Conèixer la tecnologia de mesura i control i la tecnologia d'instrumentació

La tecnologia i instrument de mesura i control és una teoria i tecnologia que estudia l'adquisició i el processament de la informació i el control dels elements relacionats."Tecnologia i instruments de mesura i control" fa referència als mitjans i equips per a la recollida, mesura, emmagatzematge, transmissió, processament i control d'informació, inclosa la tecnologia de mesura, la tecnologia de control i els instruments i sistemes que implementen aquestes tecnologies.

Tecnologia de mesura i control
La tecnologia i els instruments de mesura i control es basen en maquinària de precisió, tecnologia electrònica, òptica, control automàtic i tecnologia informàtica.Principalment estudia nous principis, mètodes i processos de diverses tecnologies de control i proves de precisió.En els darrers anys, la tecnologia informàtica ha tingut un paper cada cop més important en la recerca d'aplicacions de la tecnologia de mesura i control.
La tecnologia de mesura i control és una tecnologia d'aplicació que s'aplica directament a la producció i la vida, i la seva aplicació cobreix diversos àmbits de la vida social com "el pes de l'agricultura, el mar, la terra i l'aire, l'alimentació i la roba".La tecnologia d'instrumentació és el "multiplicador" de l'economia nacional, el "primer oficial" de la investigació científica, el "poder de combat" a l'exèrcit i el "jutge materialitzat" en les regulacions legals.La tecnologia de control i proves informatitzades i els instruments i sistemes de mesura i control intel·ligents i precisos són símbols i mitjans importants en els camps de la producció industrial i agrícola moderna, la investigació científica i tecnològica, la gestió, la inspecció i el seguiment, i juguen un paper cada cop més important.

Aplicació de la tecnologia de mesura i control i de la tecnologia d'instrumentació
La tecnologia de mesura i control és una tecnologia aplicada que s'utilitza àmpliament en diversos camps de la indústria, l'agricultura, el transport, la navegació, l'aviació, l'exèrcit, l'energia elèctrica i la vida civil.Amb el desenvolupament de la tecnologia de producció, la tecnologia de mesura i control juga un paper vital en la tecnologia de control des del control inicial d'un sol i els seus equips, fins al control de tot el procés, i fins i tot el sistema, especialment en la tecnologia d'avantguarda actual. en el camp de la ciència i la tecnologia modernes.
A la indústria metal·lúrgica, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: control d'alt forn en calent, control de càrrega i control d'alt forn en el procés de fabricació de ferro, control de pressió, control de velocitat del laminador, control de bobines, etc. en el procés de laminació d'acer, i diversos instruments de detecció que s'hi fan servir.
A la indústria de l'energia elèctrica, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou el sistema de control de combustió de la caldera, el control automàtic, la protecció automàtica, l'ajust automàtic i el sistema de control de programa automàtic de la turbina de vapor i el sistema de control d'entrada i sortida de potència de el motor.
A la indústria del carbó, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: instrument de registre de metà de llit de carbó en el procés d'extracció del carbó, instrument de detecció de la composició de l'aire de la mina, detector de gasos de mina, sistema de control de seguretat subterrani, etc., control del procés d'extinció de coc i control de recuperació de gas a la indústria del carbó. procés de refinació del carbó, control del procés de refinació, control de transmissió de maquinària de producció, etc.
A la indústria del petroli, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: localitzador magnètic, mesurador de contingut d'aigua, manòmetre i altres instruments de mesura que donen suport a la tecnologia de registre en el procés de producció de petroli, sistema d'alimentació, sistema de subministrament d'aigua, sistema de subministrament de vapor, sistema de subministrament de gas. , Sistema d'emmagatzematge i transport i tres sistemes de tractament de residus i els instruments de detecció d'un gran nombre de paràmetres en el procés de producció continu.
A la indústria química, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: mesura de temperatura, mesura de flux, mesura de nivell de líquid, concentració, acidesa, humitat, densitat, terbolesa, poder calorífic i diversos components de gasos mixtos.Instruments de control que controlen regularment els paràmetres controlats, etc.
A la indústria de la maquinària, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: màquines-eina de control digital de precisió, línies de producció automàtiques, robots industrials, etc.
A la indústria aeroespacial, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: la mesura de paràmetres com l'altitud de vol de l'avió, la velocitat de vol, l'estat i la direcció del vol, l'acceleració, la sobrecàrrega i l'estat del motor, la tecnologia de vehicles aeroespacials, la tecnologia de naus espacials i la mesura aeroespacial. i tecnologia de control.Espera.
En equipament militar, l'aplicació de la tecnologia de mesura i control inclou: armes guiades amb precisió, munició intel·ligent, sistema de comandament d'automatització militar (sistema C4IRS), equipament militar de l'espai exterior (com ara diversos reconeixements militars, comunicació, alerta primerenca, satèl·lits de navegació, etc. .).

Formació i Desenvolupament de Tecnologies de Mesura i Control
Els fets històrics del desenvolupament de la ciència i la tecnologia La història de la comprensió humana i la transformació de la natura també és una part important de la història de la civilització humana.El desenvolupament de la ciència i la tecnologia depèn primer del desenvolupament de la tecnologia de mesura.La ciència natural moderna comença amb la mesura en el sentit veritable.Molts científics destacats somien amb ser inventors d'instruments científics i fundadors de mètodes de mesura.El progrés de la tecnologia de mesura impulsa directament el progrés de la ciència i la tecnologia.
La primera revolució tecnològica
Als segles XVII i XVIII començava a sorgir la tecnologia de mesura i control.Alguns físics d'Europa van començar a utilitzar la força del corrent i el camp magnètic per fer galvanòmetres senzills, i van utilitzar lents òptiques per fer telescopis, posant així les bases d'instruments elèctrics i òptics.A la dècada de 1760 es va iniciar la primera revolució científica i tecnològica al Regne Unit.Fins al segle XIX, la primera revolució científica i tecnològica es va expandir a Europa, Amèrica i Japó.Durant aquest període s'han utilitzat alguns instruments de mesura senzills, com ara instruments de mesura de longitud, temperatura, pressió, etc.A la vida, s'ha creat una gran productivitat.

La segona revolució tecnològica
Una sèrie de desenvolupaments en el camp de l'electromagnetisme a principis del segle XIX van desencadenar la segona revolució tecnològica.A causa de la invenció de l'instrument per mesurar el corrent, l'electromagnetisme es va posar ràpidament en el camí correcte i va créixer un descobriment rere l'altre.Molts invents en el camp de l'electromagnetisme, com el telègraf, el telèfon, el generador, etc., van contribuir a l'arribada de l'era elèctrica.Paral·lelament, també estan sorgint altres instruments de mesura i observació, com el teodolit de precisió de primera classe utilitzat per a la mesura d'elevació abans de 1891.

La tercera revolució tecnològica
Després de la Segona Guerra Mundial, la necessitat urgent d'alta tecnologia a diversos països va promoure la transformació de la tecnologia de producció de la mecanització general a l'electrificació i l'automatització, i es van fer una sèrie de grans avenços en la investigació teòrica científica.
Durant aquest període, la indústria manufacturera representada pels productes electromecànics va començar a desenvolupar-se industrialment.Les característiques de la producció massiva de productes són les operacions cícliques i les operacions de flux.Per fer-los automàtics, cal detectar automàticament la posició de la peça durant l'etapa d'eliminació de processament i producció., mida, forma, postura o rendiment, etc. Per a això calen un gran nombre d'aparells de mesura i control.D'altra banda, l'auge de la indústria química amb el petroli com a matèria primera requereix un gran nombre d'instruments de mesura i control.La instrumentació automatitzada es va començar a estandarditzar i es va formar un sistema de control automàtic sota demanda.Paral·lelament, també van néixer durant aquest període les màquines eina CNC i la tecnologia robotitzada, en què la tecnologia i els instruments de mesura i control tenen aplicacions importants.
Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, la instrumentació s'ha convertit en una eina tècnica indispensable per a la mesura, el control i l'automatització, a partir de la simple mesura i observació.Per tal de satisfer les necessitats de diversos aspectes, la instrumentació s'ha expandit des de camps d'aplicació tradicionals fins a camps d'aplicació no tradicionals, com ara la biomedicina, el medi ambient ecològic i la bioenginyeria.
Des del segle XXI, un gran nombre dels darrers assoliments tecnològics, com ara els resultats de la investigació de maquinària de precisió a nanoescala, els resultats de la investigació química moderna a nivell molecular, els resultats de la investigació biològica a nivell genètic i la investigació de materials funcionals especials d'ultra precisió d'alta precisió. resultats i globals Els resultats de la popularització i aplicació de la tecnologia de xarxa han sortit un darrere l'altre, fet que suposa un canvi fonamental en el camp de la instrumentació i promou l'arribada d'una nova era d'instruments intel·ligents i d'alta tecnologia.

Sensors en sistemes de mesura i control
El sistema general de mesura i control està format per sensors, convertidors intermedis i gravadors de visualització.El sensor detecta i converteix la magnitud física mesurada en la magnitud física mesurada.El convertidor intermedi analitza, processa i converteix la sortida del sensor en un senyal que pot ser acceptat per l'instrument posterior, i l'envia a altres sistemes, o el mesura el gravador de pantalla.Els resultats es mostren i es registren.
El sensor és el primer enllaç del sistema de mesura.Per al sistema de control, si l'ordinador es compara amb el cervell, el sensor és equivalent als cinc sentits, cosa que afecta directament la precisió de control del sistema.
El sensor es compon generalment d'elements sensibles, fitxers de conversió i circuits de conversió.El valor mesurat el sent directament l'element sensible, i el canvi d'un determinat valor del paràmetre té una relació definida amb el canvi del valor mesurat, i aquest paràmetre és fàcil de mesurar i sortir;llavors la sortida de l'element sensible es converteix en un paràmetre elèctric per l'element de conversió;Finalment, el circuit de conversió amplifica els paràmetres elèctrics emesos per l'element de conversió i els converteix en senyals elèctrics útils que són convenients per a la visualització, l'enregistrament, el processament i el control.
Situació actual i desenvolupament de nous sensors
La tecnologia de detecció és una de les tecnologies d'alta tecnologia de més ràpid desenvolupament al món actual.El nou sensor no només persegueix alta precisió, gran abast, alta fiabilitat i baix consum d'energia, sinó que també es desenvolupa cap a la integració, la miniaturització, la digitalització i la intel·ligència.

1. Intel·ligent
La intel·ligència del sensor es refereix a la combinació de les funcions dels sensors convencionals i les funcions dels ordinadors o altres components per formar un conjunt independent, que no només té les funcions de recollida d'informació i conversió de senyal, sinó que també té la capacitat de processament de dades. , anàlisi de compensacions i presa de decisions.

2. Treball en xarxa
La connexió en xarxa del sensor és permetre que el sensor tingui la funció de connectar-se amb la xarxa d'ordinadors, adonar-se de la capacitat de transmissió i processament d'informació a llarga distància, és a dir, realitzar la mesura "per l'horitzó" de la mesura. i sistema de control.

3. Miniaturització
El valor de miniaturització del sensor redueix molt el volum del sensor amb la condició que la funció no canviï o fins i tot millori.La miniaturització és el requisit de la mesura i el control de precisió moderns.En principi, com més petita sigui la mida del sensor, menor serà l'impacte sobre l'objecte mesurat i el medi ambient, menys consumirà energia i més fàcil serà aconseguir una mesura precisa.

4. Integració
La integració de sensors fa referència a la integració de les dues direccions següents:
(1) La integració de múltiples paràmetres de mesura pot mesurar diversos paràmetres.
(2) La integració de circuits de detecció i posteriors, és a dir, la integració de components sensibles, components de conversió, circuits de conversió i fins i tot fonts d'alimentació en el mateix xip, de manera que tingui un alt rendiment.

5. Digitalització
El valor digital del sensor és que la informació que emet el sensor és una quantitat digital, que pot realitzar una transmissió de llarga distància i alta precisió, i es pot connectar a equips de processament digital com un ordinador sense enllaços intermedis.
La integració, la intel·ligència, la miniaturització, la xarxa i la digitalització dels sensors no són independents, sinó complementàries i interrelacionades, i no hi ha un límit clar entre ells.
Tecnologia de control en sistemes de mesura i control

Teoria bàsica del control
1. Teoria clàssica del control
La teoria de control clàssica inclou tres parts: teoria de control lineal, teoria de control de mostreig i teoria de control no lineal.La cibernètica clàssica pren la transformada de Laplace i la transformada Z com a eines matemàtiques, i pren el sistema estable lineal d'entrada única i sortida com a objecte de recerca principal.L'equació diferencial que descriu el sistema es transforma en el domini dels nombres complexos mitjançant la transformada de Laplace o la transformada Z, i s'obté la funció de transferència del sistema.I basat en la funció de transferència, un mètode d'investigació de trajectòria i freqüència, centrat en l'anàlisi de l'estabilitat i la precisió en estat estacionari del sistema de control de retroalimentació.

2. Teoria moderna del control
La teoria de control moderna és una teoria de control basada en el mètode de l'espai d'estats, que és un component principal de la teoria de control automàtic.En la teoria de control moderna, l'anàlisi i el disseny del sistema de control es duen a terme principalment descrivint les variables d'estat del sistema, i el mètode bàsic és el mètode del domini del temps.La teoria de control moderna pot tractar una gamma molt més àmplia de problemes de control que la teoria de control clàssica, incloent sistemes lineals i no lineals, sistemes estacionaris i variables en el temps, sistemes d'una sola variable i sistemes multivariables.Els mètodes i algorismes que adopta també són més adequats per a ordinadors digitals.La teoria de control moderna també ofereix la possibilitat de dissenyar i construir sistemes de control òptims amb indicadors de rendiment especificats.

Sistema de control
El sistema de control està format per dispositius de control (inclosos controladors, actuadors i sensors) i objectes controlats.El dispositiu de control pot ser una persona o una màquina, que és la diferència entre el control automàtic i el control manual.Per al sistema de control automàtic, segons els diferents principis de control, es pot dividir en sistema de control de llaç obert i sistema de control de llaç tancat;segons la classificació dels senyals donats, es pot dividir en sistema de control de valor constant, sistema de control de seguiment i sistema de control de programa.

Tecnologia d'instruments virtuals
L'instrument de mesura és una part important del sistema de mesura i control, que es divideix en dos tipus: instrument independent i instrument virtual.
L'instrument independent recull, processa i emet el senyal de l'instrument en un xassís independent, té un panell d'operacions i diversos ports, i totes les funcions existeixen en forma de maquinari o firmware, la qual cosa determina que l'instrument independent només es pot definir per el fabricant., llicència, que l'usuari no pot canviar.
L'instrument virtual completa l'anàlisi i el processament del senyal, l'expressió i la sortida del resultat a l'ordinador, o insereix la targeta d'adquisició de dades a l'ordinador i elimina les tres parts de l'instrument de l'ordinador, que trenca amb el tradicional instruments.limitació.

Característiques tècniques dels instruments virtuals
1. Funcions potents, integrant el potent suport de maquinari dels ordinadors, trencant amb les limitacions dels instruments tradicionals en processament, visualització i emmagatzematge.La configuració estàndard és: processador d'alt rendiment, pantalla d'alta resolució, disc dur de gran capacitat.
2. Els recursos de programari informàtic realitzen la programació d'algun maquinari de la màquina, estalvien recursos materials i milloren la flexibilitat del sistema;mitjançant els algorismes numèrics corresponents, es poden realitzar diverses anàlisis i processament de dades de prova directament en temps real;mitjançant la tecnologia GUI (interfície gràfica d'usuari) per aconseguir realment una interfície amigable i una interacció home-ordinador.
3. Donat el bus informàtic i el bus d'instruments modular, el maquinari de l'instrument està modularitzat i serialitzat, la qual cosa redueix molt la mida del sistema i facilita la construcció d'instruments modulars.
La composició del sistema d'instruments virtuals
L'instrument virtual consta de dispositius i interfícies de maquinari, programari de controlador de dispositiu i tauler d'instruments virtual.Entre ells, els dispositius i interfícies de maquinari poden ser diverses targetes de funció integrades basades en PC, targetes d'interfície de bus d'interfície universal, ports sèrie, interfícies d'instruments de bus VXI, etc., o altres equips de prova externs programables, el programari del controlador del dispositiu és un programa controlador que controla directament diverses interfícies de maquinari.L'instrument virtual es comunica amb el sistema d'instruments real a través del programari del controlador del dispositiu subjacent i mostra els elements operatius corresponents del tauler d'instruments real a la pantalla de l'ordinador en forma d'un quadre d'instruments virtual.Controls diversos.L'usuari opera el panell de l'instrument virtual amb el ratolí tan real i còmode com fer servir l'instrument real.
La tecnologia de mesura i control i l'instrument principal és tradicional i ple de perspectives de desenvolupament.Es diu que és tradicional perquè té un origen antic, ha experimentat centenars d'anys de desenvolupament i ha tingut un paper important en el desenvolupament social.Com a major tradicional, implica moltes disciplines alhora, la qual cosa fa que encara tingui una forta vitalitat.
Amb el desenvolupament de la moderna tecnologia de mesura i control, tecnologia de la informació electrònica i tecnologia informàtica, ha donat lloc a una nova oportunitat per a la innovació i el desenvolupament, que segurament produirà aplicacions cada cop més crítiques en diversos camps.