Tehnologia și instrumentul de măsurare și control este o teorie și o tehnologie care studiază achiziția și prelucrarea informațiilor și controlul elementelor aferente.„Tehnologia și instrumentele de măsurare și control” se referă la mijloacele și echipamentele pentru colectarea, măsurarea, stocarea, transmiterea, prelucrarea și controlul informațiilor, inclusiv tehnologia de măsurare, tehnologia de control și instrumentele și sistemele care implementează aceste tehnologii.
Tehnologia de măsurare și control
Tehnologia și instrumentele de măsurare și control se bazează pe mașini de precizie, tehnologie electronică, optică, control automat și tehnologie computerizată.Studiază în principal noi principii, metode și procese ale diferitelor tehnologii de testare și control de precizie.În ultimii ani, tehnologia calculatoarelor a jucat un rol din ce în ce mai important în cercetarea aplicativă a tehnologiei de măsurare și control.
Tehnologia de măsurare și control este o tehnologie de aplicație care se aplică direct producției și vieții, iar aplicarea sa acoperă diverse domenii ale vieții sociale, cum ar fi „greutatea agriculturii, mării, pământului și aerului, alimentației și îmbrăcămintei”.Tehnologia de instrumentare este „multiplicatorul” economiei naționale, „primul ofițer” al cercetării științifice, „puterea de luptă” în armată și „judecătorul materializat” în reglementările legale.Tehnologia computerizată de testare și control și instrumentele și sistemele inteligente și precise de măsurare și control sunt simboluri și mijloace importante în domeniile producției industriale și agricole moderne, cercetării științifice și tehnologice, managementului, inspecției și monitorizării și joacă un rol din ce în ce mai important.
Aplicarea tehnologiei de măsurare și control și a tehnologiei instrumentației
Tehnologia de măsurare și control este o tehnologie aplicată, care este utilizată pe scară largă în diverse domenii ale industriei, agriculturii, transporturilor, navigației, aviației, armatei, energiei electrice și vieții civile.Odată cu dezvoltarea tehnologiei de producție, tehnologia de măsurare și control joacă un rol vital în tehnologia de control, de la controlul inițial al unui singur și al echipamentului acestuia, până la controlul întregului proces și chiar al sistemului, în special în tehnologia de ultimă oră actuală. în domeniul științei și tehnologiei moderne.
În industria metalurgică, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: controlul furnalului fierbinte, controlul încărcării și controlul furnalului în procesul de fabricare a fierului, controlul presiunii, controlul vitezei laminoarelor, controlul bobinei etc. în procesul de laminare a oțelului și diverse instrumente de detectare utilizate în acesta.
În industria energiei electrice, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include sistemul de control al arderii cazanului, monitorizarea automată, protecția automată, reglarea automată și sistemul de control al programului automat al turbinei cu abur și sistemul de control al puterii de intrare și ieșire al motorul.
În industria cărbunelui, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: instrument de înregistrare a metanului din stratul de cărbune în procesul de extracție a cărbunelui, instrument de detectare a compoziției aerului din mină, detector de gaze de mină, sistem de monitorizare a siguranței subterane etc., controlul procesului de stingere a cocsului și controlul recuperării gazelor în industria cărbunelui. procesul de rafinare a cărbunelui, controlul procesului de rafinare, controlul transmisiei mașinilor de producție etc.
În industria petrolieră, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: localizator magnetic, contor de apă, manometru și alte instrumente de măsurare care sprijină tehnologia de înregistrare în procesul de producție a petrolului, sistem de alimentare cu energie, sistem de alimentare cu apă, sistem de alimentare cu abur, sistem de alimentare cu gaz , Sistem de depozitare și transport și trei sistem de tratare a deșeurilor și instrumente de detectare pentru un număr mare de parametri în procesul de producție continuu.
În industria chimică, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: măsurarea temperaturii, măsurarea debitului, măsurarea nivelului lichidului, concentrația, aciditatea, umiditatea, densitatea, turbiditatea, puterea calorică și diverse componente de amestec de gaze.Instrumente de control care controlează regulat parametrii controlați etc.
În industria utilajelor, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: mașini-unelte cu control digital de precizie, linii automate de producție, roboți industriali etc.
În industria aerospațială, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: măsurarea parametrilor precum altitudinea zborului aeronavei, viteza zborului, starea și direcția zborului, accelerația, suprasarcina și starea motorului, tehnologia vehiculelor aerospațiale, tehnologia navelor spațiale și măsurarea aerospațială și tehnologie de control.Aștepta.
În echipamentele militare, aplicarea tehnologiei de măsurare și control include: arme ghidate de precizie, muniție inteligentă, sistem de comandă de automatizare militară (sistem C4IRS), echipament militar din spațiul cosmic (cum ar fi diverse recunoaștere militară, comunicații, avertizare timpurie, sateliți de navigație etc. .).
Formarea și dezvoltarea tehnologiei de măsurare și control
Faptele istorice ale dezvoltării științei și tehnologiei Istoria înțelegerii umane și a transformării naturii este, de asemenea, o parte importantă a istoriei civilizației umane.Dezvoltarea științei și tehnologiei depinde mai întâi de dezvoltarea tehnologiei de măsurare.Știința naturală modernă începe cu măsurarea în adevăratul sens.Mulți oameni de știință remarcabili visează să fie inventatori de instrumente științifice și fondatori ai metodelor de măsurare.Progresul tehnologiei de măsurare conduce direct progresul științei și tehnologiei.
Prima revoluție tehnologică
În secolele al XVII-lea și al XVIII-lea, tehnologia de măsurare și control începea să apară.Unii fizicieni din Europa au început să folosească forța curentului și câmpul magnetic pentru a face galvanometre simple și să folosească lentile optice pentru a face telescoape, punând astfel bazele instrumentelor electrice și optice.În anii 1760, în Regatul Unit a început prima revoluție științifică și tehnologică.Până în secolul al XIX-lea, prima revoluție științifică și tehnologică sa extins în Europa, America și Japonia.În această perioadă s-au folosit câteva instrumente de măsură simple, precum instrumente de măsurare a lungimii, temperaturii, presiunii etc.În viață, s-a creat o productivitate uriașă.
A doua revoluție tehnologică
O serie de evoluții în domeniul electromagnetismului la începutul secolului al XIX-lea au declanșat a doua revoluție tehnologică.Datorită inventării instrumentului de măsurare a curentului, electromagnetismul a fost rapid pus pe drumul cel bun, iar descoperirea după alta a crescut.Multe invenții din domeniul electromagnetismului, precum telegraful, telefonul, generatorul etc., au contribuit la sosirea erei electrice.În același timp, apar și diverse alte instrumente de măsurare și observare, cum ar fi teodolitul de precizie de primă clasă folosit pentru măsurarea altitudinii înainte de 1891.
A treia revoluție tehnologică
După cel de-al Doilea Război Mondial, nevoia urgentă de înaltă tehnologie în diverse țări a promovat transformarea tehnologiei de producție de la mecanizare generală la electrificare și automatizare și s-au făcut o serie de descoperiri majore în cercetarea teoretică științifică.
În această perioadă, industria prelucrătoare reprezentată de produse electromecanice a început să se dezvolte industrial.Caracteristicile producției în masă a produselor sunt operațiunile ciclice și operațiunile în flux.Pentru ca acestea să fie automate, este necesar să se detecteze automat poziția piesei de prelucrat în timpul etapei de eliminare a prelucrării și producției., mărime, formă, postură sau performanță etc. În acest scop, sunt necesare un număr mare de dispozitive de măsurare și control.Pe de altă parte, ascensiunea industriei chimice cu petrolul ca materie primă necesită un număr mare de instrumente de măsură și control.Instrumentele automate au început să fie standardizate, iar la cerere a fost format un sistem de control automat.Totodată, în această perioadă au luat naștere mașinile-unelte CNC și tehnologia roboților, în care tehnologia și instrumentele de măsurare și control au aplicații importante.
Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, instrumentația a devenit un instrument tehnic indispensabil pentru măsurare, control și automatizare, pornind de la simpla măsurare și observare.Pentru a răspunde nevoilor diferitelor aspecte, instrumentația s-a extins de la domenii de aplicare tradiționale la domenii de aplicare netradiționale, cum ar fi biomedicina, mediul ecologic și bioingineria.
Începând cu secolul 21, un număr mare de cele mai recente realizări tehnologice, cum ar fi rezultatele cercetării în mașini de precizie la scară nanometrică, rezultate ale cercetării chimice moderne la nivel molecular, rezultate ale cercetării biologice la nivel de gene și cercetare a materialelor funcționale speciale de înaltă precizie, ultra-performanță rezultate și globale Rezultatele popularizării și aplicării tehnologiei de rețea au ieșit una după alta, ceea ce reprezintă o schimbare fundamentală în domeniul instrumentației și promovează apariția unei noi ere a instrumentelor de înaltă tehnologie și inteligente.
Senzori în sisteme de măsurare și control
Sistemul general de măsurare și control este format din senzori, convertoare intermediare și înregistratoare de afișare.Senzorul detectează și convertește mărimea fizică măsurată în mărimea fizică măsurată.Convertorul intermediar analizează, procesează și convertește ieșirea senzorului într-un semnal care poate fi acceptat de instrumentul următor și îl transmite către alte sisteme sau este măsurat de înregistratorul de afișare.Rezultatele sunt afișate și înregistrate.
Senzorul este prima verigă a sistemului de măsurare.Pentru sistemul de control, dacă computerul este comparat cu creierul, atunci senzorul este echivalent cu cele cinci simțuri, ceea ce afectează în mod direct precizia de control a sistemului.
Senzorul este în general compus din elemente sensibile, fișiere de conversie și circuite de conversie.Valoarea măsurată este resimțită direct de elementul sensibil, iar modificarea unei anumite valori a parametrului are o relație certă cu modificarea valorii măsurate, iar acest parametru este ușor de măsurat și de scos;apoi ieșirea elementului sensibil este convertită într-un parametru electric de către elementul de conversie;În cele din urmă, circuitul de conversie amplifică parametrii electrici ieșiți de elementul de conversie și îi convertește în semnale electrice utile care sunt convenabile pentru afișare, înregistrare, procesare și control.
Situația actuală și dezvoltarea de noi senzori
Tehnologia de detectare este una dintre cele mai rapide tehnologii de înaltă dezvoltare din lume în prezent.Noul senzor nu urmărește doar precizie ridicată, rază mare, fiabilitate ridicată și consum redus de energie, dar se dezvoltă și spre integrare, miniaturizare, digitizare și inteligență.
1. Inteligent
Inteligența senzorului se referă la combinația dintre funcțiile senzorilor convenționali și funcțiile computerelor sau ale altor componente pentru a forma un ansamblu independent, care nu numai că are funcțiile de preluare a informațiilor și conversie a semnalului, dar are și capacitatea de procesare a datelor. , analiza compensației și luarea deciziilor.
2. Rețele
Conectarea în rețea a senzorului este de a permite senzorului să aibă funcția de a se conecta la rețeaua de calculatoare, de a realiza capacitatea de transmitere și procesare a informațiilor la distanță lungă, adică de a realiza măsurarea „de-a lungul orizontului” a măsurătorii. si sistem de control.
3. Miniaturizare
Valoarea de miniaturizare a senzorului reduce foarte mult volumul senzorului cu condiția ca funcția să fie neschimbată sau chiar îmbunătățită.Miniaturizarea este cerința măsurării și controlului modern de precizie.În principiu, cu cât dimensiunea senzorului este mai mică, cu atât impactul asupra obiectului măsurat și asupra mediului este mai mic, cu atât consumul de energie este mai mic și cu atât este mai ușor să se realizeze măsurarea precisă.
4. Integrare
Integrarea senzorilor se referă la integrarea următoarelor două direcții:
(1) Integrarea mai multor parametri de măsurare poate măsura mai mulți parametri.
(2) Integrarea circuitelor de detectare și ulterioare, adică integrarea componentelor sensibile, a componentelor de conversie, a circuitelor de conversie și chiar a surselor de alimentare pe același cip, astfel încât să aibă performanțe ridicate.
5. Digitalizare
Valoarea digitală a senzorului este că informațiile ieșite de senzor sunt o cantitate digitală, care poate realiza transmisii la distanță lungă și de înaltă precizie și poate fi conectată la echipamente de procesare digitală, cum ar fi un computer fără legături intermediare.
Integrarea, inteligența, miniaturizarea, conectarea în rețea și digitizarea senzorilor nu sunt independente, ci complementare și interdependente și nu există o graniță clară între ele.
Tehnologia de control în Sistemul de Măsurare și Control
Teoria de bază a controlului
1. Teoria clasică a controlului
Teoria clasică de control include trei părți: teoria controlului liniar, teoria controlului eșantionării și teoria controlului neliniar.Cibernetica clasică ia transformarea Laplace și transformarea Z ca instrumente matematice și ia sistemul liniar constant cu o singură intrare și o singură ieșire ca obiect principal de cercetare.Ecuația diferențială care descrie sistemul este transformată în domeniul numerelor complexe prin transformarea Laplace sau transformarea Z și se obține funcția de transfer a sistemului.Și pe baza funcției de transfer, o metodă de cercetare a traiectoriei și frecvenței, concentrându-se pe analiza stabilității și acurateței la starea de echilibru a sistemului de control al feedback-ului.
2. Teoria modernă a controlului
Teoria modernă a controlului este o teorie a controlului bazată pe metoda spațiului de stare, care este o componentă principală a teoriei controlului automat.În teoria modernă a controlului, analiza și proiectarea sistemului de control sunt efectuate în principal prin descrierea variabilelor de stare ale sistemului, iar metoda de bază este metoda domeniului timp.Teoria modernă a controlului poate aborda o gamă mult mai largă de probleme de control decât teoria clasică a controlului, inclusiv sisteme liniare și neliniare, sisteme staționare și variabile în timp, sisteme cu o singură variabilă și sisteme multivariabile.Metodele și algoritmii pe care îi adoptă sunt, de asemenea, mai potrivite pentru calculatoarele digitale.Teoria modernă de control oferă, de asemenea, posibilitatea de a proiecta și construi sisteme de control optime cu indicatori de performanță specificați.
Sistem de control
Sistemul de control este compus din dispozitive de control (inclusiv controlere, actuatoare și senzori) și obiecte controlate.Dispozitivul de control poate fi o persoană sau o mașină, care este diferența dintre controlul automat și controlul manual.Pentru sistemul de control automat, conform diferitelor principii de control, acesta poate fi împărțit în sistem de control în buclă deschisă și sistem de control în buclă închisă;în funcție de clasificarea semnalelor date, acesta poate fi împărțit în sistem de control al valorii constante, sistem de control de urmărire și sistem de control al programului.
Tehnologia instrumentelor virtuale
Instrumentul de măsurare este o parte importantă a sistemului de măsurare și control, care este împărțit în două tipuri: instrument independent și instrument virtual.
Instrumentul independent colectează, procesează și emite semnalul instrumentului într-un șasiu independent, are un panou de operare și diverse porturi, iar toate funcțiile există sub formă de hardware sau firmware, ceea ce determină că instrumentul independent poate fi definit doar de producatorul., licență, pe care utilizatorul nu o poate modifica.
Instrumentul virtual finalizează analiza și procesarea semnalului, exprimarea și ieșirea rezultatului pe computer sau introduce cardul de achiziție de date în computer și îndepărtează cele trei părți ale instrumentului de pe computer, ceea ce sparge tradiționalul instrumente.prescripţie.
Caracteristicile tehnice ale instrumentelor virtuale
1. Funcții puternice, care integrează suportul hardware puternic al computerelor, depășind limitările instrumentelor tradiționale în procesare, afișare și stocare.Configurația standard este: procesor de înaltă performanță, afișaj de înaltă rezoluție, hard disk de mare capacitate.
2. Resursele software de calculator realizează softwareizarea unor hardware ale mașinii, economisesc resurse materiale și sporesc flexibilitatea sistemului;prin algoritmi numerici corespunzatori se pot realiza diverse analize si prelucrari ale datelor de testare direct in timp real;prin tehnologia GUI (interfață grafică cu utilizatorul) pentru a obține cu adevărat o interfață prietenoasă și o interacțiune om-calculator.
3. Având în vedere magistrala computerului și magistrala modulară de instrumente, hardware-ul instrumentului este modularizat și serializat, ceea ce reduce foarte mult dimensiunea sistemului și facilitează construcția instrumentelor modulare.
Compoziția sistemului de instrumente virtuale
Instrumentul virtual constă din dispozitive și interfețe hardware, software pentru driverul de dispozitiv și panoul de instrumente virtual.Printre acestea, dispozitivele și interfețele hardware pot fi diferite carduri funcționale încorporate bazate pe PC, carduri de interfață de magistrală cu interfață universală, porturi seriale, interfețe pentru instrumente de magistrală VXI etc. sau alte diferite echipamente de testare externe programabile. Software-ul driverului de dispozitiv este un program driver care controlează direct diverse interfețe hardware.Instrumentul virtual comunică cu sistemul de instrumente real prin intermediul software-ului de driver al dispozitivului de bază și afișează elementele de operare corespunzătoare ale panoului de instrumente real pe ecranul computerului sub forma unui panou de instrumente virtual.Diverse controale.Utilizatorul operează panoul instrumentului virtual cu mouse-ul la fel de real și convenabil ca și operarea instrumentului real.
Tehnologia de măsurare și control și instrument major este un tradițional și plin de perspective de dezvoltare.Se spune că este tradițional pentru că are o origine străveche, a cunoscut sute de ani de dezvoltare și a jucat un rol important în dezvoltarea socială.Ca majoră tradițională, implică multe discipline în același timp, ceea ce o face să aibă în continuare o puternică vitalitate.
Odată cu dezvoltarea în continuare a tehnologiei moderne de măsurare și control, a tehnologiei electronice a informației și a tehnologiei computerelor, aceasta a inaugurat o nouă oportunitate de inovare și dezvoltare, care va produce cu siguranță aplicații din ce în ce mai critice în diferite domenii.
Ora postării: 21-nov-2022