, navigasjon, luftfart, militær, elektrisk kraft og sivilt liv.Med utviklingen av produksjonsteknologi, spiller måle- og kontrollteknologi en viktig rolle i kontrollteknologien fra den første kontrollen av en enkelt og dens utstyr, til kontrollen av hele prosessen, og til og med systemet, spesielt i dagens banebrytende teknologi innen moderne vitenskap og teknologi.
I den metallurgiske industrien omfatter anvendelsen av måle- og kontrollteknologi: varm masovnskontroll, ladekontroll og masovnskontroll i jernfremstillingsprosessen, trykkkontroll, valseverkets hastighetskontroll, coil control, etc. i stålvalseprosessen, og forskjellige deteksjonsinstrumenter som brukes deri.
I den elektriske kraftindustrien inkluderer anvendelsen av måle- og kontrollteknologi kjelens forbrenningskontrollsystem, automatisk overvåking, automatisk beskyttelse, automatisk justering og automatisk programkontrollsystem til dampturbinen, og effektinngangs- og utgangskontrollsystemet til motoren.
I kullindustrien inkluderer anvendelsen av måle- og kontrollteknologi: loggingsinstrument for kullbedmetan i kullgruveprosessen, gruveluftsammensetningsdeteksjonsinstrument, gruvegassdetektor, underjordisk sikkerhetsovervåkingssystem, etc., kontroll av koksslukkingsprosess og kontroll av gassgjenvinning i kullindustrien. kullraffineringsprosess, raffineringsprosesskontroll, produksjonsmaskiners overføringskontroll, etc.
I petroleumsindustrien inkluderer anvendelsen av måle- og kontrollteknologi: magnetisk lokaliseringsmåler, vanninnholdsmåler, trykkmåler og andre måleinstrumenter som støtter loggingsteknologi i oljeproduksjonsprosessen, strømforsyningssystem, vannforsyningssystem, dampforsyningssystem, gassforsyningssystem , Lagring og transport system og tre avfallsbehandlingssystem og deteksjonsinstrumenter for et stort antall parametere i den kontinuerlige produksjonsprosessen.
I kjemisk industri omfatter anvendelsen av måle- og kontrollteknologi: temperaturmåling, strømningsmåling, væskenivåmåling, konsentrasjon, surhet, fuktighet, tetthet, turbiditet, brennverdi og ulike gassblandingskomponenter.Kontrollinstrumenter som regelmessig kontrollerer de kontrollerte parameterne, etc.
I maskinindustrien inkluderer anvendelsen av måle- og kontrollteknologi: digitale presisjonskontrollmaskiner, automatiske produksjonslinjer, industriroboter, etc.
I romfartsindustrien inkluderer bruken av måle- og kontrollteknologi: måling av parametere som flyhøyde, flyhastighet, flytilstand og -retning, akselerasjon, overbelastning og motortilstand, romfartøyteknologi, romfartøyteknologi og romfartsmåling og kontrollteknologi.Vente.
I militært utstyr inkluderer bruken av måle- og kontrollteknologi: presisjonsstyrte våpen, intelligent ammunisjon, militært automatiseringskommandosystem (C4IRS-system), militært utstyr i det ytre rom (som forskjellig militær rekognosering, kommunikasjon, tidlig varsling, navigasjonssatellitter, etc. .).

Dannelse og utvikling av måle- og kontrollteknologi
De historiske fakta om utviklingen av vitenskap og teknologi Historien om menneskelig forståelse og transformasjon av naturen er også en viktig del av historien til den menneskelige sivilisasjonen.Utviklingen av vitenskap og teknologi avhenger først av utviklingen av måleteknologi.Moderne naturvitenskap begynner med måling i egentlig forstand.Mange fremragende forskere drømmer om å være oppfinnere av vitenskapelige instrumenter og grunnleggere av målemetoder.Fremgangen innen måleteknologi driver direkte fremgangen til vitenskap og teknologi.
Den første teknologiske revolusjonen
På 1600- og 1700-tallet begynte måle- og kontrollteknologi å dukke opp.Noen fysikere i Europa begynte å bruke kraften til strøm og magnetfelt for å lage enkle galvanometre, og bruke optiske linser til å lage teleskoper, og dermed legge grunnlaget for elektriske og optiske instrumenter.På 1760-tallet begynte den første vitenskapelige og teknologiske revolusjonen i Storbritannia.Fram til 1800-tallet utvidet den første vitenskapelige og teknologiske revolusjonen seg til Europa, Amerika og Japan.I denne perioden er det brukt noen enkle måleinstrumenter, som instrumenter for måling av lengde, temperatur, trykk osv.I livet har det blitt skapt enorm produktivitet.

Den andre teknologiske revolusjonen
En rekke utviklinger innen elektromagnetisme på begynnelsen av 1800-tallet utløste den andre teknologiske revolusjonen.På grunn av oppfinnelsen av instrumentet for å måle strøm ble elektromagnetismen raskt satt på rett spor, og den ene oppdagelsen etter den andre vokste frem.Mange oppfinnelser innen elektromagnetisme, som telegraf, telefon, generator, etc., bidro til at den elektriske tidsalderen kom.Samtidig dukker det også opp ulike andre instrumenter for måling og observasjon, for eksempel presisjons førsteklasses teodolitten som ble brukt til høydemåling før 1891.

Den tredje teknologiske revolusjonen
Etter andre verdenskrig fremmet det påtrengende behovet for høyteknologi i ulike land transformasjonen av produksjonsteknologi fra generell mekanisering til elektrifisering og automatisering, og det ble gjort en rekke store gjennombrudd innen vitenskapsteoretisk forskning.
I løpet av denne perioden begynte produksjonsindustrien representert av elektromekaniske produkter å utvikle seg industrielt.Kjennetegnene ved masseproduksjon av produkter er sykliske operasjoner og flytoperasjoner.For å gjøre disse automatiske, er det nødvendig å automatisk oppdage posisjonen til arbeidsstykket under elimineringsstadiet av prosessering og produksjon., størrelse, form, kroppsholdning eller ytelse osv. Til dette kreves et stort antall måle- og kontrollenheter.På den annen side krever fremveksten av kjemisk industri med petroleum som råstoff et stort antall måle- og kontrollinstrumenter.Automatisert instrumentering begynte å bli standardisert, og et automatisk kontrollsystem ble dannet på forespørsel.Samtidig ble også CNC-maskinverktøy og robotteknologi født i denne perioden, hvor måle- og styringsteknologi og instrumenter har viktige anvendelser.
Med utviklingen av vitenskap og teknologi har instrumentering blitt et uunnværlig teknisk verktøy for måling, kontroll og automatisering, med utgangspunkt i enkel måling og observasjon.For å møte behovene til ulike aspekter, har instrumentering utvidet seg fra tradisjonelle bruksområder til utradisjonelle bruksområder som biomedisin, økologisk miljø og bioteknikk.
Siden det 21. århundre har et stort antall av de nyeste teknologiske prestasjonene, for eksempel forskningsresultater for presisjonsmaskiner i nanoskala, moderne kjemiske forskningsresultater på molekylært nivå, biologiske forskningsresultater på gennivå og høypresisjon ultra-ytelse for spesialfunksjonelle materialer. resultater og global Resultatene av popularisering og anvendelse av nettverksteknologi har kommet ut etter hverandre, som er en grunnleggende endring innen instrumentering og fremmer fremveksten av en ny æra av høyteknologiske og intelligente instrumenter.

Sensorer i måle- og kontrollsystemer
Det generelle måle- og kontrollsystemet består av sensorer, mellomomformere og displayopptakere.Sensoren oppdager og konverterer den målte fysiske mengden til den målte fysiske mengden.Mellomomformeren analyserer, behandler og konverterer utgangen fra sensoren til et signal som kan aksepteres av det påfølgende instrumentet, og sender det ut til andre systemer, eller måles av skjermopptakeren.Resultatene vises og registreres.
Sensoren er det første leddet i målesystemet.For kontrollsystemet, hvis datamaskinen sammenlignes med hjernen, tilsvarer sensoren de fem sansene, noe som direkte påvirker kontrollnøyaktigheten til systemet.
Sensoren er vanligvis sammensatt av sensitive elementer, konverteringsfiler og konverteringskretser.Den målte verdien føles direkte av det sensitive elementet, og endringen av en viss parameterverdi i seg selv har et klart forhold til endringen av den målte verdien, og denne parameteren er lett å måle og utdata;deretter konverteres utgangen til det sensitive elementet til en elektrisk parameter av konverteringselementet;Til slutt forsterker konverteringskretsen de elektriske parameterne som sendes ut av konverteringselementet og konverterer dem til nyttige elektriske signaler som er praktiske for visning, opptak, prosessering og kontroll.
Nåværende situasjon og utvikling av nye sensorer
Sensing-teknologi er en av de raskest utviklende høyteknologiene i verden i dag.Den nye sensoren streber ikke bare etter høy presisjon, stor rekkevidde, høy pålitelighet og lavt strømforbruk, men utvikler seg også mot integrasjon, miniatyrisering, digitalisering og intelligens.

1. Intelligent
Sensorens intelligens refererer til kombinasjonen av funksjonene til konvensjonelle sensorer og funksjonene til datamaskiner eller andre komponenter for å danne en uavhengig sammenstilling, som ikke bare har funksjonene for informasjonshenting og signalkonvertering, men også har evnen til databehandling. , kompensasjonsanalyse og beslutningstaking.

2. Nettverk
Nettverksforbindelsen til sensoren er å gjøre det mulig for sensoren å ha funksjonen til å koble seg til datanettverket, for å realisere langdistanse informasjonsoverføring og prosesseringsevne, det vil si å realisere "over-horisonten" måling av målingen og kontrollsystem.

3. Miniatyrisering
Miniatyriseringsverdien til sensoren reduserer volumet til sensoren kraftig under forutsetning av at funksjonen er uendret eller til og med forbedret.Miniatyrisering er kravet til moderne presisjonsmåling og -kontroll.I prinsippet, jo mindre størrelsen på sensoren, jo mindre påvirkning på det målte objektet og miljøet, jo mindre energiforbruk, og jo lettere er det å oppnå nøyaktig måling.

4. Integrasjon
Integreringen av sensorer refererer til integreringen av følgende to retninger:
(1) Integrering av flere måleparametere kan måle flere parametere.
(2) Integrering av sensing og påfølgende kretser, det vil si integrering av sensitive komponenter, konverteringskomponenter, konverteringskretser og til og med strømforsyninger på samme brikke, slik at den har høy ytelse.

5. Digitalisering
Den digitale verdien av sensoren er at informasjonen som sendes ut av sensoren er en digital mengde, som kan realisere langdistanse og høy presisjonsoverføring, og kan kobles til digitalt prosessutstyr som en datamaskin uten mellomledd.
Integrasjonen, intelligensen, miniatyriseringen, nettverksbyggingen og digitaliseringen av sensorer er ikke uavhengige, men komplementære og sammenhengende, og det er ingen klar grense mellom dem.
Kontrollteknologi i måle- og kontrollsystem

Grunnleggende kontrollteori
1. Klassisk kontrollteori
Klassisk kontrollteori inkluderer tre deler: lineær kontrollteori, samplingkontrollteori og ikke-lineær kontrollteori.Klassisk kybernetikk tar Laplace-transformasjon og Z-transformasjon som matematiske verktøy, og tar det lineære stabile systemet med én inngang og én utgang som hovedforskningsobjekt.Differensialligningen som beskriver systemet transformeres til det komplekse talldomenet ved Laplace-transformasjon eller Z-transformasjon, og overføringsfunksjonen til systemet oppnås.Og basert på overføringsfunksjonen, en forskningsmetode for bane og frekvens, med fokus på å analysere stabiliteten og steady-state nøyaktigheten til tilbakemeldingskontrollsystemet.

2. Moderne kontrollteori
Moderne kontrollteori er en kontrollteori basert på tilstandsrommetoden, som er en hovedkomponent i automatisk kontrollteori.I moderne kontrollteori utføres analysen og designen av kontrollsystemet hovedsakelig ved å beskrive tilstandsvariablene til systemet, og den grunnleggende metoden er tidsdomenemetoden.Moderne kontrollteori kan håndtere et mye bredere spekter av kontrollproblemer enn klassisk kontrollteori, inkludert lineære og ikke-lineære systemer, stasjonære og tidsvarierende systemer, enkeltvariable systemer og multivariable systemer.Metodene og algoritmene den tar i bruk er også mer egnet for digitale datamaskiner.Moderne kontrollteori gir også muligheten til å designe og konstruere optimale kontrollsystemer med spesifiserte ytelsesindikatorer.

Kontrollsystem
Kontrollsystemet er sammensatt av kontrollenheter (inkludert kontrollere, aktuatorer og sensorer) og kontrollerte objekter.Kontrollenheten kan være en person eller en maskin, som er forskjellen mellom automatisk kontroll og manuell kontroll.For det automatiske kontrollsystemet, i henhold til de forskjellige kontrollprinsippene, kan det deles inn i åpen-sløyfe-kontrollsystem og lukket-sløyfe-kontrollsystem;i henhold til klassifiseringen av gitte signaler, kan det deles inn i konstantverdikontrollsystem, oppfølgingskontrollsystem og programkontrollsystem.

Virtuell instrumentteknologi
Måleinstrument er en viktig del av måle- og kontrollsystemet, som er delt inn i to typer: uavhengig instrument og virtuelt instrument.
Det uavhengige instrumentet samler inn, behandler og sender ut signalet til instrumentet i et uavhengig chassis, har et betjeningspanel og ulike porter, og alle funksjoner eksisterer i form av maskinvare eller fastvare, som bestemmer at det uavhengige instrumentet kun kan defineres av produsenten., lisens, som brukeren ikke kan endre.
Det virtuelle instrumentet fullfører analysen og behandlingen av signalet, uttrykket og utgangen av resultatet på datamaskinen, eller setter inn datainnsamlingskortet på datamaskinen, og fjerner de tre delene av instrumentet på datamaskinen, som bryter gjennom den tradisjonelle instrumenter.begrensning.

Tekniske egenskaper ved virtuelle instrumenter
1. Kraftige funksjoner, som integrerer den kraftige maskinvarestøtten til datamaskiner, bryter gjennom begrensningene til tradisjonelle instrumenter innen prosessering, visning og lagring.Standardkonfigurasjonen er: høyytelsesprosessor, skjerm med høy oppløsning, harddisk med stor kapasitet.
2. Dataprogramvareressurser realiserer programvareiseringen av noe maskinvare, sparer materielle ressurser og forbedrer systemets fleksibilitet;gjennom tilsvarende numeriske algoritmer kan ulike analyser og prosessering av testdata utføres direkte i sanntid;gjennom GUI (grafisk brukergrensesnitt)-teknologi for å virkelig oppnå et vennlig grensesnitt og interaksjon mellom mennesker og datamaskiner.
3. Gitt databussen og den modulære instrumentbussen, er instrumentets maskinvare modularisert og serialisert, noe som i stor grad reduserer størrelsen på systemet og letter konstruksjonen av modulære instrumenter.
Sammensetningen av virtuelt instrumentsystem
Virtuelt instrument består av maskinvareenheter og grensesnitt, enhetsdriverprogramvare og virtuelt instrumentpanel.Blant dem kan maskinvareenhetene og grensesnittene være forskjellige PC-baserte innebygde funksjonskort, universelle grensesnittbuss-grensesnittkort, serielle porter, VXI-bussinstrumentgrensesnitt, etc., eller annet forskjellig programmerbart eksternt testutstyr. Enhetsdriverprogramvaren er et driverprogram som direkte kontrollerer ulike maskinvaregrensesnitt.Det virtuelle instrumentet kommuniserer med det virkelige instrumentsystemet gjennom den underliggende enhetsdriverprogramvaren, og viser de tilsvarende operasjonselementene til det virkelige instrumentpanelet på dataskjermen i form av et virtuelt instrumentpanel.Ulike kontroller.Brukeren betjener panelet til det virtuelle instrumentet med musen like ekte og praktisk som å betjene det virkelige instrumentet.
Hovedfaget måle- og kontrollteknologi og instrument er en tradisjonell og full av utviklingsmuligheter.Det sies å være tradisjonelt fordi det har en eldgammel opprinnelse, har opplevd hundrevis av år med utvikling, og har spilt en viktig rolle i sosial utvikling.Som et tradisjonelt hovedfag involverer det mange disipliner samtidig, noe som gjør at det fortsatt har en sterk vitalitet.
Med videreutviklingen av moderne måle- og kontrollteknologi, elektronisk informasjonsteknologi og datateknologi, har det innledet en ny mulighet for innovasjon og utvikling, som helt sikkert vil gi stadig flere kritiske applikasjoner på ulike felt.