Comprendere la tecnologia di misurazione e controllo e la tecnologia della strumentazione

La tecnologia e lo strumento di misurazione e controllo è una teoria e una tecnologia che studia l'acquisizione e l'elaborazione delle informazioni e il controllo degli elementi correlati."Tecnologia e strumenti di misurazione e controllo" si riferisce ai mezzi e alle apparecchiature per la raccolta, la misurazione, l'archiviazione, la trasmissione, l'elaborazione e il controllo delle informazioni, inclusa la tecnologia di misurazione, la tecnologia di controllo e gli strumenti e i sistemi che implementano queste tecnologie.

Tecnologia di misurazione e controllo
La tecnologia e gli strumenti di misurazione e controllo si basano su macchinari di precisione, tecnologia elettronica, ottica, controllo automatico e tecnologia informatica.Studia principalmente nuovi principi, metodi e processi di vari test di precisione e tecnologie di controllo.Negli ultimi anni, la tecnologia informatica ha svolto un ruolo sempre più importante nella ricerca applicativa della tecnologia di misura e controllo.
La tecnologia di misurazione e controllo è una tecnologia applicativa direttamente applicata alla produzione e alla vita, e la sua applicazione copre vari campi della vita sociale come "il peso dell'agricoltura, del mare, della terra e dell'aria, del cibo e dell'abbigliamento".La tecnologia strumentale è il "moltiplicatore" dell'economia nazionale, il "primo ufficiale" della ricerca scientifica, il "potere di combattimento" nell'esercito e il "giudice materializzato" nelle normative legali.La tecnologia computerizzata di prova e controllo e gli strumenti e i sistemi di misurazione e controllo intelligenti e precisi sono simboli e mezzi importanti nei campi della moderna produzione industriale e agricola, della ricerca scientifica e tecnologica, della gestione, dell'ispezione e del monitoraggio e stanno svolgendo un ruolo sempre più importante.

Applicazione della tecnologia di misurazione e controllo e tecnologia della strumentazione
La tecnologia di misurazione e controllo è una tecnologia applicata, ampiamente utilizzata in vari settori dell'industria, dell'agricoltura, dei trasporti, della navigazione, dell'aviazione, dell'esercito, dell'energia elettrica e della vita civile.Con lo sviluppo della tecnologia di produzione, la tecnologia di misurazione e controllo gioca un ruolo fondamentale nella tecnologia di controllo dal controllo iniziale di un singolo e delle sue apparecchiature, al controllo dell'intero processo e persino del sistema, soprattutto nella tecnologia all'avanguardia di oggi nel campo della scienza e della tecnologia moderne.
Nell'industria metallurgica, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: controllo dell'altoforno caldo, controllo della carica e controllo dell'altoforno nel processo di produzione del ferro, controllo della pressione, controllo della velocità del laminatoio, controllo della bobina, ecc. nel processo di laminazione dell'acciaio e vari strumenti di rilevamento utilizzati al suo interno.
Nel settore dell'energia elettrica, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende il sistema di controllo della combustione della caldaia, il monitoraggio automatico, la protezione automatica, la regolazione automatica e il sistema di controllo automatico del programma della turbina a vapore e il sistema di controllo della potenza in ingresso e in uscita della il motore.
Nell'industria del carbone, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: strumento di registrazione del metano del letto di carbone nel processo di estrazione del carbone, strumento di rilevamento della composizione dell'aria della miniera, rilevatore di gas di miniera, sistema di monitoraggio della sicurezza sotterranea, ecc., controllo del processo di estinzione del coke e controllo del recupero del gas in processo di raffinazione del carbone, controllo del processo di raffinazione, controllo della trasmissione dei macchinari di produzione, ecc.
Nell'industria petrolifera, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: localizzatore magnetico, misuratore del contenuto d'acqua, manometro e altri strumenti di misurazione che supportano la tecnologia di registrazione nel processo di produzione di petrolio, sistema di alimentazione elettrica, sistema di approvvigionamento idrico, sistema di alimentazione del vapore, sistema di alimentazione del gas , Sistema di stoccaggio e trasporto e tre sistemi di trattamento dei rifiuti e gli strumenti di rilevamento per un gran numero di parametri nel processo di produzione continuo.
Nell'industria chimica, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: misurazione della temperatura, misurazione del flusso, misurazione del livello del liquido, concentrazione, acidità, umidità, densità, torbidità, potere calorifico e vari componenti di gas miscelati.Strumenti di controllo che controllano regolarmente i parametri controllati, ecc.
Nell'industria dei macchinari, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: macchine utensili a controllo digitale di precisione, linee di produzione automatiche, robot industriali, ecc.
Nell'industria aerospaziale, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: la misurazione di parametri come l'altitudine di volo dell'aeromobile, la velocità di volo, lo stato e la direzione del volo, l'accelerazione, il sovraccarico e lo stato del motore, la tecnologia dei veicoli aerospaziali, la tecnologia dei veicoli spaziali e la misurazione aerospaziale e tecnologia di controllo.Aspettare.
Nell'equipaggiamento militare, l'applicazione della tecnologia di misurazione e controllo comprende: armi a guida di precisione, munizioni intelligenti, sistema di comando di automazione militare (sistema C4IRS), equipaggiamento militare dello spazio esterno (come varie ricognizioni militari, comunicazione, preallarme, satelliti di navigazione, ecc. .).

Formazione e sviluppo della tecnologia di misurazione e controllo
I fatti storici dello sviluppo della scienza e della tecnologia La storia della comprensione umana e della trasformazione della natura è anche una parte importante della storia della civiltà umana.Lo sviluppo della scienza e della tecnologia dipende in primo luogo dallo sviluppo della tecnologia di misurazione.La scienza naturale moderna inizia con la misurazione nel vero senso della parola.Molti scienziati eccezionali sognano di essere inventori di strumenti scientifici e fondatori di metodi di misurazione.Il progresso della tecnologia di misurazione guida direttamente il progresso della scienza e della tecnologia.
La prima rivoluzione tecnologica
Nel 17° e 18° secolo cominciava ad emergere la tecnologia di misurazione e controllo.Alcuni fisici in Europa iniziarono a utilizzare la forza della corrente e del campo magnetico per realizzare semplici galvanometri e utilizzare lenti ottiche per realizzare telescopi, gettando così le basi per strumenti elettrici e ottici.Nel 1760 iniziò nel Regno Unito la prima rivoluzione scientifica e tecnologica.Fino al XIX secolo, la prima rivoluzione scientifica e tecnologica si espanse in Europa, America e Giappone.Durante questo periodo sono stati utilizzati alcuni semplici strumenti di misura, come strumenti per misurare la lunghezza, la temperatura, la pressione, ecc.Nella vita è stata creata un'enorme produttività.

La seconda rivoluzione tecnologica
Una serie di sviluppi nel campo dell'elettromagnetismo all'inizio del XIX secolo ha innescato la seconda rivoluzione tecnologica.A causa dell'invenzione dello strumento per misurare la corrente, l'elettromagnetismo è stato rapidamente messo sulla strada giusta e una scoperta dopo l'altra è cresciuta.Molte invenzioni nel campo dell'elettromagnetismo, come il telegrafo, il telefono, il generatore, ecc., Contribuirono all'arrivo dell'era elettrica.Allo stesso tempo, stanno emergendo anche vari altri strumenti per la misurazione e l'osservazione, come il teodolite di precisione di prima classe utilizzato per la misurazione dell'elevazione prima del 1891.

La terza rivoluzione tecnologica
Dopo la seconda guerra mondiale, l'urgente necessità di alta tecnologia in vari paesi ha promosso la trasformazione della tecnologia di produzione dalla meccanizzazione generale all'elettrificazione e all'automazione, e sono state fatte una serie di importanti scoperte nella ricerca teorica scientifica.
In questo periodo inizia a svilupparsi industrialmente l'industria manifatturiera rappresentata dai prodotti elettromeccanici.Le caratteristiche della produzione di massa dei prodotti sono le operazioni cicliche e le operazioni di flusso.Per renderle automatiche è necessario rilevare automaticamente la posizione del pezzo durante la fase di eliminazione della lavorazione e della produzione., dimensione, forma, postura o prestazioni, ecc. A tal fine, è necessario un gran numero di dispositivi di misurazione e controllo.D'altra parte, l'ascesa dell'industria chimica con il petrolio come materia prima richiede un gran numero di strumenti di misurazione e controllo.La strumentazione automatizzata iniziò a essere standardizzata e su richiesta fu formato un sistema di controllo automatico.Parallelamente in questo periodo sono nate anche le macchine utensili a controllo numerico e la tecnologia dei robot, in cui la tecnologia e gli strumenti di misura e controllo hanno importanti applicazioni.
Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, la strumentazione è diventata uno strumento tecnico indispensabile per la misurazione, il controllo e l'automazione, a partire dalla semplice misurazione e osservazione.Per soddisfare le esigenze di vari aspetti, la strumentazione si è espansa dai campi di applicazione tradizionali a campi di applicazione non tradizionali come la biomedicina, l'ambiente ecologico e la bioingegneria.
Dal 21 ° secolo, un gran numero di risultati tecnologici più recenti, come i risultati della ricerca sui macchinari di precisione su nanoscala, i risultati della ricerca chimica moderna a livello molecolare, i risultati della ricerca biologica a livello genetico e la ricerca sui materiali funzionali speciali ultraprecisi ad alta precisione risultati e globali I risultati della divulgazione e dell'applicazione della tecnologia di rete sono emersi uno dopo l'altro, il che rappresenta un cambiamento fondamentale nel campo della strumentazione e promuove l'avvento di una nuova era di strumenti high-tech e intelligenti.

Sensori nei sistemi di misura e controllo
Il sistema generale di misurazione e controllo è costituito da sensori, convertitori intermedi e registratori di visualizzazione.Il sensore rileva e converte la grandezza fisica misurata nella grandezza fisica misurata.Il convertitore intermedio analizza, elabora e converte l'uscita del sensore in un segnale che può essere accettato dallo strumento successivo e lo invia ad altri sistemi o viene misurato dal registratore del display.I risultati vengono visualizzati e registrati.
Il sensore è il primo collegamento del sistema di misurazione.Per il sistema di controllo, se il computer viene confrontato con il cervello, il sensore equivale ai cinque sensi, che influenzano direttamente l'accuratezza del controllo del sistema.
Il sensore è generalmente composto da elementi sensibili, file di conversione e circuiti di conversione.Il valore misurato viene percepito direttamente dall'elemento sensibile e il cambiamento di un certo valore di parametro ha di per sé una relazione definita con il cambiamento del valore misurato e questo parametro è facile da misurare e produrre;quindi l'uscita dell'elemento sensibile viene convertita in un parametro elettrico dall'elemento di conversione;Infine, il circuito di conversione amplifica i parametri elettrici emessi dall'elemento di conversione e li converte in segnali elettrici utili che sono convenienti per la visualizzazione, la registrazione, l'elaborazione e il controllo.
Situazione attuale e sviluppo di nuovi sensori
La tecnologia di rilevamento è oggi una delle high-tech in più rapido sviluppo nel mondo.Il nuovo sensore non solo persegue alta precisione, ampia portata, alta affidabilità e basso consumo energetico, ma si sviluppa anche verso l'integrazione, la miniaturizzazione, la digitalizzazione e l'intelligenza.

1. Intelligente
L'intelligenza del sensore si riferisce alla combinazione delle funzioni dei sensori convenzionali e delle funzioni dei computer o di altri componenti per formare un gruppo indipendente, che non solo ha le funzioni di raccolta delle informazioni e conversione del segnale, ma ha anche la capacità di elaborazione dei dati , analisi retributiva e processo decisionale.

2. Rete
Il collegamento in rete del sensore serve a consentire al sensore di avere la funzione di collegamento con la rete di computer, per realizzare la trasmissione delle informazioni a lunga distanza e la capacità di elaborazione, ovvero per realizzare la misurazione "oltre l'orizzonte" della misurazione e sistema di controllo.

3. Miniaturizzazione
Il valore di miniaturizzazione del sensore riduce notevolmente il volume del sensore a condizione che la funzione sia invariata o addirittura potenziata.La miniaturizzazione è il requisito della moderna misurazione e controllo di precisione.In linea di principio, minore è la dimensione del sensore, minore è l'impatto sull'oggetto misurato e sull'ambiente, minore è il consumo di energia e più facile è ottenere misurazioni accurate.

4. Integrazione
L'integrazione dei sensori si riferisce all'integrazione delle seguenti due direzioni:
(1) L'integrazione di più parametri di misurazione può misurare più parametri.
(2) L'integrazione di circuiti di rilevamento e successivi, ovvero l'integrazione di componenti sensibili, componenti di conversione, circuiti di conversione e persino alimentatori sullo stesso chip, in modo che abbia prestazioni elevate.

5. Digitalizzazione
Il valore digitale del sensore è che le informazioni emesse dal sensore sono una quantità digitale, che può realizzare una trasmissione a lunga distanza e ad alta precisione e può essere collegata ad apparecchiature di elaborazione digitale come un computer senza collegamenti intermedi.
L'integrazione, l'intelligenza, la miniaturizzazione, la messa in rete e la digitalizzazione dei sensori non sono indipendenti, ma complementari e interconnessi, e non esiste un confine netto tra loro.
Tecnologia di controllo nel sistema di misurazione e controllo

Teoria di base del controllo
1. Teoria classica del controllo
La teoria del controllo classica comprende tre parti: teoria del controllo lineare, teoria del controllo del campionamento e teoria del controllo non lineare.La cibernetica classica prende la trasformata di Laplace e la trasformata Z come strumenti matematici e prende il sistema lineare a ingresso singolo e uscita singola come principale oggetto di ricerca.L'equazione differenziale che descrive il sistema viene trasformata nel dominio dei numeri complessi mediante trasformata di Laplace o trasformata Z e si ottiene la funzione di trasferimento del sistema.E basato sulla funzione di trasferimento, un metodo di ricerca di traiettoria e frequenza, incentrato sull'analisi della stabilità e dell'accuratezza dello stato stazionario del sistema di controllo del feedback.

2. Teoria moderna del controllo
La moderna teoria del controllo è una teoria del controllo basata sul metodo dello spazio degli stati, che è un componente principale della teoria del controllo automatico.Nella moderna teoria del controllo, l'analisi e la progettazione del sistema di controllo vengono eseguite principalmente descrivendo le variabili di stato del sistema e il metodo di base è il metodo del dominio del tempo.La moderna teoria del controllo può affrontare una gamma molto più ampia di problemi di controllo rispetto alla teoria del controllo classica, inclusi sistemi lineari e non lineari, sistemi stazionari e variabili nel tempo, sistemi a variabile singola e sistemi a più variabili.I metodi e gli algoritmi che adotta sono anche più adatti ai computer digitali.La moderna teoria del controllo offre anche la possibilità di progettare e costruire sistemi di controllo ottimali con indicatori di prestazione specificati.

Sistema di controllo
Il sistema di controllo è composto da dispositivi di controllo (inclusi controller, attuatori e sensori) e oggetti controllati.Il dispositivo di controllo può essere una persona o una macchina, che è la differenza tra controllo automatico e controllo manuale.Per il sistema di controllo automatico, secondo i diversi principi di controllo, può essere suddiviso in sistema di controllo ad anello aperto e sistema di controllo ad anello chiuso;in base alla classificazione dei segnali dati, può essere suddiviso in sistema di controllo del valore costante, sistema di controllo di follow-up e sistema di controllo del programma.

Tecnologia degli strumenti virtuali
Lo strumento di misura è una parte importante del sistema di misura e controllo, che è diviso in due tipi: strumento indipendente e strumento virtuale.
Lo strumento indipendente raccoglie, elabora ed emette il segnale dello strumento in uno chassis indipendente, ha un pannello operativo e varie porte e tutte le funzioni esistono sotto forma di hardware o firmware, il che determina che lo strumento indipendente può essere definito solo da il produttore., licenza, che l'utente non può modificare.
Lo strumento virtuale completa l'analisi e l'elaborazione del segnale, l'espressione e l'output del risultato sul computer, oppure inserisce la scheda di acquisizione dati sul computer e rimuove le tre parti dello strumento sul computer, che rompe il tradizionale strumenti.limitazione.

Caratteristiche Tecniche degli Strumenti Virtuali
1. Potenti funzioni, che integrano il potente supporto hardware dei computer, superando i limiti degli strumenti tradizionali di elaborazione, visualizzazione e archiviazione.La configurazione standard è: processore ad alte prestazioni, display ad alta risoluzione, hard disk di grande capacità.
2. Le risorse software del computer realizzano la softwareizzazione di alcuni hardware della macchina, risparmiano risorse materiali e migliorano la flessibilità del sistema;attraverso corrispondenti algoritmi numerici, varie analisi ed elaborazioni dei dati di test possono essere eseguite direttamente in tempo reale;attraverso la tecnologia GUI (interfaccia utente grafica) per ottenere veramente un'interfaccia amichevole e un'interazione uomo-computer.
3. Dato il bus del computer e il bus dello strumento modulare, l'hardware dello strumento è modularizzato e serializzato, il che riduce notevolmente le dimensioni del sistema e facilita la costruzione di strumenti modulari.
La composizione del sistema di strumenti virtuali
Lo strumento virtuale è costituito da dispositivi e interfacce hardware, software del driver del dispositivo e pannello strumenti virtuale.Tra questi, i dispositivi e le interfacce hardware possono essere varie schede funzione integrate basate su PC, schede di interfaccia bus di interfaccia universali, porte seriali, interfacce strumento bus VXI, ecc., o altre varie apparecchiature di test esterne programmabili, Il software del driver del dispositivo è un programma driver che controlla direttamente varie interfacce hardware.Lo strumento virtuale comunica con il sistema di strumenti reali tramite il software del driver del dispositivo sottostante e visualizza gli elementi operativi corrispondenti del quadro strumenti reale sullo schermo del computer sotto forma di quadro strumenti virtuale.Vari controlli.L'utente utilizza il pannello dello strumento virtuale con il mouse in modo reale e comodo come utilizzare lo strumento reale.
La tecnologia di misura e controllo e strumento principale è un tradizionale e pieno di prospettive di sviluppo.Si dice che sia tradizionale perché ha un'origine antica, ha vissuto centinaia di anni di sviluppo e ha svolto un ruolo importante nello sviluppo sociale.In quanto specializzazione tradizionale, coinvolge molte discipline contemporaneamente, il che gli conferisce ancora una forte vitalità.
Con l'ulteriore sviluppo della moderna tecnologia di misurazione e controllo, tecnologia dell'informazione elettronica e tecnologia informatica, ha inaugurato una nuova opportunità di innovazione e sviluppo, che produrrà sicuramente applicazioni sempre più critiche in vari campi.