Izprast mērīšanas un kontroles tehnoloģiju un instrumentu tehnoloģiju

Mērīšanas un kontroles tehnoloģija un instruments ir teorija un tehnoloģija, kas pēta informācijas iegūšanu un apstrādi un saistīto elementu vadību.“Mērīšanas un kontroles tehnoloģija un instrumenti” attiecas uz līdzekļiem un aprīkojumu informācijas vākšanai, mērīšanai, uzglabāšanai, pārraidei, apstrādei un kontrolei, tostarp mērīšanas tehnoloģiju, vadības tehnoloģiju un instrumentiem un sistēmām, kas ievieš šīs tehnoloģijas.

Mērīšanas un kontroles tehnoloģija
Mērīšanas un kontroles tehnoloģija un instrumenti ir balstīti uz precīzās tehnikas, elektroniskās tehnoloģijas, optiku, automātisko vadību un datortehnoloģiju.Tajā galvenokārt tiek pētīti dažādu precizitātes testēšanas un kontroles tehnoloģiju jauni principi, metodes un procesi.Pēdējos gados datortehnoloģija ieņem arvien lielāku lomu mērīšanas un vadības tehnoloģiju pielietojuma pētījumos.
Mērīšanas un kontroles tehnoloģija ir pielietojuma tehnoloģija, kas tiek tieši pielietota ražošanā un dzīvē, un tās pielietojums aptver dažādas sociālās dzīves jomas, piemēram, "lauksaimniecības, jūras, zemes un gaisa, pārtikas un apģērbu svars".Instrumentu tehnoloģija ir tautsaimniecības “reizinātājs”, zinātniskās izpētes “pirmais virsnieks”, militārajā “kaujas spēks” un “materializētais tiesnesis” tiesiskajā regulējumā.Datorizētas testēšanas un kontroles tehnoloģijas, kā arī inteliģenti un precīzi mērīšanas un kontroles instrumenti un sistēmas ir nozīmīgi simboli un līdzekļi mūsdienu rūpnieciskās un lauksaimniecības ražošanas, zinātniskās un tehnoloģiskās izpētes, vadības, pārbaudes un uzraudzības jomā, un tiem ir arvien lielāka nozīme.

Mērīšanas un kontroles tehnoloģijas un instrumentu tehnoloģijas pielietojums
Mērīšanas un kontroles tehnoloģija ir lietišķa tehnoloģija, ko plaši izmanto dažādās rūpniecības, lauksaimniecības, transporta, navigācijas, aviācijas, militārās, elektroenerģijas un civilās dzīves jomās.Attīstoties ražošanas tehnoloģijām, mērīšanas un kontroles tehnoloģijai ir būtiska nozīme vadības tehnoloģijā, sākot no atsevišķa un tā aprīkojuma sākotnējās kontroles līdz visa procesa un pat sistēmas kontrolei, īpaši mūsdienu progresīvajās tehnoloģijās. mūsdienu zinātnes un tehnoloģiju jomā.
Metalurģijas nozarē mērīšanas un kontroles tehnoloģiju pielietojums ietver: karstās domnas vadību, lādēšanas vadību un domnas vadību dzelzs ražošanas procesā, spiediena kontroli, velmētavas ātruma regulēšanu, ruļļu vadību utt. tērauda velmēšanas procesā, un dažādi tajā izmantotie noteikšanas instrumenti.
Elektroenerģētikas nozarē mērīšanas un kontroles tehnoloģiju pielietojums ietver katla degšanas vadības sistēmu, tvaika turbīnas automātisko uzraudzību, automātisko aizsardzību, automātisko regulēšanu un automātiskās programmas vadības sistēmu, kā arī tvaika turbīnas jaudas ievades un izejas vadības sistēmu. dzinējs.
Ogļu rūpniecībā mērīšanas un kontroles tehnoloģiju pielietojums ietver: ogļu gultnes metāna ieguves instrumentu ogļu ieguves procesā, raktuvju gaisa sastāva noteikšanas instrumentu, raktuvju gāzes detektoru, pazemes drošības uzraudzības sistēmu utt., koksa dzēšanas procesa kontroli un gāzes atgūšanas kontroli ogļu rafinēšanas process, rafinēšanas procesa kontrole, ražošanas mašīnu transmisijas kontrole utt.
Naftas rūpniecībā mērīšanas un kontroles tehnoloģiju pielietojums ietver: magnētisko lokatoru, ūdens satura mērītāju, manometru un citus mērinstrumentus, kas atbalsta mežizstrādes tehnoloģiju naftas ieguves procesā, elektroapgādes sistēmu, ūdens apgādes sistēmu, tvaika apgādes sistēmu, gāzes apgādes sistēmu. , Uzglabāšanas un transportēšanas sistēma un trīs atkritumu apstrādes sistēma un noteikšanas instrumenti lielam skaitam parametru nepārtrauktā ražošanas procesā.
Ķīmiskajā rūpniecībā mērīšanas un kontroles tehnoloģijas pielietojums ietver: temperatūras mērīšanu, plūsmas mērīšanu, šķidruma līmeņa mērīšanu, koncentrāciju, skābumu, mitrumu, blīvumu, duļķainību, siltumspēju un dažādas jauktas gāzes sastāvdaļas.Kontroles instrumenti, kas regulāri kontrolē vadāmos parametrus utt.
Mašīnu nozarē mērīšanas un vadības tehnoloģiju pielietojums ietver: precīzas digitālās vadības darbgaldus, automātiskās ražošanas līnijas, industriālos robotus u.c.
Aviācijas un kosmosa nozarē mērīšanas un kontroles tehnoloģiju pielietojums ietver: tādu parametru mērīšanu kā gaisa kuģa lidojuma augstums, lidojuma ātrums, lidojuma stāvoklis un virziens, paātrinājums, pārslodze un dzinēja stāvoklis, kosmosa transportlīdzekļu tehnoloģija, kosmosa kuģu tehnoloģija un kosmosa mērījumi. un vadības tehnoloģija.Pagaidiet.
Militārajā aprīkojumā mērīšanas un kontroles tehnoloģiju pielietojums ietver: precīzi vadāmus ieročus, viedo munīciju, militārās automatizācijas vadības sistēmu (C4IRS sistēma), kosmosa militāro aprīkojumu (piemēram, dažādas militārās izlūkošanas, sakaru, agrīnās brīdināšanas, navigācijas satelītus u.c. .).

Mērīšanas un kontroles tehnoloģijas veidošanās un attīstība
Zinātnes un tehnikas attīstības vēsturiskie fakti Cilvēka izpratnes un dabas transformācijas vēsture ir arī nozīmīga cilvēces civilizācijas vēstures daļa.Zinātnes un tehnoloģiju attīstība vispirms ir atkarīga no mērīšanas tehnoloģiju attīstības.Mūsdienu dabaszinātnes sākas ar mērīšanu patiesajā nozīmē.Daudzi izcili zinātnieki sapņo būt par zinātnisko instrumentu izgudrotājiem un mērīšanas metožu pamatlicējiem.Mērīšanas tehnoloģiju progress tieši virza zinātnes un tehnoloģiju progresu.
Pirmā tehnoloģiskā revolūcija
17. un 18. gadsimtā sāka parādīties mērīšanas un kontroles tehnoloģija.Daži fiziķi Eiropā sāka izmantot strāvas un magnētiskā lauka spēku, lai izgatavotu vienkāršus galvanometrus, un izmantoja optiskās lēcas, lai izgatavotu teleskopus, tādējādi ieliekot pamatus elektriskiem un optiskiem instrumentiem.1760. gados Apvienotajā Karalistē sākās pirmā zinātniskā un tehnoloģiskā revolūcija.Līdz 19. gadsimtam pirmā zinātniskā un tehnoloģiskā revolūcija paplašinājās Eiropā, Amerikā un Japānā.Šajā periodā ir izmantoti daži vienkārši mērinstrumenti, piemēram, instrumenti garuma, temperatūras, spiediena uc mērīšanai.Dzīvē ir radīta milzīga produktivitāte.

Otrā tehnoloģiskā revolūcija
Virkne notikumu elektromagnētisma jomā 19. gadsimta sākumā izraisīja otro tehnoloģisko revolūciju.Pateicoties strāvas mērīšanas instrumenta izgudrojumam, elektromagnētisms ātri tika ievirzīts pareizajās sliedēs, un atklājās viens pēc otra.Daudzi izgudrojumi elektromagnētisma jomā, piemēram, telegrāfs, telefons, ģenerators utt., veicināja elektriskās laikmeta iestāšanos.Tajā pašā laikā parādās arī dažādi citi mērīšanas un novērošanas instrumenti, piemēram, augstas precizitātes pirmās klases teodolīts, ko izmantoja augstuma mērīšanai pirms 1891. gada.

Trešā tehnoloģiskā revolūcija
Pēc Otrā pasaules kara neatliekamā nepieciešamība pēc augstām tehnoloģijām dažādās valstīs veicināja ražošanas tehnoloģiju pārveidi no vispārējās mehanizācijas uz elektrifikāciju un automatizāciju, un tika gūta virkne nozīmīgu sasniegumu zinātniski teorētiskajos pētījumos.
Šajā periodā rūpnieciski sāka attīstīties elektromehānisko izstrādājumu pārstāvētā apstrādes rūpniecība.Produktu masveida ražošanas raksturojums ir cikliskas darbības un plūsmas darbības.Lai tos padarītu automātiskus, apstrādes un ražošanas likvidēšanas posmā ir nepieciešams automātiski noteikt sagataves atrašanās vietu., izmērs, forma, poza vai veiktspēja utt. Šim nolūkam ir nepieciešams liels skaits mērīšanas un kontroles ierīču.No otras puses, ķīmiskās rūpniecības izaugsmei ar naftu kā izejvielu ir nepieciešams liels skaits mērīšanas un kontroles instrumentu.Sāka standartizēt automatizētos instrumentus, un pēc pieprasījuma tika izveidota automātiskā vadības sistēma.Tajā pašā laikā šajā periodā radās arī CNC darbgaldi un robotu tehnoloģija, kurā mērīšanas un kontroles tehnoloģijām un instrumentiem ir nozīmīgs pielietojums.
Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, instrumenti ir kļuvuši par neaizstājamu tehnisko instrumentu mērīšanai, kontrolei un automatizācijai, sākot ar vienkāršu mērījumu un novērošanu.Lai apmierinātu dažādu aspektu vajadzības, instrumenti ir paplašinājušies no tradicionālajām pielietojuma jomām uz netradicionālām pielietojuma jomām, piemēram, biomedicīna, ekoloģiskā vide un bioinženierija.
Kopš 21. gadsimta liels skaits jaunāko tehnoloģisko sasniegumu, piemēram, nanomēroga precīzo mašīnu pētījumu rezultāti, molekulārā līmeņa mūsdienu ķīmisko pētījumu rezultāti, gēnu līmeņa bioloģisko pētījumu rezultāti un augstas precizitātes īpaši veiktspējas speciālo funkcionālo materiālu pētījumi. rezultāti un globālie Tīkla tehnoloģiju popularizēšanas un pielietošanas rezultāti nākuši klajā viens pēc otra, kas ir fundamentālas pārmaiņas instrumentācijas jomā un veicina jaunas augsto tehnoloģiju un viedo instrumentu ēras iestāšanos.

Sensori mērīšanas un kontroles sistēmās
Vispārējā mērīšanas un kontroles sistēma sastāv no sensoriem, starpposma pārveidotājiem un displeja ierakstītājiem.Sensors nosaka un pārvērš izmērīto fizisko daudzumu izmērītajā fiziskajā daudzumā.Starpposma pārveidotājs analizē, apstrādā un pārveido sensora izvadi signālā, ko var pieņemt nākamais instruments, un izvada to uz citām sistēmām vai mēra ar displeja ierakstītāju.Rezultāti tiek parādīti un reģistrēti.
Sensors ir mērīšanas sistēmas pirmā saite.Vadības sistēmai, ja datoru salīdzina ar smadzenēm, tad sensors ir līdzvērtīgs piecām maņām, kas tieši ietekmē sistēmas vadības precizitāti.
Sensors parasti sastāv no sensitīviem elementiem, konvertēšanas failiem un konversijas shēmām.Izmērīto vērtību tieši izjūt jutīgais elements, un noteiktas parametra vērtības maiņai ir noteikta saistība ar izmērītās vērtības izmaiņām, un šo parametru ir viegli izmērīt un izvadīt;tad jutīgā elementa izvadi pārvērš elektriskajā parametrā konversijas elements;Visbeidzot, konversijas ķēde pastiprina pārveidošanas elementa izvadītos elektriskos parametrus un pārvērš tos noderīgos elektriskos signālos, kas ir ērti attēlošanai, ierakstīšanai, apstrādei un kontrolei.
Pašreizējā situācija un jaunu sensoru izstrāde
Sensing tehnoloģija ir viena no visstraujāk attīstītajām augstajām tehnoloģijām mūsdienu pasaulē.Jaunais sensors ne tikai nodrošina augstu precizitāti, lielu diapazonu, augstu uzticamību un zemu enerģijas patēriņu, bet arī attīstās integrācijas, miniaturizācijas, digitalizācijas un inteliģences virzienā.

1. Inteliģents
Sensora intelekts attiecas uz parasto sensoru funkciju un datoru vai citu komponentu funkciju kombināciju, lai izveidotu neatkarīgu mezglu, kam ir ne tikai informācijas uztveršanas un signāla pārveidošanas funkcijas, bet arī datu apstrādes spējas. , kompensāciju analīze un lēmumu pieņemšana.

2. Tīklošana
Sensora tīklošana ir paredzēta, lai sensoram varētu būt savienojuma ar datortīklu funkcija, realizēt informācijas pārraides un apstrādes spēju lielos attālumos, tas ir, realizēt mērījuma mērījumu "virs horizonta". un kontroles sistēma.

3. Miniaturizācija
Sensora miniaturizācijas vērtība ievērojami samazina sensora skaļumu ar nosacījumu, ka funkcija netiek mainīta vai pat uzlabota.Miniaturizācija ir mūsdienu precizitātes mērīšanas un kontroles prasība.Principā, jo mazāks ir sensora izmērs, jo mazāka ir ietekme uz izmērāmo objektu un vidi, jo mazāks enerģijas patēriņš, un jo vieglāk ir panākt precīzu mērījumu.

4. Integrācija
Sensoru integrācija attiecas uz šādu divu virzienu integrāciju:
(1) Vairāku mērījumu parametru integrācija var izmērīt vairākus parametrus.
(2) Sensoru un turpmāko ķēžu integrācija, tas ir, jutīgu komponentu, pārveidošanas komponentu, pārveidošanas ķēžu un pat barošanas avotu integrācija vienā mikroshēmā, lai tai būtu augsta veiktspēja.

5. Digitalizācija
Sensora digitālā vērtība ir tāda, ka sensora izvadītā informācija ir digitāls daudzums, kas var realizēt tālsatiksmes un augstas precizitātes pārraidi, un to var savienot ar digitālās apstrādes iekārtām, piemēram, datoru bez starpsaitēm.
Sensoru integrācija, intelekts, miniaturizācija, tīklošana un digitalizācija nav neatkarīgi, bet gan papildinoši un savstarpēji saistīti, un starp tiem nav skaidras robežas.
Vadības tehnoloģija mērīšanas un kontroles sistēmā

Vadības pamatteorija
1. Klasiskā vadības teorija
Klasiskā vadības teorija ietver trīs daļas: lineārās vadības teoriju, izlases vadības teoriju un nelineārās vadības teoriju.Klasiskā kibernētika izmanto Laplasa transformāciju un Z transformāciju kā matemātiskos rīkus, un kā galveno pētniecības objektu izmanto vienas ieejas-vienas izejas lineāro stabilo sistēmu.Sistēmu aprakstošais diferenciālvienādojums tiek pārveidots par komplekso skaitļu domēnu ar Laplasa transformāciju vai Z transformāciju, un tiek iegūta sistēmas pārsūtīšanas funkcija.Un, pamatojoties uz pārsūtīšanas funkciju, trajektorijas un frekvences izpētes metode, koncentrējoties uz atgriezeniskās saites kontroles sistēmas stabilitātes un līdzsvara stāvokļa precizitātes analīzi.

2. Mūsdienu kontroles teorija
Mūsdienu vadības teorija ir vadības teorija, kuras pamatā ir stāvokļa telpas metode, kas ir automātiskās vadības teorijas galvenā sastāvdaļa.Mūsdienu vadības teorijā vadības sistēmas analīze un projektēšana galvenokārt tiek veikta, aprakstot sistēmas stāvokļa mainīgos, un pamatmetode ir laika domēna metode.Mūsdienu vadības teorija var risināt daudz plašāku kontroles problēmu loku nekā klasiskā vadības teorija, tostarp lineāras un nelineāras sistēmas, stacionāras un laikā mainīgas sistēmas, viena mainīga sistēmas un daudzmaiņu sistēmas.Tās izmantotās metodes un algoritmi ir arī piemērotāki digitālajiem datoriem.Mūsdienu vadības teorija piedāvā arī iespēju izstrādāt un konstruēt optimālas vadības sistēmas ar noteiktiem darbības rādītājiem.

Kontroles sistēma
Vadības sistēma sastāv no vadības ierīcēm (ieskaitot kontrolierus, izpildmehānismus un sensorus) un vadāmiem objektiem.Vadības ierīce var būt persona vai mašīna, kas ir atšķirība starp automātisko vadību un manuālo vadību.Automātiskajai vadības sistēmai saskaņā ar dažādiem vadības principiem to var iedalīt atvērtā cikla vadības sistēmā un slēgtā cikla vadības sistēmā;atbilstoši doto signālu klasifikācijai to var iedalīt nemainīgas vērtības kontroles sistēmā, pēcpārbaudes kontroles sistēmā un programmas vadības sistēmā.

Virtuālo instrumentu tehnoloģija
Mērinstruments ir svarīga mērīšanas un kontroles sistēmas sastāvdaļa, kas ir sadalīta divos veidos: neatkarīgais instruments un virtuālais instruments.
Neatkarīgais instruments savāc, apstrādā un izvada instrumenta signālu neatkarīgā šasijā, tam ir vadības panelis un dažādi porti, un visas funkcijas pastāv aparatūras vai programmaparatūras veidā, kas nosaka, ka neatkarīgo instrumentu var definēt tikai ražotājs., licence, kuru lietotājs nevar mainīt.
Virtuālais instruments pabeidz signāla analīzi un apstrādi, rezultāta izteikšanu un izvadīšanu datorā vai ievieto datorā datu ieguves karti un no datora noņem trīs instrumenta daļas, kas izlaužas cauri tradicionālajam. instrumenti.ierobežojums.

Virtuālo instrumentu tehniskās īpašības
1. Jaudīgas funkcijas, integrējot jaudīgo datoru aparatūras atbalstu, pārkāpjot tradicionālo instrumentu ierobežojumus apstrādē, displejā un glabāšanā.Standarta konfigurācija ir: augstas veiktspējas procesors, augstas izšķirtspējas displejs, lielas ietilpības cietais disks.
2. Datoru programmatūras resursi realizē dažu mašīnu aparatūras programmatūru, ietaupa materiālos resursus un uzlabo sistēmas elastību;izmantojot atbilstošos skaitliskos algoritmus, dažādu testu datu analīzi un apstrādi var veikt tieši reāllaikā;izmantojot GUI (grafiskā lietotāja interfeisa) tehnoloģiju, lai patiesi panāktu draudzīgu saskarni un cilvēka un datora mijiedarbību.
3. Ņemot vērā datora kopni un modulāro instrumentu kopni, instrumenta aparatūra ir modulāra un serializēta, kas ievērojami samazina sistēmas izmēru un atvieglo modulāru instrumentu uzbūvi.
Virtuālās instrumentu sistēmas sastāvs
Virtuālais instruments sastāv no aparatūras ierīcēm un saskarnēm, ierīces draivera programmatūras un virtuālā instrumentu paneļa.Tostarp aparatūras ierīces un saskarnes var būt dažādas datorā iebūvētas funkciju kartes, universālās interfeisa kopnes interfeisa kartes, seriālie porti, VXI kopnes instrumentu saskarnes utt., vai citas dažādas programmējamas ārējās pārbaudes iekārtas. Ierīces draivera programmatūra ir draivera programma, kas tieši kontrolē dažādas aparatūras saskarnes.Virtuālais instruments sazinās ar reālo instrumentu sistēmu, izmantojot pamata ierīces draivera programmatūru, un parāda atbilstošos reālā instrumentu paneļa darbības elementus datora ekrānā virtuāla instrumentu paneļa veidā.Dažādas vadības ierīces.Lietotājs vada virtuālā instrumenta paneli ar peli tikpat reāli un ērti kā ar reālo instrumentu.
Mērījumu un kontroles tehnoloģiju un instrumentu nozare ir tradicionāla un pilna ar attīstības perspektīvām.Tiek uzskatīts, ka tā ir tradicionāla, jo tai ir sena izcelsme, tā ir piedzīvojusi simtiem gadu attīstību un tai ir bijusi nozīmīga loma sociālajā attīstībā.Kā tradicionāls specialitāte, tajā vienlaikus ir iekļautas daudzas disciplīnas, kas padara tai joprojām spēcīgu vitalitāti.
Attīstoties modernajām mērīšanas un vadības tehnoloģijām, elektroniskajām informācijas tehnoloģijām un datortehnoloģijām, tas ir pavēris jaunu iespēju inovācijai un attīstībai, kas noteikti radīs arvien vairāk kritisku lietojumu dažādās jomās.