Teknologi dan instrumen pengukuran dan kawalan ialah teori dan teknologi yang mengkaji pemerolehan dan pemprosesan maklumat dan kawalan elemen berkaitan.“Teknologi dan instrumen pengukuran dan kawalan” merujuk kepada cara dan peralatan untuk pengumpulan maklumat, pengukuran, penyimpanan, penghantaran, pemprosesan dan kawalan, termasuk teknologi pengukuran, teknologi kawalan dan instrumen serta sistem yang melaksanakan teknologi ini.
Teknologi Pengukuran dan Kawalan
Teknologi dan instrumen pengukuran dan kawalan adalah berdasarkan mesin ketepatan, teknologi elektronik, optik, kawalan automatik dan teknologi komputer.Ia terutamanya mengkaji prinsip, kaedah dan proses baharu pelbagai ujian ketepatan dan teknologi kawalan.Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi komputer telah memainkan peranan yang semakin penting dalam penyelidikan aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan.
Teknologi pengukuran dan kawalan adalah teknologi aplikasi yang digunakan secara langsung untuk pengeluaran dan kehidupan, dan aplikasinya meliputi pelbagai bidang kehidupan sosial seperti "berat pertanian, laut, darat dan udara, makanan dan pakaian".Teknologi instrumentasi ialah "pengganda" ekonomi negara, "pegawai pertama" penyelidikan saintifik, "kuasa tempur" dalam tentera, dan "hakim terwujud" dalam peraturan undang-undang.Teknologi ujian dan kawalan berkomputer serta instrumen dan sistem kawalan dan pengukuran yang pintar dan tepat adalah simbol dan cara penting dalam bidang pengeluaran perindustrian dan pertanian moden, penyelidikan saintifik dan teknologi, pengurusan, pemeriksaan dan pemantauan, dan memainkan peranan yang semakin penting.
Aplikasi Teknologi Pengukuran dan Kawalan dan Teknologi Instrumentasi
Teknologi pengukuran dan kawalan ialah teknologi gunaan, yang digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang industri, pertanian, pengangkutan, pelayaran, penerbangan, ketenteraan, kuasa elektrik dan kehidupan awam.Dengan perkembangan teknologi pengeluaran, teknologi pengukuran dan kawalan memainkan peranan penting dalam teknologi kawalan daripada kawalan awal satu dan peralatannya, kepada kawalan keseluruhan proses, dan juga sistem, terutamanya dalam teknologi canggih masa kini. dalam bidang sains dan teknologi moden.
Dalam industri metalurgi, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: kawalan relau letupan panas, kawalan pengecasan dan kawalan relau letupan dalam proses pembuatan besi, kawalan tekanan, kawalan kelajuan kilang penggelek, kawalan gegelung, dsb. dalam proses penggelek keluli, dan pelbagai instrumen pengesanan yang digunakan di dalamnya.
Dalam industri kuasa elektrik, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk sistem kawalan pembakaran dandang, pemantauan automatik, perlindungan automatik, pelarasan automatik dan sistem kawalan program automatik turbin stim, dan sistem kawalan input dan output kuasa enjin.
Dalam industri arang batu, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: instrumen pembalakan metana arang batu dalam proses perlombongan arang batu, instrumen pengesan komposisi udara lombong, pengesan gas lombong, sistem pemantauan keselamatan bawah tanah, dsb., kawalan proses pelindapkejutan kok dan kawalan pemulihan gas dalam proses penapisan arang batu, kawalan proses penapisan, kawalan penghantaran jentera pengeluaran, dll.
Dalam industri petroleum, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: pengesan magnet, meter kandungan air, tolok tekanan dan alat pengukur lain yang menyokong teknologi pembalakan dalam proses pengeluaran minyak, sistem bekalan kuasa, sistem bekalan air, sistem bekalan stim, sistem bekalan gas , Sistem penyimpanan dan pengangkutan dan tiga sistem rawatan sisa dan instrumen pengesanan untuk sejumlah besar parameter dalam proses pengeluaran berterusan.
Dalam industri kimia, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: pengukuran suhu, pengukuran aliran, pengukuran paras cecair, kepekatan, keasidan, kelembapan, ketumpatan, kekeruhan, nilai kalori dan pelbagai komponen gas bercampur.Instrumen kawalan yang kerap mengawal parameter terkawal, dsb.
Dalam industri jentera, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: alat mesin kawalan digital ketepatan, barisan pengeluaran automatik, robot industri, dsb.
Dalam industri aeroangkasa, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: pengukuran parameter seperti ketinggian penerbangan pesawat, kelajuan penerbangan, keadaan dan arah penerbangan, pecutan, beban lampau dan keadaan enjin, teknologi kenderaan aeroangkasa, teknologi kapal angkasa, dan pengukuran aeroangkasa. dan teknologi kawalan.Tunggu.
Dalam peralatan ketenteraan, aplikasi teknologi pengukuran dan kawalan termasuk: senjata berpandukan ketepatan, peluru pintar, sistem arahan automasi ketenteraan (sistem C4IRS), peralatan ketenteraan angkasa lepas (seperti pelbagai peninjauan tentera, komunikasi, amaran awal, satelit navigasi, dll. .).
Pembentukan dan Pembangunan Teknologi Pengukuran dan Kawalan
Fakta sejarah perkembangan sains dan teknologi Sejarah pemahaman manusia dan transformasi alam juga merupakan bahagian penting dalam sejarah tamadun manusia.Perkembangan sains dan teknologi terlebih dahulu bergantung kepada perkembangan teknologi pengukuran.Sains semula jadi moden bermula dengan pengukuran dalam erti kata sebenar.Ramai saintis cemerlang bermimpi untuk menjadi pencipta instrumen saintifik dan pengasas kaedah pengukuran.Kemajuan teknologi pengukuran secara langsung memacu kemajuan sains dan teknologi.
Revolusi teknologi pertama
Pada abad ke-17 dan ke-18, teknologi pengukuran dan kawalan mula muncul.Beberapa ahli fizik di Eropah mula menggunakan kuasa arus dan medan magnet untuk membuat galvanometer mudah, dan menggunakan kanta optik untuk membuat teleskop, dengan itu meletakkan asas untuk instrumen elektrik dan optik.Pada tahun 1760-an, revolusi saintifik dan teknologi pertama bermula di United Kingdom.Sehingga abad ke-19, revolusi saintifik dan teknologi pertama berkembang ke Eropah, Amerika, dan Jepun.Dalam tempoh ini, beberapa alat pengukur mudah, seperti instrumen untuk mengukur panjang, suhu, tekanan, dsb., telah digunakan.Dalam kehidupan, produktiviti yang besar telah dicipta.
Revolusi teknologi kedua
Satu siri perkembangan dalam bidang elektromagnetisme pada awal abad ke-19 mencetuskan revolusi teknologi kedua.Kerana ciptaan instrumen untuk mengukur arus, elektromagnetisme dengan cepat diletakkan di landasan yang betul, dan satu demi satu penemuan berkembang.Banyak ciptaan dalam bidang elektromagnetisme, seperti telegraf, telefon, penjana, dan lain-lain, menyumbang kepada kedatangan zaman elektrik.Pada masa yang sama, pelbagai instrumen lain untuk pengukuran dan pemerhatian juga muncul, seperti teodolit kelas pertama ketepatan yang digunakan untuk pengukuran ketinggian sebelum tahun 1891.
Revolusi teknologi ketiga
Selepas Perang Dunia II, keperluan mendesak untuk teknologi tinggi di pelbagai negara menggalakkan transformasi teknologi pengeluaran daripada mekanisasi am kepada elektrifikasi dan automasi, dan satu siri kejayaan besar dalam penyelidikan teori saintifik telah dibuat.
Dalam tempoh ini, industri pembuatan yang diwakili oleh produk elektromekanikal mula berkembang secara industri.Ciri-ciri pengeluaran besar-besaran produk ialah operasi kitaran dan operasi aliran.Untuk menjadikannya automatik, ia diperlukan untuk mengesan kedudukan bahan kerja secara automatik semasa peringkat penyingkiran pemprosesan dan pengeluaran., saiz, bentuk, postur atau prestasi, dsb. Untuk tujuan ini, sejumlah besar peranti pengukuran dan kawalan diperlukan.Sebaliknya, kebangkitan industri kimia dengan petroleum sebagai bahan mentah memerlukan sejumlah besar instrumen pengukuran dan kawalan.Instrumentasi automatik mula diseragamkan, dan sistem kawalan automatik dibentuk atas permintaan.Pada masa yang sama, alat mesin CNC dan teknologi robot juga dilahirkan dalam tempoh ini, di mana teknologi pengukuran dan kawalan serta instrumen mempunyai aplikasi penting.
Dengan perkembangan sains dan teknologi, instrumentasi telah menjadi alat teknikal yang amat diperlukan untuk pengukuran, kawalan dan automasi, bermula daripada pengukuran dan pemerhatian yang mudah.Bagi memenuhi keperluan pelbagai aspek, instrumentasi telah berkembang daripada bidang aplikasi tradisional kepada bidang aplikasi bukan tradisional seperti bioperubatan, persekitaran ekologi, dan biokejuruteraan.
Sejak abad ke-21, sejumlah besar pencapaian teknologi terkini, seperti hasil penyelidikan jentera ketepatan skala nano, hasil penyelidikan kimia moden peringkat molekul, hasil penyelidikan biologi peringkat gen, dan penyelidikan bahan fungsi khas berprestasi tinggi berketepatan tinggi. keputusan dan global Keputusan popularisasi dan aplikasi teknologi rangkaian telah keluar satu demi satu, yang merupakan perubahan asas dalam bidang instrumentasi dan menggalakkan kemunculan era baru instrumen berteknologi tinggi dan pintar.
Penderia dalam sistem pengukuran dan kawalan
Sistem pengukuran dan kawalan am terdiri daripada penderia, penukar perantaraan dan perakam paparan.Penderia mengesan dan menukar kuantiti fizik yang diukur kepada kuantiti fizik yang diukur.Penukar perantaraan menganalisis, memproses dan menukar output penderia kepada isyarat yang boleh diterima oleh instrumen seterusnya, dan mengeluarkannya kepada sistem lain, atau diukur oleh perakam paparan.Keputusan dipaparkan dan direkodkan.
Penderia adalah pautan pertama sistem pengukuran.Bagi sistem kawalan, jika komputer dibandingkan dengan otak, maka sensor adalah setara dengan lima deria, yang secara langsung mempengaruhi ketepatan kawalan sistem.
Penderia biasanya terdiri daripada elemen sensitif, fail penukaran dan litar penukaran.Nilai yang diukur secara langsung dirasai oleh unsur sensitif, dan perubahan nilai parameter tertentu itu sendiri mempunyai hubungan yang pasti dengan perubahan nilai yang diukur, dan parameter ini mudah diukur dan dikeluarkan;maka output unsur sensitif ditukarkan kepada parameter elektrik oleh elemen penukaran;Akhir sekali, litar penukaran menguatkan output parameter elektrik oleh elemen penukaran dan menukarnya menjadi isyarat elektrik berguna yang mudah untuk paparan, rakaman, pemprosesan dan kawalan.
Situasi Semasa dan Perkembangan Penderia Baharu
Teknologi penderiaan adalah salah satu teknologi tinggi yang paling pesat membangun di dunia hari ini.Sensor baharu bukan sahaja mengejar ketepatan tinggi, julat besar, kebolehpercayaan tinggi dan penggunaan kuasa yang rendah, tetapi juga berkembang ke arah penyepaduan, pengecilan, pendigitalan dan kecerdasan.
1. Pintar
Kepintaran sensor merujuk kepada gabungan fungsi penderia konvensional dan fungsi komputer atau komponen lain untuk membentuk perhimpunan bebas, yang bukan sahaja mempunyai fungsi pengambilan maklumat dan penukaran isyarat, tetapi juga mempunyai keupayaan pemprosesan data. , analisis pampasan dan membuat keputusan.
2. Rangkaian
Rangkaian sensor adalah untuk membolehkan sensor mempunyai fungsi menyambung dengan rangkaian komputer, untuk merealisasikan penghantaran maklumat jarak jauh dan keupayaan pemprosesan, iaitu, untuk merealisasikan pengukuran "over-the-horizon" pengukuran dan sistem kawalan.
3. Pengecilan
Nilai pengecilan penderia sangat mengurangkan kelantangan penderia dengan syarat fungsi itu tidak berubah atau dipertingkatkan.Pengecilan ialah keperluan pengukuran dan kawalan ketepatan moden.Pada dasarnya, lebih kecil saiz sensor, lebih kecil kesan pada objek yang diukur dan alam sekitar, lebih sedikit penggunaan tenaga, dan lebih mudah untuk mencapai ukuran yang tepat.
4. Integrasi
Penyepaduan penderia merujuk kepada penyepaduan dua arah berikut:
(1) Penyepaduan berbilang parameter pengukuran boleh mengukur berbilang parameter.
(2) Penyepaduan litar penderiaan dan seterusnya, iaitu penyepaduan komponen sensitif, komponen penukaran, litar penukaran dan juga bekalan kuasa pada cip yang sama, supaya ia mempunyai prestasi tinggi.
5. Pendigitalan
Nilai digital sensor ialah output maklumat oleh sensor adalah kuantiti digital, yang boleh merealisasikan penghantaran jarak jauh dan berketepatan tinggi, dan boleh disambungkan ke peralatan pemprosesan digital seperti komputer tanpa pautan perantaraan.
Penyepaduan, kecerdasan, pengecilan, rangkaian dan pendigitalan penderia tidak bebas, tetapi saling melengkapi dan saling berkaitan, dan tiada sempadan yang jelas di antara mereka.
Teknologi Kawalan dalam Sistem Pengukuran dan Kawalan
Teori Kawalan Asas
1. Teori kawalan klasik
Teori kawalan klasik merangkumi tiga bahagian: teori kawalan linear, teori kawalan pensampelan, dan teori kawalan bukan linear.Sibernetik klasik mengambil transformasi Laplace dan transformasi Z sebagai alat matematik, dan mengambil sistem tetap linear input tunggal-output tunggal sebagai objek penyelidikan utama.Persamaan pembezaan yang menerangkan sistem diubah menjadi domain nombor kompleks oleh transformasi Laplace atau transformasi Z, dan fungsi pemindahan sistem diperolehi.Dan berdasarkan fungsi pemindahan, kaedah penyelidikan trajektori dan kekerapan, memfokuskan pada menganalisis kestabilan dan ketepatan keadaan mantap sistem kawalan maklum balas.
2. Teori Kawalan Moden
Teori kawalan moden adalah teori kawalan berdasarkan kaedah ruang keadaan, yang merupakan komponen utama teori kawalan automatik.Dalam teori kawalan moden, analisis dan reka bentuk sistem kawalan terutamanya dijalankan dengan menerangkan pembolehubah keadaan sistem, dan kaedah asas ialah kaedah domain masa.Teori kawalan moden boleh menangani masalah kawalan yang lebih luas daripada teori kawalan klasik, termasuk sistem linear dan tak linear, sistem pegun dan pembolehubah masa, sistem pembolehubah tunggal dan sistem berbilang pembolehubah.Kaedah dan algoritma yang diguna pakainya juga lebih sesuai untuk komputer digital.Teori kawalan moden juga menawarkan kemungkinan untuk mereka bentuk dan membina sistem kawalan optimum dengan penunjuk prestasi tertentu.
Sistem kawalan
Sistem kawalan terdiri daripada peranti kawalan (termasuk pengawal, penggerak dan penderia) dan objek terkawal.Peranti kawalan boleh menjadi orang atau mesin, yang merupakan perbezaan antara kawalan automatik dan kawalan manual.Bagi sistem kawalan automatik, mengikut prinsip kawalan yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada sistem kawalan gelung terbuka dan sistem kawalan gelung tertutup;mengikut klasifikasi isyarat yang diberikan, ia boleh dibahagikan kepada sistem kawalan nilai malar, sistem kawalan susulan dan sistem kawalan program.
Teknologi instrumen maya
Alat pengukur merupakan bahagian penting dalam sistem pengukuran dan kawalan, yang terbahagi kepada dua jenis: instrumen bebas dan instrumen maya.
Instrumen bebas mengumpul, memproses dan mengeluarkan isyarat instrumen dalam casis bebas, mempunyai panel operasi dan pelbagai port, dan semua fungsi wujud dalam bentuk perkakasan atau perisian tegar, yang menentukan bahawa instrumen bebas hanya boleh ditakrifkan oleh Pengeluar., lesen, yang tidak boleh diubah oleh pengguna.
Instrumen maya melengkapkan analisis dan pemprosesan isyarat, ekspresi dan output hasil pada komputer, atau memasukkan kad pemerolehan data pada komputer, dan mengalih keluar tiga bahagian instrumen pada komputer, yang menembusi tradisional instrumen.had.
Ciri Teknikal Instrumen Maya
1. Fungsi berkuasa, menyepadukan sokongan perkakasan berkuasa komputer, menembusi batasan instrumen tradisional dalam pemprosesan, paparan dan penyimpanan.Konfigurasi standard ialah: pemproses berprestasi tinggi, paparan resolusi tinggi, cakera keras berkapasiti besar.
2. Sumber perisian komputer merealisasikan perisianisasi beberapa perkakasan mesin, menjimatkan sumber bahan, dan meningkatkan fleksibiliti sistem;melalui algoritma berangka yang sepadan, pelbagai analisis dan pemprosesan data ujian boleh dilakukan secara langsung dalam masa nyata;melalui teknologi antara muka GUI (antara muka pengguna grafik) untuk benar-benar mencapai antara muka mesra dan interaksi manusia-komputer.
3. Memandangkan bas komputer dan bas instrumen modular, perkakasan instrumen dimodulatkan dan bersiri, yang sangat mengurangkan saiz sistem dan memudahkan pembinaan instrumen modular.
Komposisi sistem instrumen maya
Instrumen maya terdiri daripada peranti perkakasan dan antara muka, perisian pemacu peranti dan panel instrumen maya.Antaranya, peranti perkakasan dan antara muka boleh terdiri daripada pelbagai kad fungsi terbina dalam berasaskan PC, kad antara muka bas antara muka universal, port bersiri, antara muka instrumen bas VXI, dsb., atau lain-lain pelbagai peralatan ujian luaran boleh diprogramkan, Perisian pemacu peranti adalah program pemacu yang mengawal secara langsung pelbagai antara muka perkakasan.Instrumen maya berkomunikasi dengan sistem instrumen sebenar melalui perisian pemacu peranti asas, dan memaparkan elemen operasi sepadan panel instrumen sebenar pada skrin komputer dalam bentuk panel instrumen maya.Pelbagai kawalan.Pengguna mengendalikan panel instrumen maya dengan tetikus sama nyata dan mudah seperti mengendalikan instrumen sebenar.
Teknologi pengukuran dan kawalan serta instrumen utama adalah tradisional dan penuh dengan prospek pembangunan.Ia dikatakan tradisional kerana mempunyai asal usul kuno, telah mengalami pembangunan ratusan tahun, dan memainkan peranan penting dalam pembangunan sosial.Sebagai jurusan tradisional, ia melibatkan banyak disiplin pada masa yang sama, yang menjadikannya masih mempunyai daya hidup yang kuat.
Dengan perkembangan selanjutnya teknologi pengukuran dan kawalan moden, teknologi maklumat elektronik dan teknologi komputer, ia telah membawa peluang baharu untuk inovasi dan pembangunan, yang pastinya akan menghasilkan lebih banyak aplikasi kritikal dalam pelbagai bidang.
Masa siaran: Nov-21-2022