Tehnologija in instrumenti za merjenje in nadzor so teorija in tehnologija, ki preučujeta pridobivanje in obdelavo informacij ter nadzor povezanih elementov.»Tehnologija in instrumenti za merjenje in nadzor« se nanašajo na sredstva in opremo za zbiranje informacij, merjenje, shranjevanje, prenos, obdelavo in nadzor, vključno z merilno tehnologijo, tehnologijo nadzora ter instrumenti in sistemi, ki izvajajo te tehnologije.
Merilna in krmilna tehnologija
Merilna in krmilna tehnologija ter instrumenti temeljijo na preciznih strojih, elektronski tehnologiji, optiki, avtomatskem krmiljenju in računalniški tehnologiji.Predvsem preučuje nova načela, metode in postopke različnih tehnologij natančnega testiranja in nadzora.V zadnjih letih ima računalniška tehnologija vse pomembnejšo vlogo pri raziskavah uporabe merilne in krmilne tehnologije.
Tehnologija merjenja in nadzora je aplikacijska tehnologija, ki se neposredno uporablja v proizvodnji in življenju, njena uporaba pa pokriva različna področja družbenega življenja, kot so "teža kmetijstva, morja, zemlje in zraka, hrane in oblačil".Instrumentacijska tehnika je »množilec« nacionalnega gospodarstva, »prvi častnik« znanstvenih raziskav, »bojna moč« v vojski in »materializirani sodnik« v pravnih predpisih.Računalniško podprta tehnologija testiranja in krmiljenja ter inteligentni in natančni merilni in krmilni instrumenti in sistemi so pomembni simboli in sredstva na področjih sodobne industrijske in kmetijske proizvodnje, znanstvenih in tehnoloških raziskav, upravljanja, nadzora in spremljanja ter igrajo vse pomembnejšo vlogo.
Uporaba merilne in krmilne tehnologije ter instrumentacijske tehnologije
Merilna in krmilna tehnologija je uporabna tehnologija, ki se pogosto uporablja na različnih področjih industrije, kmetijstva, transporta, navigacije, letalstva, vojske, električne energije in civilnega življenja.Z razvojem proizvodne tehnologije igra merilna in krmilna tehnologija ključno vlogo v tehnologiji krmiljenja od začetnega nadzora enote in njegove opreme do nadzora celotnega procesa in celo sistema, zlasti v današnji vrhunski tehnologiji. na področju sodobne znanosti in tehnologije.
V metalurški industriji uporaba merilne in krmilne tehnologije vključuje: nadzor vročega plavža, nadzor polnjenja in nadzor plavža v procesu izdelave železa, nadzor tlaka, nadzor hitrosti valjarne, nadzor tuljave itd. v procesu valjanja jekla in različni instrumenti za odkrivanje, ki se tam uporabljajo.
V elektroenergetiki uporaba merilne in krmilne tehnologije vključuje sistem za nadzor zgorevanja kotla, avtomatski nadzor, avtomatsko zaščito, avtomatsko prilagoditev in sistem avtomatskega programskega krmiljenja parne turbine ter sistem krmiljenja vhodne in izhodne moči motor.
V premogovništvu uporaba merilne in nadzorne tehnologije vključuje: instrument za beleženje metana v premogovniku v procesu rudarjenja premoga, instrument za zaznavanje sestave rudniškega zraka, detektor rudniškega plina, podzemni varnostni nadzorni sistem itd., nadzor procesa gašenja koksa in nadzor pridobivanja plina v proces rafiniranja premoga, nadzor procesa rafiniranja, nadzor prenosa proizvodnih strojev itd.
V naftni industriji uporaba merilne in krmilne tehnologije vključuje: magnetni lokator, merilnik vsebnosti vode, manometer in druge merilne instrumente, ki podpirajo tehnologijo beleženja v procesu proizvodnje nafte, sistem napajanja, sistem oskrbe z vodo, sistem oskrbe s paro, sistem oskrbe s plinom , Sistem za shranjevanje in transport ter trije sistemi za obdelavo odpadkov in instrumenti za odkrivanje velikega števila parametrov v neprekinjenem proizvodnem procesu.
V kemični industriji uporaba merilne in krmilne tehnologije vključuje: merjenje temperature, merjenje pretoka, merjenje nivoja tekočine, koncentracije, kislosti, vlažnosti, gostote, motnosti, kalorične vrednosti in različnih mešanih komponent plina.Kontrolni instrumenti, ki redno kontrolirajo nadzorovane parametre itd.
V strojni industriji uporaba merilne in krmilne tehnologije vključuje: precizna digitalna krmilna strojna orodja, avtomatske proizvodne linije, industrijske robote itd.
V vesoljski industriji uporaba merilne in krmilne tehnologije vključuje: merjenje parametrov, kot so višina leta letala, hitrost leta, stanje in smer leta, pospešek, preobremenitev in stanje motorja, tehnologija vesoljskih vozil, tehnologija vesoljskih plovil in meritve v vesolju in nadzorna tehnologija.Počakaj.
V vojaški opremi uporaba merilne in nadzorne tehnologije vključuje: natančno vodeno orožje, inteligentno strelivo, vojaški avtomatizirani komandni sistem (sistem C4IRS), vesoljsko vojaško opremo (kot so različni vojaški izvidniški, komunikacijski, zgodnje opozarjanje, navigacijski sateliti itd.). .).
Nastanek in razvoj merilne in krmilne tehnike
Zgodovinska dejstva razvoja znanosti in tehnologije Zgodovina človekovega razumevanja in preoblikovanja narave je tudi pomemben del zgodovine človeške civilizacije.Razvoj znanosti in tehnologije je najprej odvisen od razvoja merilne tehnike.Sodobno naravoslovje se začne z merjenjem v pravem pomenu besede.Mnogi izjemni znanstveniki sanjajo o tem, da bi bili izumitelji znanstvenih instrumentov in ustanovitelji merilnih metod.Napredek merilne tehnologije neposredno poganja napredek znanosti in tehnologije.
Prva tehnološka revolucija
V 17. in 18. stoletju se je začela pojavljati merilna in krmilna tehnologija.Nekateri fiziki v Evropi so začeli uporabljati silo toka in magnetnega polja za izdelavo enostavnih galvanometrov in uporabljati optične leče za izdelavo teleskopov ter tako postavili temelje električnim in optičnim instrumentom.V šestdesetih letih 17. stoletja se je v Združenem kraljestvu začela prva znanstvena in tehnološka revolucija.Do 19. stoletja se je prva znanstveno-tehnološka revolucija razširila v Evropo, Ameriko in na Japonsko.V tem obdobju so se uporabljali nekateri preprosti merilni instrumenti, kot so instrumenti za merjenje dolžine, temperature, tlaka itd.V življenju je bila ustvarjena ogromna produktivnost.
Druga tehnološka revolucija
Vrsta razvoja na področju elektromagnetizma v začetku 19. stoletja je sprožila drugo tehnološko revolucijo.Zaradi iznajdbe instrumenta za merjenje toka je bil elektromagnetizem hitro postavljen na pravo pot in odkritja so rasla eno za drugim.Številni izumi na področju elektromagnetizma, kot so telegraf, telefon, generator itd., so prispevali k nastopu električne dobe.Hkrati se pojavljajo tudi različni drugi instrumenti za merjenje in opazovanje, kot na primer natančni prvovrstni teodolit, ki so ga pred letom 1891 uporabljali za merjenje višin.
Tretja tehnološka revolucija
Po drugi svetovni vojni je nujna potreba po visoki tehnologiji v različnih državah spodbudila preoblikovanje proizvodne tehnologije od splošne mehanizacije k elektrifikaciji in avtomatizaciji, storjena pa je bila vrsta velikih prebojev v znanstvenih teoretičnih raziskavah.
V tem obdobju se je proizvodna industrija, ki jo predstavljajo elektromehanski izdelki, začela industrijsko razvijati.Značilnosti masovne proizvodnje izdelkov so ciklične operacije in pretočne operacije.Da bi bili ti avtomatski, je potrebno samodejno zaznavanje položaja obdelovanca med fazo izločanja obdelave in proizvodnje., velikost, oblika, drža ali zmogljivost itd. V ta namen je potrebno veliko število merilnih in kontrolnih naprav.Po drugi strani pa vzpon kemične industrije z nafto kot surovino zahteva veliko število merilnih in kontrolnih instrumentov.Avtomatizirana instrumentacija se je začela standardizirati in na zahtevo je bil oblikovan avtomatski krmilni sistem.Hkrati so se v tem obdobju rodili CNC obdelovalni stroji in robotska tehnologija, v kateri imajo merilne in krmilne tehnologije ter instrumenti pomembne aplikacije.
Z razvojem znanosti in tehnologije je instrumentacija postala nepogrešljivo tehnično orodje za merjenje, krmiljenje in avtomatizacijo, začenši s preprostim merjenjem in opazovanjem.Da bi zadovoljili potrebe različnih vidikov, se je instrumentacija razširila s tradicionalnih področij uporabe na netradicionalna področja uporabe, kot so biomedicina, ekološko okolje in bioinženiring.
Od 21. stoletja veliko število najnovejših tehnoloških dosežkov, kot so rezultati raziskav preciznih strojev v nanometru, rezultati sodobnih kemijskih raziskav na molekularni ravni, rezultati bioloških raziskav na ravni genov in raziskave visokonatančnih ultrazmogljivih posebnih funkcionalnih materialov Rezultati in globalno Rezultati popularizacije in uporabe omrežne tehnologije se vrstijo drug za drugim, kar je temeljna sprememba na področju instrumentacije in spodbuja prihod nove dobe visokotehnoloških in inteligentnih instrumentov.
Senzorji v merilnih in krmilnih sistemih
Splošni merilni in krmilni sistem sestavljajo senzorji, vmesni pretvorniki in zapisovalniki zaslona.Senzor zazna in pretvori izmerjeno fizikalno količino v izmerjeno fizikalno količino.Vmesni pretvornik analizira, obdela in pretvori izhod senzorja v signal, ki ga lahko sprejme nadaljnji instrument, in ga oddaja drugim sistemom ali pa ga izmeri snemalnik zaslona.Rezultati so prikazani in zabeleženi.
Senzor je prvi člen merilnega sistema.Za nadzorni sistem, če računalnik primerjamo z možgani, je senzor enakovreden petim čutilom, kar neposredno vpliva na natančnost nadzora sistema.
Senzor je na splošno sestavljen iz občutljivih elementov, pretvorbenih datotek in pretvorbenih vezij.Izmerjeno vrednost neposredno občuti občutljivi element in sprememba določene vrednosti parametra sama po sebi ima določeno povezavo s spremembo izmerjene vrednosti, ta parameter pa je enostavno izmeriti in izpisati;nato se izhod občutljivega elementa pretvori v električni parameter s pretvorniškim elementom;Končno pretvorniško vezje ojača električne parametre, ki jih odda pretvorniški element, in jih pretvori v uporabne električne signale, ki so primerni za prikaz, snemanje, obdelavo in nadzor.
Trenutno stanje in razvoj novih senzorjev
Tehnologija zaznavanja je danes ena najhitreje razvijajočih se tehnologij na svetu.Novi senzor ne zasleduje le visoke natančnosti, velikega dosega, visoke zanesljivosti in nizke porabe energije, ampak se razvija tudi v smeri integracije, miniaturizacije, digitalizacije in inteligence.
1. Inteligenten
Inteligenca senzorja se nanaša na kombinacijo funkcij običajnih senzorjev in funkcij računalnikov ali drugih komponent, ki tvorijo neodvisen sklop, ki nima samo funkcij zajemanja informacij in pretvorbe signalov, ampak ima tudi sposobnost obdelave podatkov. , analiza nadomestil in odločanje.
2. Mreženje
Mrežno povezovanje senzorja omogoča senzorju, da ima funkcijo povezovanja z računalniškim omrežjem, da uresniči zmožnost prenosa in obdelave informacij na dolge razdalje, to je, da uresniči merjenje meritve "nad obzorjem". in nadzorni sistem.
3. Miniaturizacija
Vrednost miniaturizacije senzorja močno zmanjša prostornino senzorja pod pogojem, da je funkcija nespremenjena ali celo izboljšana.Miniaturizacija je zahteva sodobnega natančnega merjenja in nadzora.Načeloma velja, da manjša kot je tipalo, manjši je vpliv na merjeni objekt in okolje, manjša je poraba energije in lažje je doseči natančno merjenje.
4. Integracija
Integracija senzorjev se nanaša na integracijo naslednjih dveh smeri:
(1) Integracija več merilnih parametrov lahko meri več parametrov.
(2) Integracija zaznavnih in kasnejših vezij, to je integracija občutljivih komponent, komponent za pretvorbo, vezij za pretvorbo in celo napajalnikov na istem čipu, tako da ima visoko zmogljivost.
5. Digitalizacija
Digitalna vrednost senzorja je, da je informacija, ki jo senzor oddaja, digitalna količina, ki lahko realizira prenos na dolge razdalje in visoko natančnost ter se lahko brez vmesnih povezav poveže z opremo za digitalno obdelavo, kot je računalnik.
Integracija, inteligenca, miniaturizacija, mreženje in digitalizacija senzorjev niso neodvisne, temveč komplementarne in medsebojno povezane in med njimi ni jasne meje.
Krmilna tehnologija v merilnem in krmilnem sistemu
Osnovna teorija krmiljenja
1. Klasična teorija vodenja
Klasična teorija nadzora vključuje tri dele: teorijo linearnega nadzora, teorijo nadzora vzorčenja in teorijo nelinearnega nadzora.Klasična kibernetika uporablja Laplaceovo transformacijo in Z transformacijo kot matematični orodji, za glavni raziskovalni predmet pa linearni stacionarni sistem z enim vhodom in enim izhodom.Diferencialno enačbo, ki opisuje sistem, pretvorimo v domeno kompleksnih števil z Laplaceovo transformacijo ali Z transformacijo in dobimo prenosno funkcijo sistema.In temelji na funkciji prenosa, raziskovalni metodi trajektorije in frekvence, ki se osredotoča na analizo stabilnosti in natančnosti v stanju dinamičnega ravnovesja krmilnega sistema s povratnimi informacijami.
2. Sodobna teorija vodenja
Sodobna teorija krmiljenja je teorija nadzora, ki temelji na metodi prostora stanj, ki je glavna komponenta teorije avtomatskega krmiljenja.V sodobni teoriji vodenja se analiza in načrtovanje krmilnega sistema izvajata predvsem z opisovanjem spremenljivk stanja sistema, osnovna metoda pa je metoda časovne domene.Sodobna teorija krmiljenja se lahko ukvarja z veliko širšim obsegom problemov krmiljenja kot klasična teorija krmiljenja, vključno z linearnimi in nelinearnimi sistemi, stacionarnimi in časovno spremenljivimi sistemi, sistemi z eno spremenljivko in sistemi z več spremenljivkami.Metode in algoritmi, ki jih uporablja, so primernejši tudi za digitalne računalnike.Sodobna teorija regulacije ponuja tudi možnost načrtovanja in konstruiranja optimalnih regulacijskih sistemov z določenimi indikatorji delovanja.
Nadzorni sistem
Krmilni sistem je sestavljen iz krmilnih naprav (vključno s krmilniki, aktuatorji in senzorji) in nadzorovanih objektov.Krmilna naprava je lahko oseba ali stroj, kar je razlika med avtomatskim in ročnim krmiljenjem.Za avtomatski krmilni sistem, glede na različna krmilna načela, ga lahko razdelimo na krmilni sistem z odprto zanko in krmilni sistem z zaprto zanko;glede na klasifikacijo danih signalov ga lahko razdelimo na sistem za nadzor konstantne vrednosti, sistem za spremljanje in sistem za nadzor programa.
Tehnologija virtualnih instrumentov
Merilni instrument je pomemben del merilno-kontrolnega sistema, ki ga delimo na dve vrsti: samostojni instrument in virtualni instrument.
Neodvisni instrument zbira, obdeluje in oddaja signal instrumenta v neodvisnem ohišju, ima operacijsko ploščo in različne priključke, vse funkcije pa obstajajo v obliki strojne ali vdelane programske opreme, kar določa, da lahko neodvisni instrument definira samo proizvajalec., licenca, ki je uporabnik ne more spremeniti.
Virtualni instrument zaključi analizo in obdelavo signala, izražanje in izpis rezultata na računalniku ali v računalnik vstavi kartico za zajemanje podatkov in odstrani tri dele instrumenta na računalniku, kar prebije tradicionalno instrumenti.omejitev.
Tehnične značilnosti virtualnih instrumentov
1. Zmogljive funkcije, ki vključujejo zmogljivo strojno podporo računalnikov, ki prebijajo omejitve tradicionalnih instrumentov pri obdelavi, prikazovanju in shranjevanju.Standardna konfiguracija je: visoko zmogljiv procesor, zaslon visoke ločljivosti, trdi disk velike zmogljivosti.
2. Viri računalniške programske opreme uresničujejo programsko opremo nekatere strojne opreme stroja, prihranijo materialne vire in povečajo prilagodljivost sistema;prek ustreznih numeričnih algoritmov se lahko izvajajo različne analize in obdelave testnih podatkov neposredno v realnem času;prek tehnologije vmesnika GUI (grafični uporabniški vmesnik) za resnično doseganje prijaznega vmesnika in interakcije med človekom in računalnikom.
3. Glede na računalniško vodilo in modularno vodilo instrumentov je strojna oprema instrumentov modularizirana in serializirana, kar močno zmanjša velikost sistema in olajša gradnjo modularnih instrumentov.
Sestava virtualnega instrumentalnega sistema
Virtualni instrument je sestavljen iz naprav strojne opreme in vmesnikov, programske opreme gonilnikov naprav in virtualne instrumentne plošče.Med njimi so strojne naprave in vmesniki lahko različne vgrajene funkcijske kartice na osnovi osebnega računalnika, vmesniške kartice vodila univerzalnega vmesnika, serijska vrata, vmesniki instrumentov vodila VXI itd. ali druga različna programabilna zunanja testna oprema. Programska oprema gonilnika naprave je gonilniški program, ki neposredno krmili različne vmesnike strojne opreme.Navidezni instrument komunicira z resničnim sistemom instrumentov prek osnovne programske opreme gonilnika naprave in prikaže ustrezne operativne elemente prave instrumentne plošče na računalniškem zaslonu v obliki virtualne instrumentne plošče.Različne kontrole.Uporabnik upravlja ploščo virtualnega instrumenta z miško tako resnično in priročno kot upravljanje pravega instrumenta.
Smer merilna in krmilna tehnika in instrumenti je tradicionalna in razvojno perspektivna.Tradicionalna naj bi bila zato, ker ima prastar izvor, se je razvijala več sto let in je imela pomembno vlogo v družbenem razvoju.Kot tradicionalna smer vključuje več disciplin hkrati, zaradi česar ima še vedno močno vitalnost.
Z nadaljnjim razvojem sodobne merilne in krmilne tehnologije, elektronske informacijske tehnologije in računalniške tehnologije je odprla novo priložnost za inovacije in razvoj, ki bo zagotovo ustvarila vedno več kritičnih aplikacij na različnih področjih.
Čas objave: 21. novembra 2022