Coñecer a tecnoloxía de medida e control e a tecnoloxía de instrumentación

A tecnoloxía e o instrumento de medida e control é unha teoría e tecnoloxía que estuda a adquisición e procesamento da información e o control dos elementos relacionados."Tecnoloxía e instrumentos de medición e control" refírese aos medios e equipos para a recollida, medición, almacenamento, transmisión, procesamento e control de información, incluíndo tecnoloxía de medición, tecnoloxía de control e instrumentos e sistemas que implementan estas tecnoloxías.

Tecnoloxía de Medición e Control
A tecnoloxía e os instrumentos de medida e control baséanse en maquinaria de precisión, tecnoloxía electrónica, óptica, control automático e tecnoloxía informática.Principalmente estuda novos principios, métodos e procesos de varias tecnoloxías de control e probas de precisión.Nos últimos anos, a tecnoloxía informática xogou un papel cada vez máis importante na investigación de aplicacións da tecnoloxía de medición e control.
A tecnoloxía de medición e control é unha tecnoloxía de aplicación que se aplica directamente á produción e á vida, e a súa aplicación abarca varios campos da vida social como "o peso da agricultura, o mar, a terra e o aire, a alimentación e a roupa".A tecnoloxía de instrumentación é o "multiplicador" da economía nacional, o "primeiro oficial" da investigación científica, o "poder de combate" no exército e o "xuíz materializado" na normativa legal.A tecnoloxía de proba e control informatizado e os instrumentos e sistemas de medición e control intelixentes e precisos son símbolos e medios importantes nos campos da produción industrial e agrícola moderna, da investigación científica e tecnolóxica, da xestión, da inspección e do seguimento, e están xogando un papel cada vez máis importante.

Aplicación da Tecnoloxía de Medición e Control e da Tecnoloxía da Instrumentación
A tecnoloxía de medición e control é unha tecnoloxía aplicada, que é amplamente utilizada en varios campos da industria, a agricultura, o transporte, a navegación, a aviación, o militar, a enerxía eléctrica e a vida civil.Co desenvolvemento da tecnoloxía de produción, a tecnoloxía de medición e control xoga un papel vital na tecnoloxía de control desde o control inicial dun único e os seus equipos, ata o control de todo o proceso, e mesmo do sistema, especialmente na tecnoloxía de punta actual. no campo da ciencia e tecnoloxía modernas.
Na industria metalúrxica, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: control de altos fornos en quente, control de carga e control de altos fornos no proceso de fabricación de ferro, control de presión, control de velocidade do laminador, control de bobinas, etc. no proceso de laminación de aceiro, e varios instrumentos de detección utilizados nel.
Na industria da enerxía eléctrica, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe o sistema de control de combustión da caldeira, o seguimento automático, a protección automática, o axuste automático e o sistema de control automático do programa da turbina de vapor e o sistema de control de entrada e saída de enerxía. o motor.
Na industria do carbón, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: instrumento de rexistro de metano en capas de carbón no proceso de extracción de carbón, instrumento de detección da composición do aire da mina, detector de gas de mina, sistema de vixilancia de seguridade subterránea, etc., control do proceso de extinción de coque e control de recuperación de gas en proceso de refino de carbón, control do proceso de refino, control de transmisión de maquinaria de produción, etc.
Na industria do petróleo, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: localizador magnético, medidor de contido de auga, manómetro e outros instrumentos de medida que admiten a tecnoloxía de rexistro no proceso de produción de petróleo, sistema de subministración de enerxía, sistema de subministración de auga, sistema de subministración de vapor, sistema de subministración de gas. , Sistema de almacenamento e transporte e tres sistemas de tratamento de residuos e os instrumentos de detección para un gran número de parámetros no proceso de produción continua.
Na industria química, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: medición de temperatura, medición de fluxo, medición de nivel de líquido, concentración, acidez, humidade, densidade, turbidez, poder calorífico e varios compoñentes de gases mesturados.Instrumentos de control que controlan regularmente os parámetros controlados, etc.
Na industria de maquinaria, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: máquinas ferramentas de control dixital de precisión, liñas de produción automáticas, robots industriais, etc.
Na industria aeroespacial, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: a medición de parámetros como a altitude do voo do avión, a velocidade do voo, o estado e dirección do voo, a aceleración, a sobrecarga e o estado do motor, a tecnoloxía de vehículos aeroespaciais, a tecnoloxía de naves espaciais e a medición aeroespacial. e tecnoloxía de control.Agarda.
No equipamento militar, a aplicación da tecnoloxía de medición e control inclúe: armas guiadas con precisión, munición intelixente, sistema de mando de automatización militar (sistema C4IRS), equipamento militar do espazo exterior (como varios recoñecementos militares, comunicación, alerta temperá, satélites de navegación, etc.). .).

Formación e Desenvolvemento da Tecnoloxía de Medición e Control
Os feitos históricos do desenvolvemento da ciencia e da tecnoloxía A historia da comprensión humana e da transformación da natureza tamén é unha parte importante da historia da civilización humana.O desenvolvemento da ciencia e da tecnoloxía depende primeiro do desenvolvemento da tecnoloxía de medición.A ciencia natural moderna comeza coa medición no verdadeiro sentido.Moitos científicos destacados soñan con ser inventores de instrumentos científicos e fundadores de métodos de medición.O progreso da tecnoloxía de medición impulsa directamente o progreso da ciencia e da tecnoloxía.
A primeira revolución tecnolóxica
Nos séculos XVII e XVIII comezaba a xurdir a tecnoloxía de medición e control.Algúns físicos de Europa comezaron a utilizar a forza da corrente e o campo magnético para fabricar galvanómetros sinxelos, e utilizar lentes ópticas para fabricar telescopios, sentando así as bases para instrumentos eléctricos e ópticos.Na década de 1760 comezou a primeira revolución científica e tecnolóxica no Reino Unido.Ata o século XIX, a primeira revolución científica e tecnolóxica estendeuse a Europa, América e Xapón.Durante este período empregáronse algúns instrumentos de medida sinxelos, como instrumentos de medida de lonxitude, temperatura, presión, etc.Na vida, creouse unha enorme produtividade.

A segunda revolución tecnolóxica
Unha serie de desenvolvementos no campo do electromagnetismo a principios do século XIX desencadearon a segunda revolución tecnolóxica.Debido á invención do instrumento para medir a corrente, o electromagnetismo foi rapidamente posto no camiño correcto, e un descubrimento tras outro creceu.Moitos inventos no campo do electromagnetismo, como o telégrafo, o teléfono, o xerador, etc., contribuíron á chegada da era eléctrica.Ao mesmo tempo, tamén están xurdindo outros instrumentos de medición e observación, como o teodolito de precisión de primeira clase usado para a medición de elevación antes de 1891.

A terceira revolución tecnolóxica
Despois da Segunda Guerra Mundial, a necesidade urxente de alta tecnoloxía en varios países impulsou a transformación da tecnoloxía de produción da mecanización xeral á electrificación e automatización, e producíronse unha serie de grandes avances na investigación científica teórica.
Neste período comezou a desenvolverse industrialmente a industria manufacturera representada polos produtos electromecánicos.As características da produción en masa de produtos son as operacións cíclicas e as operacións de fluxo.Para que estes sexan automáticos, é necesario detectar automaticamente a posición da peza durante a fase de eliminación de procesamento e produción., tamaño, forma, postura ou rendemento, etc. Para iso requírese un gran número de dispositivos de medida e control.Por outra banda, o auxe da industria química co petróleo como materia prima require un gran número de instrumentos de medida e control.Comezou a estandarizarse a instrumentación automatizada e formouse un sistema de control automático baixo demanda.Ao mesmo tempo, tamén naceron neste período as máquinas ferramenta CNC e a tecnoloxía robotizada, na que a tecnoloxía e os instrumentos de medida e control teñen importantes aplicacións.
Co desenvolvemento da ciencia e da tecnoloxía, a instrumentación converteuse nunha ferramenta técnica indispensable para a medición, o control e a automatización, partindo da simple medición e observación.Co fin de satisfacer as necesidades de varios aspectos, a instrumentación ampliouse desde os campos de aplicación tradicionais a campos de aplicación non tradicionais como a biomedicina, o medio ambiente ecolóxico e a bioenxeñaría.
Desde o século XXI, un gran número dos últimos logros tecnolóxicos, como resultados de investigación de maquinaria de precisión a nanoescala, resultados de investigación química moderna a nivel molecular, resultados de investigación biolóxica a nivel xenético e investigación de materiais funcionais especiais de ultra-rendimento de alta precisión. resultados e globais Os resultados da popularización e aplicación da tecnoloxía de rede saíron un tras outro, o que supón un cambio fundamental no campo da instrumentación e promove a chegada dunha nova era de instrumentos intelixentes e de alta tecnoloxía.

Sensores en sistemas de medida e control
O sistema xeral de medición e control está formado por sensores, conversores intermedios e gravadores de visualización.O sensor detecta e converte a cantidade física medida na magnitude física medida.O conversor intermedio analiza, procesa e converte a saída do sensor nun sinal que pode ser aceptado polo instrumento posterior, e envíao a outros sistemas, ou é medido polo gravador de pantalla.Os resultados móstranse e rexistran.
O sensor é o primeiro eslabón do sistema de medición.Para o sistema de control, se a computadora se compara co cerebro, entón o sensor é equivalente aos cinco sentidos, o que afecta directamente a precisión de control do sistema.
O sensor está composto xeralmente por elementos sensibles, ficheiros de conversión e circuítos de conversión.O valor medido é sentido directamente polo elemento sensible, e o cambio dun determinado valor de parámetro ten unha relación definida co cambio do valor medido, e este parámetro é fácil de medir e emitir;entón a saída do elemento sensible é convertida nun parámetro eléctrico polo elemento de conversión;Finalmente, o circuíto de conversión amplía os parámetros eléctricos emitidos polo elemento de conversión e convérteos en sinais eléctricos útiles que son convenientes para visualizar, gravar, procesar e controlar.
Situación actual e desenvolvemento de novos sensores
A tecnoloxía de detección é unha das tecnoloxías de máis rápido desenvolvemento no mundo actual.O novo sensor non só busca alta precisión, gran alcance, alta fiabilidade e baixo consumo de enerxía, senón que tamén se desenvolve cara á integración, miniaturización, dixitalización e intelixencia.

1. Intelixente
A intelixencia do sensor refírese á combinación das funcións dos sensores convencionais e as funcións dos ordenadores ou outros compoñentes para formar un conxunto independente, que non só ten as funcións de captación de información e conversión de sinal, senón que tamén ten a capacidade de procesar datos. , análise de compensación e toma de decisións.

2. Redes
A conexión en rede do sensor é permitir que o sensor teña a función de conectarse coa rede de ordenadores, realizar a capacidade de transmisión e procesamento de información a longa distancia, é dicir, realizar a medición "sobre o horizonte" da medida. e sistema de control.

3. Miniaturización
O valor de miniaturización do sensor reduce moito o volume do sensor a condición de que a función non se modifique ou incluso mellore.A miniaturización é o requisito da medición e control de precisión modernos.En principio, canto menor sexa o tamaño do sensor, menor será o impacto sobre o obxecto medido e o medio ambiente, menor consumo de enerxía e máis doado é conseguir unha medición precisa.

4. Integración
A integración de sensores refírese á integración das dúas direccións seguintes:
(1) A integración de varios parámetros de medición pode medir varios parámetros.
(2) A integración de circuítos de detección e posteriores, é dicir, a integración de compoñentes sensibles, compoñentes de conversión, circuítos de conversión e mesmo fontes de alimentación no mesmo chip, para que teña un alto rendemento.

5. Dixitalización
O valor dixital do sensor é que a información emitida polo sensor é unha cantidade dixital, que pode realizar transmisións a longa distancia e de alta precisión e pode conectarse a equipos de procesamento dixital, como un ordenador sen ligazóns intermedias.
A integración, intelixencia, miniaturización, conexión en rede e dixitalización de sensores non son independentes, senón complementarios e interrelacionados, e non existe un límite claro entre eles.
Tecnoloxía de Control en Sistemas de Medición e Control

Teoría básica do control
1. Teoría clásica do control
A teoría clásica de control inclúe tres partes: teoría de control lineal, teoría de control de mostraxe e teoría de control non lineal.A cibernética clásica toma a transformada de Laplace e a transformada Z como ferramentas matemáticas, e toma o sistema estacionario lineal de entrada única e de saída como o principal obxecto de investigación.A ecuación diferencial que describe o sistema transfórmase no dominio de números complexos mediante a transformada de Laplace ou a transformada Z, e obtense a función de transferencia do sistema.E baseado na función de transferencia, un método de investigación de traxectoria e frecuencia, centrándose na análise da estabilidade e precisión do estado estacionario do sistema de control de retroalimentación.

2. Teoría moderna do control
A teoría de control moderna é unha teoría de control baseada no método do espazo de estado, que é un compoñente principal da teoría de control automático.Na teoría de control moderna, a análise e o deseño do sistema de control realízanse principalmente describindo as variables de estado do sistema, e o método básico é o método do dominio do tempo.A teoría de control moderna pode tratar unha gama moito máis ampla de problemas de control que a teoría clásica de control, incluíndo sistemas lineais e non lineais, sistemas estacionarios e variables no tempo, sistemas de variable única e sistemas multivariables.Os métodos e algoritmos que adopta tamén son máis axeitados para ordenadores dixitais.A teoría de control moderna tamén ofrece a posibilidade de deseñar e construír sistemas de control óptimos con indicadores de rendemento especificados.

Sistema de control
O sistema de control está composto por dispositivos de control (incluíndo controladores, actuadores e sensores) e obxectos controlados.O dispositivo de control pode ser unha persoa ou unha máquina, que é a diferenza entre o control automático e o control manual.Para o sistema de control automático, segundo os diferentes principios de control, pódese dividir en sistema de control de lazo aberto e sistema de control de lazo pechado;segundo a clasificación dos sinais dados, pódese dividir en sistema de control de valor constante, sistema de control de seguimento e sistema de control de programa.

Tecnoloxía de instrumentos virtuais
O instrumento de medición é unha parte importante do sistema de medición e control, que se divide en dous tipos: instrumento independente e instrumento virtual.
O instrumento independente recolle, procesa e emite o sinal do instrumento nun chasis independente, ten un panel de operacións e varios portos, e todas as funcións existen en forma de hardware ou firmware, o que determina que o instrumento independente só pode ser definido por o fabricante., licenza, que o usuario non pode cambiar.
O instrumento virtual completa a análise e procesamento do sinal, a expresión e saída do resultado no ordenador, ou insire a tarxeta de adquisición de datos no ordenador, e elimina as tres partes do instrumento no ordenador, o que rompe o tradicional instrumentos.limitación.

Características técnicas dos instrumentos virtuais
1. Poderosas funcións, que integran o poderoso soporte hardware dos ordenadores, superando as limitacións dos instrumentos tradicionais no procesado, visualización e almacenamento.A configuración estándar é: procesador de alto rendemento, pantalla de alta resolución, disco duro de gran capacidade.
2. Os recursos de software informático realizan a softwareización dalgún hardware da máquina, aforran recursos materiais e melloran a flexibilidade do sistema;mediante os correspondentes algoritmos numéricos, pódense realizar diversas análises e procesamentos de datos de proba directamente en tempo real;a través da tecnoloxía GUI (interface gráfica de usuario) para lograr realmente unha interface amigable e unha interacción humano-computadora.
3. Dado o bus informático e o bus de instrumentos modular, o hardware do instrumento está modularizado e serializado, o que reduce moito o tamaño do sistema e facilita a construción de instrumentos modulares.
A composición do sistema de instrumentos virtuais
O instrumento virtual está formado por dispositivos e interfaces de hardware, software de controlador de dispositivo e panel de instrumentos virtual.Entre eles, os dispositivos e interfaces de hardware poden ser varias tarxetas de función integradas baseadas en PC, tarxetas de interface de bus de interface universal, portos serie, interfaces de instrumentos de bus VXI, etc., ou outros equipos de proba externos programables. O software do controlador do dispositivo é un programa controlador que controla directamente varias interfaces de hardware.O instrumento virtual comunícase co sistema de instrumentos real a través do software de controlador de dispositivo subxacente e mostra os elementos de operación correspondentes do panel de instrumentos real na pantalla do ordenador en forma de panel de instrumentos virtual.Varios controis.O usuario opera o panel do instrumento virtual co rato tan real e cómodo como operar o instrumento real.
A tecnoloxía de medición e control e instrumento principal é un tradicional e cheo de perspectivas de desenvolvemento.Dise que é tradicional porque ten unha orixe antiga, experimentou centos de anos de desenvolvemento e tivo un papel importante no desenvolvemento social.Como especialidade tradicional, implica moitas disciplinas ao mesmo tempo, o que fai que aínda teña unha forte vitalidade.
Co desenvolvemento da tecnoloxía moderna de medición e control, tecnoloxía da información electrónica e tecnoloxía informática, abriu unha nova oportunidade de innovación e desenvolvemento, que seguramente producirá aplicacións cada vez máis críticas en varios campos.