Technologia i instrument pomiarowy i kontrolny to teoria i technologia badająca pozyskiwanie i przetwarzanie informacji oraz kontrolę powiązanych elementów.„Technologia i przyrządy pomiarowe i kontrolne” odnoszą się do środków i sprzętu do gromadzenia, pomiaru, przechowywania, przesyłania, przetwarzania i kontrolowania informacji, w tym technologii pomiarowej, technologii kontrolnej oraz przyrządów i systemów, które wdrażają te technologie.
Technika pomiarowa i kontrolna
Technika i przyrządy kontrolno-pomiarowe oparte są na maszynach precyzyjnych, technice elektronicznej, optyce, automatyce i technice komputerowej.Zajmuje się głównie badaniem nowych zasad, metod i procesów różnych precyzyjnych technologii testowania i kontroli.W ostatnich latach technologia komputerowa odgrywa coraz ważniejszą rolę w badaniach aplikacyjnych techniki pomiarowej i kontrolnej.
Technika pomiarowa i kontrolna to technologia aplikacyjna, która znajduje bezpośrednie zastosowanie w produkcji i życiu, a jej zastosowanie obejmuje różne dziedziny życia społecznego, takie jak „waga rolnictwa, morza, ziemi i powietrza, żywności i odzieży”.Technika oprzyrządowania jest „mnożnikiem” gospodarki narodowej, „pierwszym oficerem” badań naukowych, „siłą bojową” w wojsku i „zmaterializowanym sędzią” w regulacjach prawnych.Skomputeryzowana technologia testowania i kontroli oraz inteligentne i precyzyjne przyrządy i systemy pomiarowe i kontrolne są ważnymi symbolami i środkami w dziedzinie nowoczesnej produkcji przemysłowej i rolniczej, badań naukowych i technologicznych, zarządzania, kontroli i monitorowania i odgrywają coraz ważniejszą rolę.
Zastosowanie techniki pomiarowej i kontrolnej oraz techniki oprzyrządowania
Technika pomiarowa i kontrolna jest technologią stosowaną, która znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu, rolnictwa, transportu, nawigacji, lotnictwa, wojska, elektroenergetyki i życia cywilnego.Wraz z rozwojem technologii produkcji, technika pomiarowa i kontrolna odgrywa istotną rolę w technice sterowania od wstępnej kontroli pojedynczej jednostki i jej urządzeń, do kontroli całego procesu, a nawet systemu, zwłaszcza w dzisiejszej najnowocześniejszej technice w dziedzinie współczesnej nauki i techniki.
W przemyśle metalurgicznym zastosowanie technologii pomiarowo-kontrolnej obejmuje: sterowanie gorącym wielkim piecem, sterowanie ładowaniem i sterowanie wielkim piecem w procesie wytapiania żelaza, sterowanie ciśnieniem, sterowanie prędkością walcowni, sterowanie cewką itp. w procesie walcowania stali oraz stosowane w nich różne instrumenty wykrywające.
W elektroenergetyce zastosowanie technologii pomiarowo-sterowniczej obejmuje system sterowania spalaniem kotła, automatyczny monitoring, automatyczną ochronę, automatyczną regulację i automatyczny system sterowania programem turbiny parowej oraz system kontroli mocy wejściowej i wyjściowej silnik.
W przemyśle węglowym zastosowanie techniki pomiarowo-kontrolnej obejmuje: metanografię pokładową w procesie wydobycia węgla, aparaturę do wykrywania składu powietrza kopalnianego, detektor gazu kopalnianego, system monitorowania bezpieczeństwa podziemnego itp., kontrolę procesu gaszenia koksu i kontrolę odzysku gazu w proces rafinacji węgla, kontrola procesu rafinacji, kontrola transmisji maszyn produkcyjnych itp.
W przemyśle naftowym zastosowanie techniki pomiarowo-sterowniczej obejmuje: lokalizator magnetyczny, miernik zawartości wody, manometr i inne przyrządy pomiarowe wspomagające technologię rejestracji w procesie wydobycia ropy naftowej, system zasilania, system zasilania wodą, system zasilania parą, system zasilania gazem , System magazynowania i transportu oraz trzy systemy oczyszczania ścieków i przyrządy do wykrywania dużej liczby parametrów w ciągłym procesie produkcyjnym.
W przemyśle chemicznym zastosowanie techniki pomiarowo-sterowniczej obejmuje: pomiar temperatury, pomiar przepływu, pomiar poziomu cieczy, stężenia, kwasowości, wilgotności, gęstości, zmętnienia, wartości opałowej i różnych mieszanych składników gazowych.Przyrządy kontrolne, które regularnie kontrolują kontrolowane parametry itp.
W przemyśle maszynowym zastosowanie techniki pomiarowo-sterowniczej obejmuje: precyzyjne obrabiarki sterowane cyfrowo, automatyczne linie produkcyjne, roboty przemysłowe itp.
W przemyśle lotniczym zastosowanie technologii pomiarowo-kontrolnej obejmuje: pomiar parametrów, takich jak wysokość lotu statku powietrznego, prędkość lotu, stan i kierunek lotu, przyspieszenie, przeciążenie i stan silnika, technologia pojazdów lotniczych, technologia statków kosmicznych oraz pomiary lotnicze i technologii sterowania.Czekać.
W sprzęcie wojskowym zastosowanie techniki pomiarowej i kontrolnej obejmuje: broń precyzyjnie kierowaną, amunicję inteligentną, system dowodzenia automatyką wojskową (system C4IRS), sprzęt wojskowy przestrzeni kosmicznej (taki jak różne rozpoznanie wojskowe, łączność, wczesne ostrzeganie, satelity nawigacyjne itp. .).
Powstanie i rozwój techniki pomiarowej i kontrolnej
Historyczne fakty rozwoju nauki i techniki Historia ludzkiego rozumienia i przekształcania przyrody jest również ważną częścią historii ludzkiej cywilizacji.Rozwój nauki i techniki zależy przede wszystkim od rozwoju techniki pomiarowej.Współczesne nauki przyrodnicze zaczynają się od pomiaru w prawdziwym tego słowa znaczeniu.Wielu wybitnych naukowców marzy o tym, by zostać wynalazcami przyrządów naukowych i twórcami metod pomiarowych.Postęp techniki pomiarowej bezpośrednio napędza postęp nauki i techniki.
Pierwsza rewolucja technologiczna
W XVII i XVIII wieku zaczęła pojawiać się technika pomiarowa i kontrolna.Niektórzy fizycy w Europie zaczęli wykorzystywać siłę prądu i pola magnetycznego do konstruowania prostych galwanometrów i używać soczewek optycznych do konstruowania teleskopów, kładąc w ten sposób podwaliny pod instrumenty elektryczne i optyczne.W latach sześćdziesiątych XVIII wieku w Wielkiej Brytanii rozpoczęła się pierwsza rewolucja naukowa i technologiczna.Aż do XIX wieku pierwsza rewolucja naukowa i technologiczna rozszerzyła się na Europę, Amerykę i Japonię.W tym okresie używano prostych przyrządów pomiarowych, takich jak przyrządy do pomiaru długości, temperatury, ciśnienia itp.W życiu powstała ogromna produktywność.
Druga rewolucja technologiczna
Seria osiągnięć w dziedzinie elektromagnetyzmu na początku XIX wieku zapoczątkowała drugą rewolucję technologiczną.Dzięki wynalezieniu przyrządu do pomiaru prądu elektromagnetyzm szybko został sprowadzony na właściwe tory, a kolejne odkrycia narastały.Wiele wynalazków w dziedzinie elektromagnetyzmu, takich jak telegraf, telefon, generator itp., Przyczyniło się do nadejścia ery elektryczności.W tym samym czasie pojawiają się również różne inne instrumenty do pomiaru i obserwacji, takie jak precyzyjny teodolit pierwszej klasy, używany do pomiaru wysokości przed 1891 rokiem.
Trzecia rewolucja technologiczna
Po drugiej wojnie światowej pilna potrzeba zaawansowanej technologii w różnych krajach sprzyjała transformacji technologii produkcji od ogólnej mechanizacji do elektryfikacji i automatyzacji, a także dokonano szeregu ważnych przełomów w badaniach naukowych i teoretycznych.
W tym okresie przemysł wytwórczy reprezentowany przez wyroby elektromaszynowe zaczął rozwijać się przemysłowo.Charakterystyką masowej produkcji wyrobów są operacje cykliczne i operacje przepływowe.Aby były one automatyczne, wymagane jest automatyczne wykrywanie położenia przedmiotu obrabianego na etapie eliminacji obróbki i produkcji., rozmiar, kształt, postawa lub wydajność itp. W tym celu wymagana jest duża liczba urządzeń pomiarowych i kontrolnych.Z drugiej strony rozwój przemysłu chemicznego, którego surowcem jest ropa naftowa, wymaga dużej liczby przyrządów pomiarowych i kontrolnych.Zaczęto standaryzować zautomatyzowane oprzyrządowanie, a na żądanie utworzono automatyczny system sterowania.W tym samym czasie narodziły się również obrabiarki CNC i technologia robotów, w których technologia pomiarowa i kontrolna oraz instrumenty mają ważne zastosowania.
Wraz z rozwojem nauki i techniki oprzyrządowanie stało się nieodzownym narzędziem technicznym do pomiarów, kontroli i automatyzacji, począwszy od prostych pomiarów i obserwacji.Aby sprostać potrzebom w różnych aspektach, oprzyrządowanie rozszerzyło się z tradycyjnych obszarów zastosowań do nietradycyjnych obszarów zastosowań, takich jak biomedycyna, środowisko ekologiczne i bioinżynieria.
Od XXI wieku wiele najnowszych osiągnięć technologicznych, takich jak wyniki badań maszyn precyzyjnych w nanoskali, wyniki nowoczesnych badań chemicznych na poziomie molekularnym, wyniki badań biologicznych na poziomie genów oraz wysoce precyzyjne, ultrawydajne, specjalne badania materiałów funkcjonalnych wyniki i globalne Wyniki upowszechniania i stosowania technologii sieciowych wychodzą jedno po drugim, co jest fundamentalną zmianą w dziedzinie oprzyrządowania i sprzyja nadejściu nowej ery zaawansowanych technologicznie i inteligentnych instrumentów.
Czujniki w układach pomiarowych i sterujących
Ogólny system pomiarowo-sterujący składa się z czujników, przetworników pośrednich oraz rejestratorów wyświetlaczy.Czujnik wykrywa i przetwarza mierzoną wielkość fizyczną na mierzoną wielkość fizyczną.Przetwornik pośredni analizuje, przetwarza i przetwarza sygnał wyjściowy czujnika na sygnał, który może być zaakceptowany przez kolejny przyrząd i wyprowadza go do innych układów lub jest mierzony przez rejestrator wyświetlacza.Wyniki są wyświetlane i rejestrowane.
Czujnik jest pierwszym ogniwem systemu pomiarowego.W przypadku systemu sterowania, jeśli komputer jest porównywany do mózgu, wówczas czujnik jest odpowiednikiem pięciu zmysłów, co bezpośrednio wpływa na dokładność sterowania systemem.
Czujnik zazwyczaj składa się z wrażliwych elementów, plików konwersji i obwodów konwersji.Zmierzona wartość jest bezpośrednio odczuwalna przez element wrażliwy, a zmiana określonej wartości parametru sama w sobie ma określony związek ze zmianą mierzonej wartości, a ten parametr jest łatwy do zmierzenia i wyprowadzenia;następnie sygnał wyjściowy elementu czułego jest przetwarzany na parametr elektryczny przez element przetwarzający;Wreszcie obwód konwersji wzmacnia parametry elektryczne wysyłane przez element przetwarzający i przekształca je w użyteczne sygnały elektryczne, które są wygodne do wyświetlania, rejestrowania, przetwarzania i sterowania.
Aktualna sytuacja i rozwój nowych czujników
Technologia wykrywania jest obecnie jedną z najszybciej rozwijających się zaawansowanych technologii na świecie.Nowy czujnik nie tylko dąży do wysokiej precyzji, dużego zasięgu, wysokiej niezawodności i niskiego zużycia energii, ale także rozwija się w kierunku integracji, miniaturyzacji, digitalizacji i inteligencji.
1. Inteligentny
Inteligencja czujnika odnosi się do połączenia funkcji konwencjonalnych czujników i funkcji komputerów lub innych komponentów w celu utworzenia niezależnego zespołu, który nie tylko ma funkcje zbierania informacji i konwersji sygnału, ale także ma zdolność przetwarzania danych , analiza wynagrodzeń i podejmowanie decyzji.
2. Praca w sieci
Połączenie w sieć czujnika ma umożliwić czujnikowi łączenie się z siecią komputerową, realizację zdolności przesyłania i przetwarzania informacji na duże odległości, to znaczy realizację pomiaru „ponad horyzontem” pomiaru i układ sterowania.
3. Miniaturyzacja
Wartość miniaturyzacji czujnika znacznie zmniejsza objętość czujnika pod warunkiem, że funkcja jest niezmieniona lub nawet wzmocniona.Miniaturyzacja jest wymogiem nowoczesnych precyzyjnych pomiarów i kontroli.W zasadzie im mniejszy rozmiar czujnika, tym mniejszy wpływ na mierzony obiekt i środowisko, mniejsze zużycie energii i tym łatwiej uzyskać dokładny pomiar.
4. Integracja
Integracja czujników odnosi się do integracji następujących dwóch kierunków:
(1) Integracja wielu parametrów pomiarowych może mierzyć wiele parametrów.
(2) Integracja czujników i kolejnych obwodów, to znaczy integracja wrażliwych komponentów, komponentów konwersji, obwodów konwersji, a nawet zasilaczy na tym samym chipie, dzięki czemu ma wysoką wydajność.
5. Cyfryzacja
Cyfrowa wartość czujnika polega na tym, że informacja wysyłana przez czujnik jest wielkością cyfrową, która może realizować transmisję na duże odległości i z dużą precyzją, i może być podłączona do cyfrowego sprzętu przetwarzającego, takiego jak komputer, bez pośrednich łączy.
Integracja, inteligencja, miniaturyzacja, tworzenie sieci i cyfryzacja czujników nie są niezależne, ale uzupełniają się i są ze sobą powiązane, i nie ma między nimi wyraźnej granicy.
Technologia sterowania w systemie pomiarowym i kontrolnym
Podstawowa teoria sterowania
1. Klasyczna teoria sterowania
Klasyczna teoria sterowania obejmuje trzy części: liniową teorię sterowania, teorię sterowania próbkowania i nieliniową teorię sterowania.Klasyczna cybernetyka traktuje transformację Laplace'a i transformację Z jako narzędzia matematyczne, a jako główny przedmiot badań przyjmuje liniowy stały system jednowejściowy-jedno-wyjściowy.Równanie różniczkowe opisujące układ przekształca się w dziedzinę liczb zespolonych za pomocą transformaty Laplace'a lub transformaty Z i uzyskuje się funkcję przenoszenia układu.W oparciu o funkcję przenoszenia, metodę badawczą trajektorii i częstotliwości, koncentrującą się na analizie stabilności i dokładności stanu ustalonego systemu kontroli sprzężenia zwrotnego.
2. Współczesna teoria sterowania
Współczesna teoria sterowania jest teorią sterowania opartą na metodzie przestrzeni stanów, która jest głównym składnikiem teorii sterowania automatycznego.We współczesnej teorii sterowania analiza i projektowanie układu sterowania odbywa się głównie poprzez opis zmiennych stanu układu, a podstawową metodą jest metoda dziedziny czasu.Współczesna teoria sterowania może zajmować się znacznie szerszym zakresem problemów sterowania niż klasyczna teoria sterowania, w tym układami liniowymi i nieliniowymi, systemami stacjonarnymi i zmiennymi w czasie, systemami z jedną zmienną i systemami z wieloma zmiennymi.Przyjęte metody i algorytmy są również bardziej odpowiednie dla komputerów cyfrowych.Nowoczesna teoria sterowania daje również możliwość projektowania i konstruowania optymalnych układów sterowania z określonymi wskaźnikami wydajności.
System sterowania
System sterowania składa się z urządzeń sterujących (w tym sterowników, elementów wykonawczych i czujników) oraz sterowanych obiektów.Urządzeniem sterującym może być osoba lub maszyna, co stanowi różnicę między sterowaniem automatycznym a sterowaniem ręcznym.W przypadku automatycznego systemu sterowania, zgodnie z różnymi zasadami sterowania, można go podzielić na system sterowania w pętli otwartej i system sterowania w pętli zamkniętej;zgodnie z klasyfikacją danych sygnałów można go podzielić na system sterowania stałowartościowego, system sterowania nadążnego i system sterowania programowego.
Technologia instrumentów wirtualnych
Przyrząd pomiarowy jest ważną częścią systemu pomiarowo-kontrolnego, który dzieli się na dwa rodzaje: przyrząd niezależny i przyrząd wirtualny.
Niezależny instrument zbiera, przetwarza i wysyła sygnał instrumentu w niezależnej obudowie, posiada panel operacyjny i różne porty, a wszystkie funkcje istnieją w postaci sprzętu lub oprogramowania układowego, co określa, że niezależny instrument może być zdefiniowany tylko przez wytwórca., licencja, której użytkownik nie może zmienić.
Wirtualny instrument kończy analizę i przetwarzanie sygnału, wyrażanie i wyprowadzanie wyniku na komputerze lub wkłada kartę akwizycji danych do komputera i usuwa trzy części instrumentu na komputerze, co przełamuje tradycyjne instrumenty.ograniczenie.
Cechy techniczne instrumentów wirtualnych
1. Potężne funkcje, integrujące potężne wsparcie sprzętowe komputerów, przełamujące ograniczenia tradycyjnych instrumentów w przetwarzaniu, wyświetlaniu i przechowywaniu.Standardowa konfiguracja to: wydajny procesor, wyświetlacz o wysokiej rozdzielczości, dysk twardy o dużej pojemności.
2. Zasoby oprogramowania komputerowego realizują oprogramowanie niektórych urządzeń maszynowych, oszczędzają zasoby materiałowe i zwiększają elastyczność systemu;dzięki odpowiednim algorytmom numerycznym można przeprowadzać różne analizy i przetwarzanie danych testowych bezpośrednio w czasie rzeczywistym;poprzez technologię GUI (graficzny interfejs użytkownika) w celu uzyskania prawdziwie przyjaznego interfejsu i interakcji człowiek-komputer.
3. Biorąc pod uwagę magistralę komputerową i modułową magistralę przyrządów, sprzęt przyrządu jest modularyzowany i szeregowany, co znacznie zmniejsza rozmiar systemu i ułatwia budowę przyrządów modułowych.
Skład wirtualnego systemu instrumentów
Instrument wirtualny składa się z urządzeń sprzętowych i interfejsów, oprogramowania sterownika urządzenia i wirtualnej tablicy rozdzielczej.Wśród nich urządzenia sprzętowe i interfejsy mogą być różnymi wbudowanymi kartami funkcyjnymi opartymi na komputerze PC, uniwersalnymi kartami interfejsów magistrali, portami szeregowymi, interfejsami przyrządów magistrali VXI itp. lub innymi różnymi programowalnymi zewnętrznymi urządzeniami testowymi. program sterownika, który bezpośrednio steruje różnymi interfejsami sprzętowymi.Wirtualny przyrząd komunikuje się z rzeczywistym układem przyrządów za pośrednictwem bazowego oprogramowania sterownika urządzenia i wyświetla odpowiednie elementy operacyjne rzeczywistej tablicy przyrządów na ekranie komputera w postaci wirtualnej tablicy przyrządów.Różne kontrole.Użytkownik obsługuje panel wirtualnego instrumentu za pomocą myszy tak realnie i wygodnie, jak obsługa prawdziwego instrumentu.
Kierunek technika pomiarowo-kontrolna i instrumentarium jest kierunkiem tradycyjnym i pełnym perspektyw rozwojowych.Mówi się, że jest tradycyjna, ponieważ ma starożytne pochodzenie, doświadczyła setek lat rozwoju i odegrała ważną rolę w rozwoju społecznym.Jako tradycyjny kierunek obejmuje wiele dyscyplin jednocześnie, co sprawia, że nadal odznacza się dużą żywotnością.
Wraz z dalszym rozwojem nowoczesnej technologii pomiarowej i kontrolnej, elektronicznej technologii informacyjnej i technologii komputerowej, zapoczątkowała ona nową szansę na innowacje i rozwój, który z pewnością przyniesie coraz więcej krytycznych zastosowań w różnych dziedzinach.
Czas postu: 21 listopada 2022 r