Технологията и инструментът за измерване и контрол е теория и технология, която изучава придобиването и обработката на информация и контрола на свързани елементи.„Технология и инструменти за измерване и контрол“ се отнася до средствата и оборудването за събиране на информация, измерване, съхранение, предаване, обработка и контрол, включително технология за измерване, технология за контрол и инструменти и системи, които прилагат тези технологии.
Технология за измерване и контрол
Технологиите и инструментите за измерване и контрол се основават на прецизни машини, електронни технологии, оптика, автоматично управление и компютърни технологии.Основно изучава нови принципи, методи и процеси на различни технологии за прецизно изпитване и контрол.През последните години компютърната технология играе все по-важна роля в изследването на приложението на технологията за измерване и управление.
Технологията за измерване и контрол е приложна технология, която се прилага директно към производството и живота и нейното приложение обхваща различни области на социалния живот като „теглото на селското стопанство, морето, земята и въздуха, храната и облеклото“.Инструменталната технология е „мултипликаторът“ на националната икономика, „първият офицер“ на научните изследвания, „бойната сила“ в армията и „материализираният съдия“ в правните разпоредби.Компютъризираните технологии за изпитване и контрол и интелигентните и прецизни измервателни и контролни инструменти и системи са важни символи и средства в областта на съвременното индустриално и селскостопанско производство, научни и технологични изследвания, управление, инспекция и мониторинг и играят все по-важна роля.
Приложение на технологията за измерване и контрол и инструменталната технология
Технологията за измерване и управление е приложна технология, която се използва широко в различни области на промишлеността, селското стопанство, транспорта, навигацията, авиацията, военните, електроенергетиката и гражданския живот.С развитието на производствената технология, технологията за измерване и управление играе жизненоважна роля в технологията за управление от първоначалния контрол на единичен и неговото оборудване, до контрола на целия процес и дори на системата, особено в днешната авангардна технология в областта на съвременната наука и технологии.
В металургичната промишленост приложението на технологията за измерване и управление включва: управление на гореща доменна пещ, управление на зареждане и управление на доменна пещ в процеса на производство на желязо, управление на налягането, управление на скоростта на валцоващата мелница, управление на бобини и др. в процеса на валцуване на стомана и различни инструменти за откриване, използвани там.
В електроенергетиката приложението на технологията за измерване и контрол включва системата за контрол на горенето на котела, автоматичния мониторинг, автоматичната защита, автоматичната настройка и системата за автоматичен програмен контрол на парната турбина и системата за управление на входната и изходната мощност на двигателят.
Във въгледобивната промишленост прилагането на технология за измерване и контрол включва: инструмент за регистриране на метан във въглищни находища в процеса на добив на въглища, инструмент за откриване на състава на въздуха в мините, детектор на газ в мините, система за наблюдение на безопасността в подземни условия и др., контрол на процеса на охлаждане на кокса и контрол на възстановяването на газ в процес на рафиниране на въглища, контрол на процеса на рафиниране, контрол на трансмисията на производствените машини и др.
В петролната промишленост приложението на технологията за измерване и контрол включва: магнитен локатор, измервател на водното съдържание, манометър и други измервателни инструменти, поддържащи технологията за регистриране в процеса на производство на нефт, система за захранване, система за водоснабдяване, система за захранване с пара, система за захранване с газ , Система за съхранение и транспортиране и три системи за третиране на отпадъци и инструменти за откриване на голям брой параметри в непрекъснатия производствен процес.
В химическата промишленост приложението на измервателна и контролна технология включва: измерване на температурата, измерване на потока, измерване на нивото на течността, концентрация, киселинност, влажност, плътност, мътност, калоричност и различни смесени газови компоненти.Уреди за контрол, които редовно контролират контролираните параметри и др.
В машиностроенето приложението на технологията за измерване и управление включва: прецизни цифрови управляващи машини, автоматични производствени линии, индустриални роботи и др.
В космическата индустрия приложението на технологията за измерване и контрол включва: измерване на параметри като височина на полета на самолета, скорост на полета, състояние и посока на полета, ускорение, претоварване и състояние на двигателя, технология за аерокосмически превозни средства, технология за космически кораби и аерокосмическо измерване и контролна технология.Изчакайте.
Във военното оборудване приложението на технологията за измерване и контрол включва: прецизно насочвани оръжия, интелигентни боеприпаси, военна автоматизирана командна система (система C4IRS), космическо военно оборудване (като различни военни разузнавателни, комуникационни, ранно предупреждение, навигационни сателити и др. .).
Формиране и развитие на измервателната и управляващата техника
Историческите факти за развитието на науката и технологиите Историята на човешкото разбиране и преобразуване на природата също е важна част от историята на човешката цивилизация.Развитието на науката и технологиите първо зависи от развитието на измервателната технология.Съвременната естествена наука започва с измерването в истинския смисъл на думата.Много изключителни учени мечтаят да бъдат изобретатели на научни инструменти и основатели на методи за измерване.Напредъкът на измервателната технология директно движи прогреса на науката и технологиите.
Първата технологична революция
През 17-ти и 18-ти век започва да се появява технологията за измерване и контрол.Някои физици в Европа започнаха да използват силата на тока и магнитното поле, за да направят прости галванометри и да използват оптични лещи, за да направят телескопи, като по този начин поставиха основата за електрически и оптични инструменти.През 1760 г. в Обединеното кралство започва първата научна и технологична революция.До 19 век първата научна и технологична революция обхваща Европа, Америка и Япония.През този период са използвани някои прости измервателни инструменти, като инструменти за измерване на дължина, температура, налягане и др.В живота е създадена огромна производителност.
Втората технологична революция
Поредица от разработки в областта на електромагнетизма в началото на 19-ти век предизвикаха втората технологична революция.Благодарение на изобретяването на инструмента за измерване на ток, електромагнетизмът бързо беше поставен в правилната посока и откритията растяха едно след друго.Много изобретения в областта на електромагнетизма, като телеграф, телефон, генератор и др., допринесоха за настъпването на електрическата ера.В същото време се появяват и различни други инструменти за измерване и наблюдение, като прецизния първокласен теодолит, използван за измерване на височина преди 1891 г.
Третата технологична революция
След Втората световна война спешната нужда от високи технологии в различни страни насърчи трансформацията на производствената технология от обща механизация към електрификация и автоматизация и бяха направени поредица от големи пробиви в научните теоретични изследвания.
През този период производствената индустрия, представена от електромеханични продукти, започва да се развива индустриално.Характеристиките на масовото производство на продукти са циклични операции и поточни операции.За да се направят тези автоматични, е необходимо автоматично да се открие позицията на детайла по време на етапа на елиминиране на обработката и производството., размер, форма, поза или изпълнение и т.н. За тази цел са необходими голям брой измервателни и контролни устройства.От друга страна, възходът на химическата промишленост с нефт като суровина изисква голям брой измервателни и контролни инструменти.Автоматизираната апаратура започна да се стандартизира и се формира автоматична система за управление при поискване.В същото време през този период се раждат и машинни инструменти с ЦПУ и технология за роботи, в които технологиите и инструментите за измерване и управление имат важни приложения.
С развитието на науката и технологиите уредите се превърнаха в незаменим технически инструмент за измерване, контрол и автоматизация, започвайки от просто измерване и наблюдение.За да отговори на нуждите на различни аспекти, апаратурата се разшири от традиционни области на приложение до нетрадиционни области на приложение като биомедицина, екологична среда и биоинженерство.
От 21-ви век голям брой от най-новите технологични постижения, като резултати от изследвания на прецизни машини в наномащаб, резултати от съвременни химични изследвания на молекулярно ниво, резултати от биологични изследвания на генно ниво и високопрецизни ултраефективни изследвания на специални функционални материали резултати и глобални Резултатите от популяризирането и прилагането на мрежовите технологии се появяват един след друг, което е фундаментална промяна в областта на уредите и насърчава настъпването на нова ера на високотехнологични и интелигентни инструменти.
Сензори в системи за измерване и управление
Общата система за измерване и контрол се състои от сензори, междинни преобразуватели и записващи устройства.Сензорът открива и преобразува измерената физическа величина в измерената физическа величина.Междинният преобразувател анализира, обработва и преобразува изхода на сензора в сигнал, който може да бъде приет от следващия инструмент, и го извежда към други системи или се измерва от рекордера на дисплея.Резултатите се показват и записват.
Сензорът е първата връзка на измервателната система.За системата за управление, ако компютърът се сравни с мозъка, тогава сензорът е еквивалентен на петте сетива, което пряко влияе върху точността на управление на системата.
Сензорът обикновено се състои от чувствителни елементи, преобразуващи файлове и преобразуващи вериги.Измерената стойност се усеща директно от чувствителния елемент и промяната на определена стойност на параметъра сама по себе си има определена връзка с промяната на измерената стойност и този параметър е лесен за измерване и извеждане;след това изходът на чувствителния елемент се преобразува в електрически параметър от преобразуващия елемент;И накрая, веригата за преобразуване усилва изходните електрически параметри от преобразуващия елемент и ги преобразува в полезни електрически сигнали, които са удобни за показване, запис, обработка и контрол.
Текуща ситуация и развитие на нови сензори
Сензорната технология е една от най-бързо развиващите се високи технологии в света днес.Новият сензор не само преследва висока прецизност, голям обхват, висока надеждност и ниска консумация на енергия, но също така се развива към интеграция, миниатюризация, дигитализация и интелигентност.
1. Интелигентен
Интелигентността на сензора се отнася до комбинацията от функциите на конвенционалните сензори и функциите на компютри или други компоненти за образуване на независима сглобка, която не само има функциите за събиране на информация и преобразуване на сигнала, но също така има способността за обработка на данни , анализ на компенсациите и вземане на решения.
2. Работа в мрежа
Свързването на сензора в мрежа е да позволи на сензора да има функцията за свързване с компютърната мрежа, за да реализира способността за предаване и обработка на информация на дълги разстояния, тоест да реализира измерването „отвъд хоризонта“ на измерването и система за управление.
3. Миниатюризация
Стойността на миниатюризацията на сензора значително намалява обема на сензора при условие, че функцията е непроменена или дори подобрена.Миниатюризацията е изискването за модерно прецизно измерване и управление.По принцип, колкото по-малък е размерът на сензора, толкова по-малко е въздействието върху измервания обект и околната среда, толкова по-малка е консумацията на енергия и толкова по-лесно е да се постигне точно измерване.
4. Интеграция
Интегрирането на сензори се отнася до интегрирането на следните две посоки:
(1) Интегрирането на множество измервателни параметри може да измерва множество параметри.
(2) Интегриране на сензорни и последващи вериги, тоест интегриране на чувствителни компоненти, компоненти за преобразуване, вериги за преобразуване и дори захранвания на един и същи чип, така че да има висока производителност.
5. Дигитализация
Цифровата стойност на сензора е, че изходната информация от сензора е цифрово количество, което може да реализира предаване на дълги разстояния и с висока точност и може да бъде свързано към оборудване за цифрова обработка като компютър без междинни връзки.
Интеграцията, интелигентността, миниатюризацията, свързването в мрежа и цифровизацията на сензорите не са независими, а допълващи се и взаимосвързани и няма ясна граница между тях.
Технология за управление в системата за измерване и управление
Основна теория на управлението
1. Класическа теория на управлението
Класическата теория за управление включва три части: теория за линейно управление, теория за контрол на пробите и теория за нелинейно управление.Класическата кибернетика приема трансформацията на Лаплас и Z трансформацията като математически инструменти и приема линейната стационарна система с един вход и един изход като основен обект на изследване.Диференциалното уравнение, описващо системата, се трансформира в областта на комплексните числа чрез трансформация на Лаплас или Z трансформация и се получава трансферната функция на системата.И въз основа на трансферната функция, метод за изследване на траекторията и честотата, фокусиран върху анализирането на стабилността и точността на стационарно състояние на системата за управление с обратна връзка.
2. Съвременна теория на управлението
Съвременната теория за управление е теория за управление, базирана на метода на пространството на състоянията, който е основен компонент на теорията за автоматично управление.В съвременната теория на управлението анализът и проектирането на системата за управление се извършват главно чрез описание на променливите на състоянието на системата, а основният метод е методът на времевата област.Съвременната теория на управлението може да се справи с много по-широк кръг от проблеми на управлението, отколкото класическата теория на управлението, включително линейни и нелинейни системи, стационарни и променящи се във времето системи, системи с една променлива и системи с множество променливи.Методите и алгоритмите, които възприема, също са по-подходящи за цифрови компютри.Съвременната теория на управлението също предлага възможност за проектиране и конструиране на оптимални системи за управление с определени показатели за ефективност.
Контролна система
Системата за управление се състои от контролни устройства (включително контролери, изпълнителни механизми и сензори) и контролирани обекти.Устройството за управление може да бъде човек или машина, което е разликата между автоматично управление и ръчно управление.За системата за автоматично управление, според различните принципи на управление, тя може да бъде разделена на система за управление с отворен цикъл и система за управление със затворен контур;според класификацията на дадените сигнали, тя може да бъде разделена на система за управление с постоянна стойност, система за последващо управление и система за програмно управление.
Технология за виртуални инструменти
Измервателният уред е важна част от системата за измерване и контрол, която е разделена на два вида: независим инструмент и виртуален инструмент.
Независимият инструмент събира, обработва и извежда сигнала на инструмента в независимо шаси, има операционен панел и различни портове и всички функции съществуват под формата на хардуер или фърмуер, което определя, че независимият инструмент може да бъде дефиниран само от производителя., лиценз, който потребителят не може да променя.
Виртуалният инструмент завършва анализа и обработката на сигнала, изразяването и извеждането на резултата на компютъра или вмъква картата за събиране на данни на компютъра и премахва трите части на инструмента на компютъра, което пробива традиционния инструменти.ограничение.
Технически характеристики на виртуалните инструменти
1. Мощни функции, интегриращи мощната хардуерна поддръжка на компютрите, преодоляване на ограниченията на традиционните инструменти при обработка, показване и съхранение.Стандартната конфигурация е: високопроизводителен процесор, дисплей с висока разделителна способност, твърд диск с голям капацитет.
2. Компютърните софтуерни ресурси реализират софтуеризацията на някои машинни хардуери, спестяват материални ресурси и повишават гъвкавостта на системата;чрез съответните числени алгоритми могат да се извършват различни анализи и обработка на тестови данни директно в реално време;чрез GUI (графичен потребителски интерфейс) интерфейс), за да постигнете наистина приятелски интерфейс и взаимодействие човек-компютър.
3. Като се има предвид компютърната шина и модулната инструментална шина, хардуерът на инструмента е модулиран и сериализиран, което значително намалява размера на системата и улеснява конструирането на модулни инструменти.
Състав на виртуална инструментална система
Виртуалният инструмент се състои от хардуерни устройства и интерфейси, софтуерен драйвер на устройството и виртуален инструментален панел.Сред тях хардуерните устройства и интерфейси могат да бъдат различни PC-базирани вградени функционални карти, универсални интерфейсни шинни интерфейсни карти, серийни портове, VXI шинни инструментални интерфейси и т.н., или друго различно програмируемо външно тестово оборудване. Софтуерът на драйвера на устройството е драйверна програма, която директно управлява различни хардуерни интерфейси.Виртуалният инструмент комуникира с реалната инструментална система чрез основния софтуер на драйвера на устройството и показва съответните операционни елементи на реалния инструментален панел на екрана на компютъра под формата на виртуален инструментален панел.Различни контроли.Потребителят управлява панела на виртуалния инструмент с мишката толкова реално и удобно, колкото и работата с реалния инструмент.
Специалността по технологии и инструменти за измерване и контрол е традиционна и пълна с перспективи за развитие.Твърди се, че е традиционен, защото има древен произход, претърпял е стотици години развитие и е играл важна роля в социалното развитие.Като традиционна специалност, той включва много дисциплини едновременно, което го прави все още да има силна жизненост.
С по-нататъшното развитие на съвременните технологии за измерване и контрол, електронните информационни технологии и компютърните технологии, това постави началото на нова възможност за иновации и развитие, което със сигурност ще доведе до все повече и повече критични приложения в различни области.
Време на публикуване: 21 ноември 2022 г