Технологія та інструмент вимірювання та керування — це теорія та технологія, яка вивчає отримання та обробку інформації та керування пов’язаними елементами.«Технологія та інструменти вимірювання та контролю» означає засоби та обладнання для збору, вимірювання, зберігання, передачі, обробки та контролю інформації, включаючи технологію вимірювання, технологію контролю, а також інструменти та системи, які реалізують ці технології.
Техніка вимірювання та контролю
Вимірювальна техніка та прилади базуються на точному машинобудуванні, електронній техніці, оптиці, автоматичному управлінні та комп’ютерній техніці.В основному вивчає нові принципи, методи та процеси різних технологій прецизійного тестування та контролю.В останні роки комп’ютерна технологія відіграє все більш важливу роль у прикладних дослідженнях технологій вимірювання та керування.
Технологія вимірювання та контролю – це прикладна технологія, яка безпосередньо застосовується до виробництва та життя, і її застосування охоплює різні сфери суспільного життя, такі як «вага сільського господарства, моря, землі та повітря, їжі та одягу».Технологія приладобудування є «мультиплікатором» національної економіки, «першим офіцером» наукових досліджень, «бойовою силою» у війську та «матеріалізованим суддею» у правових нормах.Комп’ютеризовані технології тестування та контролю, а також інтелектуальні та точні вимірювальні та контрольні інструменти та системи є важливими символами та засобами у сферах сучасного промислового та сільськогосподарського виробництва, наукових і технологічних досліджень, управління, інспектування та моніторингу, і відіграють дедалі важливішу роль.
Застосування технологій вимірювання та контролю та приладобудування
Техніка вимірювання та керування — це прикладна технологія, яка широко використовується в різних галузях промисловості, сільського господарства, транспорту, навігації, авіації, військовій, електроенергетиці та цивільному житті.З розвитком виробничих технологій технологія вимірювання та керування відіграє життєво важливу роль у технології керування від початкового контролю окремого елемента та його обладнання до контролю всього процесу та навіть системи, особливо в сучасних передових технологіях у сфері сучасної науки і техніки.
У металургійній промисловості застосування вимірювальної та контрольної технології включає: керування гарячою доменною піччю, керування завантаженням і керування доменною піччю в процесі виробництва чавуну, керування тиском, керування швидкістю прокатного стану, керування котушками тощо в процесі прокатки сталі та різні інструменти виявлення, що використовуються в ньому.
В електроенергетиці застосування вимірювальної та контрольної технології включає систему керування горінням котла, автоматичний моніторинг, автоматичний захист, автоматичне регулювання та систему автоматичного програмного керування парової турбіни, а також систему керування вхідною та вихідною потужністю двигун.
У вугільній промисловості застосування вимірювальної та контрольної технології включає: прилад для каротажу метану вугільних пластів у процесі видобутку вугілля, прилад для визначення складу шахтного повітря, детектор шахтного газу, підземну систему моніторингу безпеки тощо, контроль процесу гасіння коксу та контроль вилучення газу в процес переробки вугілля, керування процесом переробки, керування трансмісією виробничого обладнання тощо.
У нафтовій промисловості застосування технології вимірювання та контролю включає: магнітний локатор, вимірювач вмісту води, манометр та інші вимірювальні прилади, що підтримують технологію каротажу в процесі видобутку нафти, системи електропостачання, системи водопостачання, системи подачі пари, системи подачі газу , Система зберігання та транспортування, три системи обробки відходів і прилади виявлення великої кількості параметрів у безперервному виробничому процесі.
У хімічній промисловості застосування вимірювальної та контрольної технології включає: вимірювання температури, вимірювання потоку, вимірювання рівня рідини, концентрації, кислотності, вологості, щільності, каламутності, теплотворної здатності та різних змішаних газових компонентів.Контрольні прилади, які регулярно контролюють контрольовані параметри тощо.
У машинобудівній промисловості застосування вимірювальної та контрольної технології включає: точні цифрові керуючі верстати, автоматичні виробничі лінії, промислові роботи тощо.
В аерокосмічній промисловості застосування вимірювальної та контрольної технології включає: вимірювання таких параметрів, як висота польоту літака, швидкість польоту, стан і напрямок польоту, прискорення, перевантаження та стан двигуна, технологія аерокосмічного транспортного засобу, технологія космічного корабля та аерокосмічне вимірювання. і техніка управління.Зачекайте.
У військовій техніці застосування технологій вимірювання та керування включає: високоточну зброю, інтелектуальні боєприпаси, військову автоматизовану командну систему (система C4IRS), військове обладнання для космічного простору (таке як різноманітні військові розвідувальні супутники, супутники зв’язку, раннього попередження, навігаційні супутники тощо). .).
Становлення та розвиток вимірювально-регулюючої техніки
Історичні факти розвитку науки і техніки Історія розуміння людиною і перетворення природи також є важливою частиною історії людської цивілізації.Розвиток науки і техніки в першу чергу залежить від розвитку вимірювальної техніки.Сучасне природознавство починається з вимірювання в справжньому сенсі.Багато видатних вчених мріють бути винахідниками наукових приладів і засновниками методів вимірювання.Прогрес вимірювальної техніки безпосередньо обумовлює прогрес науки і техніки.
Перша технічна революція
У 17-му і 18-му століттях почали з'являтися вимірювальні та контрольні технології.Деякі фізики в Європі почали використовувати силу струму та магнітне поле для виготовлення простих гальванометрів і використовувати оптичні лінзи для виготовлення телескопів, заклавши таким чином основу для електричних та оптичних приладів.У 1760-х роках у Великобританії почалася перша науково-технічна революція.До 19 століття перша науково-технічна революція поширилася на Європу, Америку та Японію.У цей період використовувалися деякі прості засоби вимірювання, такі як прилади для вимірювання довжини, температури, тиску тощо.У житті була створена величезна продуктивність.
Друга технічна революція
Ряд розробок у галузі електромагнетизму на початку 19 століття спровокував другу технологічну революцію.Завдяки винаходу приладу для вимірювання струму електромагнетизм був швидко поставлений на правильний шлях, і відкриття одне за іншим росло.Багато винаходів у галузі електромагнетизму, такі як телеграф, телефон, генератор тощо, сприяли настанню епохи електрики.У той же час з’являються різні інші інструменти для вимірювання та спостереження, такі як прецизійний першокласний теодоліт, який використовувався для вимірювання висоти до 1891 року.
Третя технічна революція
Після Другої світової війни нагальна потреба у високих технологіях у різних країнах сприяла трансформації технології виробництва від загальної механізації до електрифікації та автоматизації, і було зроблено ряд великих проривів у науково-теоретичних дослідженнях.
У цей період обробна промисловість, представлена електромеханічними виробами, починає промислово розвиватися.Характеристиками масового виробництва продукції є циклічність операцій і потокові операції.Щоб зробити їх автоматичними, необхідно автоматично визначати положення заготовки на етапі виключення обробки та виробництва., розмір, форму, поставу чи продуктивність тощо. Для цього потрібна велика кількість вимірювальних і контрольних пристроїв.З іншого боку, розвиток хімічної промисловості з використанням нафти як сировини вимагає великої кількості вимірювальних і контрольних приладів.Почала стандартизуватися автоматизована контрольно-вимірювальна апаратура, формуватися система автоматичного керування на вимогу.Водночас, у цей період також народилися верстати з ЧПК і роботизована технологія, в яких важливе застосування мають вимірювальні та контрольні технології та інструменти.
З розвитком науки і техніки прилади стали незамінним технічним інструментом для вимірювання, контролю та автоматизації, починаючи від простого вимірювання та спостереження.Щоб задовольнити потреби в різних аспектах, приладобудування розширилося від традиційних сфер застосування до нетрадиційних сфер застосування, таких як біомедицина, екологічне середовище та біоінженерія.
Починаючи з 21-го століття, велика кількість останніх технологічних досягнень, таких як нанорозмірні результати досліджень точних машин, результати сучасних хімічних досліджень на молекулярному рівні, результати біологічних досліджень на рівні генів і дослідження високоточних надпродуктивних спеціальних функціональних матеріалів Результати та глобальні Результати популяризації та застосування мережевих технологій з’являються один за одним, що є фундаментальною зміною у сфері приладобудування та сприяє настанню нової ери високотехнологічних та інтелектуальних інструментів.
Датчики в системах вимірювання та керування
Загальна система вимірювання та контролю складається з датчиків, проміжних перетворювачів і самописців.Датчик виявляє та перетворює виміряну фізичну величину у виміряну фізичну величину.Проміжний перетворювач аналізує, обробляє та перетворює вихід датчика в сигнал, який може бути прийнятий наступним приладом, і виводить його в інші системи або вимірюється реєстратором дисплея.Результати відображаються та записуються.
Датчик є першою ланкою вимірювальної системи.Для системи керування, якщо комп’ютер порівнювати з мозком, то датчик еквівалентний п’яти органам чуття, що безпосередньо впливає на точність керування системою.
Датчик зазвичай складається з чутливих елементів, файлів перетворення та схем перетворення.Виміряне значення безпосередньо відчувається чутливим елементом, і зміна певного значення параметра сама по собі має певний зв’язок зі зміною вимірюваного значення, і цей параметр легко виміряти та вивести;потім вихід чутливого елемента перетворюється в електричний параметр перетворювальним елементом;Нарешті, схема перетворення підсилює електричні параметри, виведені елементом перетворення, і перетворює їх у корисні електричні сигнали, зручні для відображення, запису, обробки та контролю.
Поточна ситуація та розробка нових датчиків
Технологія зондування є однією з найшвидше розвиваються високих технологій у світі сьогодні.Новий датчик не тільки забезпечує високу точність, великий діапазон, високу надійність і низьке енергоспоживання, але також розвивається в напрямку інтеграції, мініатюризації, оцифровки та інтелекту.
1. Розумний
Інтелект датчика означає поєднання функцій звичайних датчиків і функцій комп’ютерів або інших компонентів для формування незалежного вузла, який не тільки має функції захоплення інформації та перетворення сигналу, але також має здатність обробляти дані , аналіз винагороди та прийняття рішень.
2. Мережа
Об’єднання датчика в мережу дозволяє датчику мати функцію з’єднання з комп’ютерною мережею, реалізувати здатність передачі та обробки інформації на великі відстані, тобто реалізувати вимірювання «за горизонтом» вимірювання і система контролю.
3. Мініатюризація
Значення мініатюризації датчика значно зменшує об’єм датчика за умови, що функція залишається незмінною або навіть покращеною.Мініатюризація є вимогою сучасного точного вимірювання та контролю.В принципі, чим менший розмір датчика, тим менший вплив на вимірюваний об'єкт і навколишнє середовище, тим менше споживання енергії, і тим легше досягти точного вимірювання.
4. Інтеграція
Під інтеграцією датчиків розуміється інтеграція наступних двох напрямків:
(1) Інтеграція кількох параметрів вимірювання може вимірювати декілька параметрів.
(2) Інтеграція зондування та наступних схем, тобто інтеграція чутливих компонентів, компонентів перетворення, схем перетворення та навіть блоків живлення на одній мікросхемі, щоб вона мала високу продуктивність.
5. Оцифровка
Цифрова цінність датчика полягає в тому, що інформація, виведена датчиком, є цифровою величиною, яка може реалізувати передачу на великі відстані та з високою точністю та може бути підключена до цифрового обладнання обробки, такого як комп’ютер, без проміжних ланок.
Інтеграція, інтелект, мініатюризація, створення мережі та оцифровка датчиків не є незалежними, а взаємодоповнюють і взаємопов’язані, і між ними немає чіткої межі.
Технологія управління в системі вимірювання та керування
Основи теорії керування
1. Класична теорія управління
Класична теорія керування включає три частини: теорію лінійного керування, теорію вибіркового керування та теорію нелінійного керування.Класична кібернетика використовує перетворення Лапласа та Z-перетворення як математичні інструменти, а лінійну сталу систему з одним входом і одним виходом основним об’єктом дослідження.Диференціальне рівняння, що описує систему, перетворюється в область комплексних чисел за допомогою перетворення Лапласа або Z-перетворення, і отримується передаточна функція системи.І на основі передатної функції, метод дослідження траєкторії та частоти, зосереджений на аналізі стабільності та стаціонарної точності системи керування зі зворотним зв’язком.
2. Сучасна теорія управління
Сучасна теорія керування — це теорія керування, заснована на методі простору станів, який є основною складовою теорії автоматичного керування.У сучасній теорії управління аналіз і проектування системи управління в основному здійснюються шляхом опису змінних стану системи, а основним методом є метод часової області.Сучасна теорія управління може мати справу з набагато ширшим діапазоном проблем управління, ніж класична теорія управління, включаючи лінійні та нелінійні системи, стаціонарні системи та системи, що змінюються в часі, системи з однією змінною та системи з багатьма змінними.Методи та алгоритми, які він приймає, також більше підходять для цифрових комп’ютерів.Сучасна теорія керування також пропонує можливість проектувати та будувати оптимальні системи керування із заданими показниками ефективності.
Система контролю
Система керування складається з пристроїв керування (включаючи контролери, виконавчі механізми та датчики) та керованих об’єктів.Керуючим пристроєм може бути людина або машина, чим автоматичне керування відрізняється від ручного.Для системи автоматичного керування, відповідно до різних принципів керування, її можна розділити на систему керування з відкритим контуром і систему керування із замкнутим контуром;відповідно до класифікації поданих сигналів, її можна розділити на систему керування постійним значенням, систему подальшого керування та систему програмного керування.
Технологія віртуальних інструментів
Вимірювальний прилад є важливою частиною системи вимірювання та керування, яка поділяється на два види: незалежний прилад та віртуальний прилад.
Незалежний прилад збирає, обробляє та виводить сигнал приладу в незалежне шасі, має панель керування та різні порти, і всі функції існують у формі апаратного чи мікропрограмного забезпечення, що визначає, що незалежний прилад може бути визначений лише виробник., ліцензія, яку користувач не може змінити.
Віртуальний інструмент завершує аналіз і обробку сигналу, вираження та виведення результату на комп’ютері або вставляє картку збору даних на комп’ютері та видаляє три частини приладу на комп’ютері, що порушує традиційні інструменти.обмеження.
Технічні характеристики віртуальних інструментів
1. Потужні функції, що об’єднують потужну апаратну підтримку комп’ютерів, долаючи обмеження традиційних інструментів щодо обробки, відображення та зберігання.Стандартна конфігурація: високопродуктивний процесор, дисплей з високою роздільною здатністю, жорсткий диск великої ємності.
2. Ресурси комп’ютерного програмного забезпечення реалізують програмне забезпечення деяких апаратних засобів машини, економлять матеріальні ресурси та підвищують гнучкість системи;за допомогою відповідних чисельних алгоритмів різноманітний аналіз і обробка тестових даних може виконуватися безпосередньо в реальному часі;через технологію GUI (графічний інтерфейс користувача) для справді досягнення дружнього інтерфейсу та взаємодії людини з комп’ютером.
3. Враховуючи комп’ютерну шину та модульну інструментальну шину, апаратне забезпечення приладу є модульним та серіалізованим, що значно зменшує розмір системи та полегшує побудову модульних інструментів.
Склад віртуальної приладової системи
Віртуальний інструмент складається з апаратних пристроїв та інтерфейсів, програмного забезпечення драйвера пристрою та віртуальної приладової панелі.Серед них апаратними пристроями та інтерфейсами можуть бути різні вбудовані функціональні карти на базі ПК, інтерфейсні карти шини універсального інтерфейсу, послідовні порти, інтерфейси приладів шини VXI тощо або інше різне програмоване зовнішнє тестове обладнання. Програмне забезпечення драйвера пристрою програма-драйвер, яка безпосередньо керує різними апаратними інтерфейсами.Віртуальний прилад зв’язується з реальною системою приладів через базове програмне забезпечення драйвера пристрою та відображає відповідні робочі елементи реальної панелі приладів на екрані комп’ютера у формі віртуальної панелі приладів.Різні елементи керування.Користувач керує панеллю віртуального приладу за допомогою миші так само реально і зручно, як і керування реальним інструментом.
Спеціалізація «Вимірювально-контрольна техніка та приладобудування» є традиційною та має перспективи розвитку.Його називають традиційним, оскільки він має давнє походження, пережив сотні років розвитку та відіграв важливу роль у суспільному розвитку.Як традиційна спеціальність, вона включає в себе багато дисциплін одночасно, що робить її все ще сильною життєвою силою.
З подальшим розвитком сучасних вимірювальних і контрольних технологій, електронних інформаційних технологій і комп’ютерних технологій, це започаткувало нову можливість для інновацій і розвитку, які, безсумнівно, створять все більше і більше критичних застосувань у різних сферах.
Час публікації: 21 листопада 2022 р