Технология и прибор измерения и контроля - это теория и технология, изучающая сбор и обработку информации и управление соответствующими элементами.«Технология и приборы измерений и контроля» — средства и оборудование для сбора, измерения, хранения, передачи, обработки и контроля информации, в том числе измерительная техника, техника контроля, а также приборы и системы, реализующие эти технологии.
Технология измерения и контроля
Технологии и приборы измерения и контроля основаны на точном машиностроении, электронной технике, оптике, автоматическом управлении и компьютерной технике.В основном он изучает новые принципы, методы и процессы различных технологий точного тестирования и контроля.В последние годы компьютерные технологии играют все более важную роль в прикладных исследованиях технологий измерения и управления.
Технология измерения и контроля представляет собой прикладную технологию, которая непосредственно применяется к производству и жизни, и ее применение охватывает различные области общественной жизни, такие как «вес сельского хозяйства, моря, земли и воздуха, продуктов питания и одежды».Приборостроение — это «мультипликатор» народного хозяйства, «первый офицер» научных исследований, «боевая сила» в армии, «материализованный судья» в правовых нормах.Компьютеризированные технологии испытаний и контроля, а также интеллектуальные и точные приборы и системы измерения и контроля являются важными символами и средствами в области современного промышленного и сельскохозяйственного производства, научно-технических исследований, управления, инспекции и контроля и играют все более важную роль.
Применение технологии измерения и контроля и приборостроения
Измерительно-регулирующая техника является прикладной технологией, которая широко используется в различных областях промышленности, сельского хозяйства, транспорта, судоходства, авиации, военного дела, электроэнергетики и гражданской жизни.С развитием производственной технологии технология измерения и контроля играет жизненно важную роль в технологии управления от начального управления отдельным устройством и его оборудованием до управления всем процессом и даже системой, особенно в современных передовых технологиях. в области современной науки и техники.
В металлургической промышленности применение технологии измерения и контроля включает в себя: управление горячей доменной печью, управление загрузкой и управление доменной печью в процессе производства чугуна, регулирование давления, регулирование скорости прокатного стана, управление рулоном и т. д. в процессе прокатки стали, и различные приборы обнаружения, используемые в нем.
В электроэнергетике применение технологии измерения и контроля включает в себя систему управления горением котла, автоматический контроль, автоматическую защиту, автоматическую регулировку и систему автоматического программного управления паровой турбины, а также систему управления входной и выходной мощностью котла. двигатель.
В угольной промышленности применение технологии измерения и контроля включает в себя: прибор для каротажа метана угольных пластов в процессе добычи угля, прибор для определения состава шахтного воздуха, детектор шахтного газа, подземную систему мониторинга безопасности и т. д., контроль процесса тушения кокса и контроль извлечения газа в процесс переработки угля, контроль процесса переработки, контроль трансмиссии производственного оборудования и т. д.
В нефтяной промышленности применение технологии измерения и контроля включает в себя: магнитный локатор, измеритель содержания воды, манометр и другие измерительные приборы, поддерживающие технологию каротажа в процессе добычи нефти, систему электроснабжения, систему водоснабжения, систему подачи пара, систему подачи газа. , Система хранения и транспортировки и три системы обработки отходов и приборы обнаружения для большого количества параметров в непрерывном производственном процессе.
В химической промышленности применение технологии измерения и контроля включает в себя: измерение температуры, измерение расхода, измерение уровня жидкости, концентрацию, кислотность, влажность, плотность, мутность, теплотворную способность и различные компоненты смешанного газа.Контрольно-измерительные приборы, которые регулярно контролируют контролируемые параметры и т.д.
В машиностроении применение технологий измерения и управления включает в себя: прецизионные станки с цифровым управлением, автоматические производственные линии, промышленные роботы и т. д.
В аэрокосмической отрасли применение технологии измерения и контроля включает в себя: измерение таких параметров, как высота полета самолета, скорость полета, состояние и направление полета, ускорение, перегрузка и состояние двигателя, технология аэрокосмических транспортных средств, технология космических кораблей и аэрокосмические измерения. и технологии управления.Ждать.
В военной технике применение технологий измерения и управления включает в себя: высокоточное оружие, интеллектуальные боеприпасы, систему управления военной автоматизацией (система C4IRS), космическое военное оборудование (например, различные военные разведывательные, коммуникационные, ранние предупреждения, навигационные спутники и т. д. .).
Становление и развитие техники измерения и управления
Исторические факты развития науки и техники История познания человеком и преобразования природы также является важной частью истории человеческой цивилизации.Развитие науки и техники в первую очередь зависит от развития измерительной техники.Современное естествознание начинается с измерения в собственном смысле.Многие выдающиеся ученые мечтают стать изобретателями научных приборов и основоположниками методов измерения.Прогресс измерительных технологий напрямую влияет на прогресс науки и техники.
Первая технологическая революция
В 17-м и 18-м веках начали появляться технологии измерения и контроля.Некоторые физики в Европе начали использовать силу тока и магнитного поля для создания простых гальванометров и использовать оптические линзы для создания телескопов, заложив тем самым основу для электрических и оптических приборов.В 1760-х годах в Соединенном Королевстве началась первая научно-техническая революция.До XIX века первая научно-техническая революция распространилась на Европу, Америку и Японию.В этот период использовались некоторые простые измерительные приборы, такие как приборы для измерения длины, температуры, давления и т. д.В жизни создана огромная производительность.
Вторая технологическая революция
Ряд разработок в области электромагнетизма в начале 19 века вызвал вторую технологическую революцию.Благодаря изобретению прибора для измерения тока электромагнетизм был быстро поставлен на правильный путь, и одно открытие за другим росло.Многие изобретения в области электромагнетизма, такие как телеграф, телефон, генератор и т. д., способствовали наступлению электрического века.В то же время появляются различные другие инструменты для измерения и наблюдения, такие как высокоточный теодолит первого класса, использовавшийся для измерения высоты до 1891 года.
Третья технологическая революция
После 2-й мировой войны острая потребность в высоких технологиях в различных странах способствовала переходу технологии производства от общей механизации к электрификации и автоматизации, был сделан ряд крупных прорывов в научно-теоретических исследованиях.
В этот период начала промышленно развиваться обрабатывающая промышленность, представленная электромеханической продукцией.Характерными чертами массового производства продукции являются циклические операции и поточные операции.Чтобы сделать их автоматическими, необходимо автоматически определять положение заготовки на этапе исключения обработки и производства., размер, форма, поза или производительность и т. д. Для этого требуется большое количество измерительных и контрольных устройств.С другой стороны, рост химической промышленности, использующей нефть в качестве сырья, требует большого количества контрольно-измерительных приборов.Начали стандартизировать автоматизированное контрольно-измерительное оборудование, а по требованию формировать систему автоматического управления.В то же время в этот период родились станки с ЧПУ и робототехника, в которых технологии и инструменты измерения и управления имеют важное применение.
С развитием науки и техники контрольно-измерительные приборы стали незаменимым техническим инструментом для измерения, контроля и автоматизации, начиная с простого измерения и наблюдения.Чтобы удовлетворить потребности различных аспектов, приборостроение расширилось от традиционных областей применения до нетрадиционных областей применения, таких как биомедицина, экологическая среда и биоинженерия.
Начиная с 21 века, большое количество последних технологических достижений, таких как результаты исследований точного наномеханического оборудования, результаты современных химических исследований на молекулярном уровне, результаты биологических исследований на уровне генов и исследования высокоточных сверхэффективных специальных функциональных материалов. результаты и глобальные Результаты популяризации и применения сетевых технологий выходят один за другим, что является коренным изменением в области приборостроения и способствует наступлению новой эры высокотехнологичных и интеллектуальных приборов.
Датчики в системах измерения и управления
Общая система измерения и управления состоит из датчиков, промежуточных преобразователей и самописцев.Датчик обнаруживает и преобразует измеренную физическую величину в измеренную физическую величину.Промежуточный преобразователь анализирует, обрабатывает и преобразует выходной сигнал датчика в сигнал, который может быть принят последующим прибором, и выводит его на другие системы или измеряется самописцем дисплея.Результаты отображаются и записываются.
Датчик является первым звеном измерительной системы.Для системы управления, если компьютер сравнивать с мозгом, то датчик эквивалентен пяти чувствам, что напрямую влияет на точность управления системой.
Датчик обычно состоит из чувствительных элементов, файлов преобразования и схем преобразования.Измеренное значение непосредственно ощущается чувствительным элементом, и изменение значения определенного параметра само по себе имеет определенную связь с изменением измеренного значения, и этот параметр легко измерить и вывести;затем выходной сигнал чувствительного элемента преобразуется преобразовательным элементом в электрический параметр;Наконец, схема преобразования усиливает электрические параметры, выдаваемые элементом преобразования, и преобразует их в полезные электрические сигналы, удобные для отображения, записи, обработки и управления.
Текущая ситуация и разработка новых сенсоров
Сенсорная технология сегодня является одной из самых быстро развивающихся высоких технологий в мире.Новый датчик не только обеспечивает высокую точность, большой диапазон, высокую надежность и низкое энергопотребление, но также развивается в направлении интеграции, миниатюризации, оцифровки и интеллекта.
1. Интеллектуальный
Интеллект датчика относится к сочетанию функций обычных датчиков и функций компьютеров или других компонентов для формирования независимого узла, который не только выполняет функции сбора информации и преобразования сигналов, но также имеет возможность обработки данных. анализ компенсаций и принятие решений.
2. Нетворкинг
Сеть датчика должна позволить датчику иметь функцию соединения с компьютерной сетью, реализовать возможность передачи и обработки информации на большие расстояния, то есть реализовать «загоризонтное» измерение измерения. и система управления.
3. Миниатюризация
Значение миниатюризации датчика значительно уменьшает объем датчика при условии, что функция остается неизменной или даже расширяется.Миниатюризация является требованием современных точных измерений и контроля.В принципе, чем меньше размер датчика, тем меньше воздействие на измеряемый объект и окружающую среду, меньше потребление энергии и тем проще добиться точного измерения.
4. Интеграция
Интеграция датчиков относится к интеграции следующих двух направлений:
(1) Интеграция нескольких параметров измерения позволяет измерять несколько параметров.
(2) Интеграция датчиков и последующих цепей, то есть интеграция чувствительных компонентов, компонентов преобразования, схем преобразования и даже источников питания на одном кристалле, что обеспечивает высокую производительность.
5. Оцифровка
Цифровое значение датчика заключается в том, что информация, выдаваемая датчиком, представляет собой цифровую величину, которая может осуществлять передачу на большие расстояния и с высокой точностью и может быть подключена к цифровому обрабатывающему оборудованию, такому как компьютер, без промежуточных звеньев.
Интеграция, интеллект, миниатюризация, объединение в сеть и оцифровка датчиков не являются самостоятельными, а дополняют друг друга и взаимосвязаны, и между ними нет четкой границы.
Технология управления в системе измерения и управления
Базовая теория управления
1. Классическая теория управления
Классическая теория управления включает три части: теорию линейного управления, теорию дискретного управления и теорию нелинейного управления.Классическая кибернетика использует преобразование Лапласа и Z-преобразование в качестве математических инструментов, а в качестве основного объекта исследования берет линейную устойчивую систему с одним входом и одним выходом.Дифференциальное уравнение, описывающее систему, преобразуется в область комплексных чисел с помощью преобразования Лапласа или Z-преобразования, и получается передаточная функция системы.И основанный на передаточной функции метод исследования траектории и частоты, фокусирующийся на анализе устойчивости и установившейся точности системы управления с обратной связью.
2. Современная теория управления
Современная теория управления — это теория управления, основанная на методе пространства состояний, который является основным компонентом теории автоматического управления.В современной теории управления анализ и проектирование системы управления в основном осуществляются путем описания переменных состояния системы, и основным методом является метод временной области.Современная теория управления может иметь дело с гораздо более широким кругом задач управления, чем классическая теория управления, включая линейные и нелинейные системы, стационарные и нестационарные системы, системы с одной и многими переменными.Используемые методы и алгоритмы также больше подходят для цифровых компьютеров.Современная теория управления также предлагает возможность проектирования и построения оптимальных систем управления с заданными показателями эффективности.
Система контроля
Система управления состоит из управляющих устройств (включая контроллеры, исполнительные механизмы и датчики) и управляемых объектов.Управляющим устройством может быть человек или машина, в чем разница между автоматическим управлением и ручным управлением.Для системы автоматического управления, в соответствии с различными принципами управления, ее можно разделить на систему управления без обратной связи и систему управления с обратной связью;по классификации заданных сигналов ее можно разделить на систему управления постоянным значением, систему следящего управления и систему программного управления.
Технология виртуальных инструментов
Измерительный прибор является важной частью системы измерения и контроля, которая делится на два типа: независимый прибор и виртуальный прибор.
Независимый прибор собирает, обрабатывает и выводит сигнал прибора на независимом шасси, имеет операционную панель и различные порты, а все функции существуют в виде аппаратного или микропрограммного обеспечения, что определяет, что независимый прибор может быть определен только производитель., лицензия, которую пользователь не может изменить.
Виртуальный инструмент завершает анализ и обработку сигнала, выражение и вывод результата на компьютер или вставляет карту сбора данных в компьютер и удаляет три части инструмента на компьютере, что нарушает традиционный инструменты.ограничение.
Технические характеристики виртуальных инструментов
1. Мощные функции, объединяющие мощную аппаратную поддержку компьютеров, преодолевающие ограничения традиционных инструментов в обработке, отображении и хранении.Стандартная конфигурация: высокопроизводительный процессор, дисплей с высоким разрешением, жесткий диск большой емкости.
2. Ресурсы компьютерного программного обеспечения реализуют программное обеспечение некоторых аппаратных средств, экономят материальные ресурсы и повышают гибкость системы;за счет соответствующих численных алгоритмов можно выполнять различный анализ и обработку тестовых данных непосредственно в режиме реального времени;с помощью технологии GUI (графический пользовательский интерфейс) для достижения действительно дружественного интерфейса и взаимодействия человека с компьютером.
3. Учитывая компьютерную шину и модульную приборную шину, аппаратное обеспечение прибора является модульным и сериализованным, что значительно уменьшает размер системы и облегчает создание модульных приборов.
Состав виртуальной приборной системы
Виртуальный прибор состоит из аппаратных устройств и интерфейсов, программного драйвера устройства и виртуальной приборной панели.Среди них аппаратные устройства и интерфейсы могут быть различными встроенными функциональными картами на базе ПК, интерфейсными картами универсальной интерфейсной шины, последовательными портами, приборными интерфейсами шины VXI и т. д. или другим программируемым внешним тестовым оборудованием. Программное обеспечение драйвера устройства программа-драйвер, которая непосредственно управляет различными аппаратными интерфейсами.Виртуальный прибор взаимодействует с реальной приборной системой через базовое программное обеспечение драйвера устройства и отображает соответствующие рабочие элементы реальной приборной панели на экране компьютера в виде виртуальной приборной панели.Различные элементы управления.Пользователь управляет панелью виртуального прибора с помощью мыши так же реально и удобно, как и реальным прибором.
Направление измерительной и контрольной техники и приборов является традиционным и полным перспектив развития.Он считается традиционным, потому что имеет древнее происхождение, пережил сотни лет развития и сыграл важную роль в социальном развитии.Как традиционная специальность, он включает в себя множество дисциплин одновременно, что делает его по-прежнему сильным.
Дальнейшее развитие современных технологий измерения и управления, электронных информационных технологий и компьютерных технологий открыло новые возможности для инноваций и развития, которые, несомненно, будут создавать все более важные приложения в различных областях.
Время публикации: 21 ноября 2022 г.