Mittaus- ja ohjaustekniikka ja -instrumentti on teoria ja tekniikka, joka tutkii tiedon hankintaa ja käsittelyä sekä siihen liittyvien elementtien ohjausta."Mittaus- ja ohjaustekniikka ja -laitteet" tarkoittaa tiedonkeruun, mittauksen, tallennuksen, siirron, käsittelyn ja ohjauksen välineitä ja laitteita, mukaan lukien mittaustekniikka, ohjaustekniikka sekä näitä tekniikoita toteuttavat instrumentit ja järjestelmät.
Mittaus- ja ohjaustekniikka
Mittaus- ja ohjaustekniikka ja -laitteet perustuvat tarkkuuskoneisiin, elektroniikkatekniikkaan, optiikkaan, automaattiseen ohjaukseen ja tietotekniikkaan.Se tutkii pääasiassa erilaisten tarkkuustestaus- ja ohjausteknologioiden uusia periaatteita, menetelmiä ja prosesseja.Tietotekniikalla on viime vuosina ollut yhä tärkeämpi rooli mittaus- ja ohjaustekniikan sovellustutkimuksessa.
Mittaus- ja ohjaustekniikka on tuotantoon ja elämään suoraan sovellettu sovellustekniikka, jonka sovellus kattaa sosiaalisen elämän eri osa-alueet, kuten "maatalouden, meren, maan ja ilman, ruoan ja vaatteiden painon".Instrumentointitekniikka on kansantalouden "kertoja", tieteellisen tutkimuksen "ensimmäinen upseeri", armeijan "taisteluvoima" ja "materialisoitunut tuomari" lain säätelyssä.Tietokoneistettu testaus- ja ohjaustekniikka sekä älykkäät ja tarkat mittaus- ja ohjauslaitteet ja -järjestelmät ovat tärkeitä symboleja ja välineitä nykyaikaisen teollisuus- ja maataloustuotannon, tieteellisen ja teknologisen tutkimuksen, hallinnan, tarkastuksen ja seurannan aloilla, ja niillä on yhä tärkeämpi rooli.
Mittaus- ja ohjaustekniikan ja instrumentointitekniikan soveltaminen
Mittaus- ja ohjaustekniikka on sovellettua tekniikkaa, jota käytetään laajasti teollisuuden, maatalouden, liikenteen, merenkulun, lentoliikenteen, armeijan, sähkövoiman ja siviilielämän aloilla.Tuotantotekniikan kehittyessä mittaus- ja ohjaustekniikalla on keskeinen rooli ohjaustekniikassa yksittäisen ja sen laitteiden alustavasta ohjauksesta koko prosessin ja jopa järjestelmän ohjaukseen, erityisesti nykypäivän huipputeknologiassa. modernin tieteen ja teknologian alalla.
Metallurgisessa teollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan soveltamiseen kuuluvat: kuumamasuunin ohjaus, panostuksen ohjaus ja masuunin ohjaus raudanvalmistusprosessissa, paineensäätö, valssaamon nopeuden säätö, kelan ohjaus jne. teräsvalssausprosessissa, ja siinä käytetyt erilaiset ilmaisinlaitteet.
Sähkövoimateollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan sovellusalueeseen kuuluvat kattilan poltonohjausjärjestelmä, höyryturbiinin automaattinen valvonta, automaattinen suojaus, automaattinen säätö ja automaattinen ohjelmaohjausjärjestelmä sekä höyryturbiinin tehonsyötön ja -lähdön ohjausjärjestelmä. moottori.
Hiiliteollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan sovellukset sisältävät: hiilipohjaisen metaanin mittauslaitteen kivihiilen louhintaprosessissa, kaivosilman koostumuksen tunnistuslaitteen, kaivoskaasun ilmaisimen, maanalaisen turvallisuuden valvontajärjestelmän jne., koksin sammutusprosessin ohjauksen ja kaasun talteenoton ohjauksen hiilen jalostusprosessi, jalostusprosessin ohjaus, tuotantokoneiden voimansiirron ohjaus jne.
Öljyteollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan sovelluksiin kuuluvat: magneettinen paikannus, vesipitoisuusmittari, painemittari ja muut öljyntuotantoprosessissa puunkorjuutekniikkaa tukevat mittauslaitteet, tehonsyöttöjärjestelmä, vesihuoltojärjestelmä, höyrynsyöttöjärjestelmä, kaasunsyöttöjärjestelmä , Varastointi ja kuljetusjärjestelmä ja kolme jätteenkäsittelyjärjestelmää ja mittauslaitteet useille parametreille jatkuvassa tuotantoprosessissa.
Kemianteollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan sovellusalueeseen kuuluvat: lämpötilan mittaus, virtauksen mittaus, nestetason mittaus, pitoisuus, happamuus, kosteus, tiheys, sameus, lämpöarvo ja erilaiset kaasuseoskomponentit.Ohjausinstrumentit, jotka ohjaavat säännöllisesti ohjattuja parametreja jne.
Koneteollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan sovelluksia ovat: tarkkuusdigitaaliset ohjaustyöstökoneet, automaattiset tuotantolinjat, teollisuusrobotit jne.
Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa mittaus- ja ohjaustekniikan soveltamiseen kuuluu: parametrien, kuten lentokorkeuden, lentonopeuden, lennon tilan ja suunnan, kiihtyvyyden, ylikuormituksen ja moottorin tilan, ilmailu-ajoneuvojen teknologian, avaruusalustekniikan ja ilmailumittausten mittaamisen. ja ohjaustekniikka.Odota.
Sotilasvarusteissa mittaus- ja ohjaustekniikan soveltamiseen kuuluvat: tarkkuusohjatut aseet, älykkäät ammukset, sotilaallisen automaation komentojärjestelmä (C4IRS-järjestelmä), ulkoavaruuden sotilasvarusteet (kuten erilaiset sotilaalliset tiedustelu-, viestintä-, ennakkovaroitus-, navigointisatelliitit jne.) .).
Mittaus- ja ohjaustekniikan muodostuminen ja kehittäminen
Tieteen ja tekniikan kehityksen historialliset tosiasiat Ihmisen ymmärryksen ja luonnon muuttumisen historia on myös tärkeä osa ihmissivilisaation historiaa.Tieteen ja tekniikan kehitys riippuu ensinnäkin mittaustekniikan kehityksestä.Nykyaikainen luonnontiede alkaa mittaamisesta varsinaisessa merkityksessä.Monet huippututkijat haaveilevat tieteellisten instrumenttien keksijistä ja mittausmenetelmien perustajista.Mittaustekniikan kehitys ohjaa suoraan tieteen ja teknologian kehitystä.
Ensimmäinen teknologinen vallankumous
1600- ja 1700-luvuilla mittaus- ja ohjaustekniikka alkoi ilmaantua.Jotkut eurooppalaiset fyysikot alkoivat käyttää virran ja magneettikentän voimaa yksinkertaisten galvanometrien valmistukseen ja optisia linssejä kaukoputkien valmistukseen, mikä loi perustan sähköisille ja optisille instrumenteille.Ensimmäinen tieteellinen ja teknologinen vallankumous alkoi 1760-luvulla Yhdistyneessä kuningaskunnassa.1800-luvulle asti ensimmäinen tieteellinen ja teknologinen vallankumous laajeni Eurooppaan, Amerikkaan ja Japaniin.Tänä aikana on käytetty joitain yksinkertaisia mittauslaitteita, kuten pituuden, lämpötilan, paineen jne. mittauslaitteita.Elämässä on luotu valtava tuottavuus.
Toinen teknologinen vallankumous
Sarja sähkömagnetismin alalla 1800-luvun alussa tapahtunutta kehitystä laukaisi toisen teknisen vallankumouksen.Virranmittauslaitteen keksimisen ansiosta sähkömagnetismi saatiin nopeasti oikeille raiteille, ja löytö toisensa jälkeen kasvoi.Monet sähkömagnetismin alan keksinnöt, kuten lennätin, puhelin, generaattori jne., vaikuttivat osaltaan sähköajan tuloon.Samaan aikaan on tulossa myös monia muita mittaus- ja havainnointilaitteita, kuten ennen vuotta 1891 korkeusmittauksiin käytetty ensiluokkainen tarkkuusteodoliitti.
Kolmas teknologinen vallankumous
Toisen maailmansodan jälkeen korkean teknologian kipeä tarve eri maissa edisti tuotantotekniikan siirtymistä yleisestä koneellistamisesta sähköistykseen ja automaatioon, ja tieteellisessä teoreettisessa tutkimuksessa tehtiin useita suuria läpimurtoja.
Tänä aikana sähkömekaanisten tuotteiden edustama tehdasteollisuus alkoi teollisesti kehittyä.Tuotteiden massatuotannon ominaispiirteitä ovat sykliset toiminnot ja virtaustoiminnot.Näiden automaattiseksi tekemiseksi on välttämätöntä tunnistaa automaattisesti työkappaleen sijainti käsittelyn ja tuotannon eliminointivaiheessa., koko, muoto, asento tai suorituskyky jne. Tätä varten tarvitaan suuri määrä mittaus- ja ohjauslaitteita.Toisaalta öljyä raaka-aineena käyttävän kemianteollisuuden nousu vaatii suuren määrän mittaus- ja ohjauslaitteita.Automatisoitua instrumentointia alettiin standardoida ja automaattinen ohjausjärjestelmä muodostettiin tarpeen mukaan.Samaan aikaan syntyivät myös CNC-työstökoneet ja robottiteknologia, joissa mittaus- ja ohjaustekniikalla ja instrumenteilla on tärkeitä sovelluksia.
Tieteen ja tekniikan kehityksen myötä instrumentoinnista on tullut korvaamaton tekninen työkalu mittauksessa, ohjauksessa ja automaatiossa yksinkertaisesta mittauksesta ja havainnoinnista alkaen.Eri näkökohtien tarpeiden täyttämiseksi instrumentointi on laajentunut perinteisistä sovellusalueista ei-perinteisille sovellusalueille, kuten biolääketieteeseen, ekologiseen ympäristöön ja biotekniikkaan.
2000-luvulta lähtien suuri määrä uusimpia teknologisia saavutuksia, kuten nanomittakaavan tarkkuuskoneiden tutkimustulokset, molekyylitason nykyaikaiset kemialliset tutkimustulokset, geenitason biologiset tutkimustulokset ja erittäin tarkka ultra-suorituskykyinen erityisfunktionaalisten materiaalien tutkimus tulokset ja globaalit Verkkoteknologian popularisoinnin ja soveltamisen tulokset ovat tulleet esiin peräkkäin, mikä on perustavanlaatuinen muutos instrumentointialalla ja edistää uuden korkean teknologian ja älykkäiden instrumenttien aikakauden tuloa.
Mittaus- ja ohjausjärjestelmien anturit
Yleinen mittaus- ja ohjausjärjestelmä koostuu antureista, välimuuntimista ja näyttötallentimista.Anturi havaitsee ja muuntaa mitatun fyysisen suuren mitatuksi fyysiseksi suureksi.Välimuunnin analysoi, käsittelee ja muuntaa anturin lähdön signaaliksi, jonka myöhempi laite voi hyväksyä, ja lähettää sen muihin järjestelmiin tai mittaa sen näytön tallentimella.Tulokset näytetään ja tallennetaan.
Anturi on mittausjärjestelmän ensimmäinen lenkki.Ohjausjärjestelmälle, jos tietokonetta verrataan aivoihin, anturi vastaa viittä aistia, mikä vaikuttaa suoraan järjestelmän ohjaustarkkuuteen.
Anturi koostuu yleensä herkistä elementeistä, muunnostiedostoista ja muunnospiireistä.Herkkä elementti tuntee mitatun arvon suoraan, ja tietyn parametriarvon muutoksella itsessään on selvä suhde mitatun arvon muutokseen, ja tämä parametri on helppo mitata ja tulostaa;sitten muunnoselementti muuntaa herkän elementin ulostulon sähköiseksi parametriksi;Lopuksi muunnospiiri vahvistaa muunnoselementin antamat sähköiset parametrit ja muuntaa ne hyödyllisiksi sähköisiksi signaaleiksi, jotka ovat käteviä näyttöä, tallennusta, käsittelyä ja ohjausta varten.
Nykytilanne ja uusien antureiden kehitys
Sensing-tekniikka on yksi nopeimmin kehittyvistä huipputeknologioista tällä hetkellä maailmassa.Uusi anturi ei ainoastaan tavoittele suurta tarkkuutta, laajaa kantamaa, suurta luotettavuutta ja alhaista virrankulutusta, vaan se kehittyy myös kohti integrointia, pienentämistä, digitalisointia ja älykkyyttä.
1. Älykäs
Anturin älykkyydellä tarkoitetaan tavanomaisten antureiden toimintojen ja tietokoneiden tai muiden komponenttien toimintojen yhdistämistä itsenäiseksi kokoonpanoksi, jolla on paitsi tiedon poiminnan ja signaalin muuntamisen toiminnot, myös tiedonkäsittelykyky. , korvausanalyysi ja päätöksenteko.
2. Verkottuminen
Anturin verkottumisen tarkoituksena on mahdollistaa sen, että anturilla on yhteys tietokoneverkkoon, pitkän matkan tiedonsiirto- ja käsittelykyky eli mittauksen "horisontin yli" mittaus. ja ohjausjärjestelmä.
3. Miniatyrisointi
Anturin miniatyrisointiarvo vähentää huomattavasti anturin äänenvoimakkuutta, jos toimintoa ei muuteta tai jopa tehostetaan.Miniatyrisointi on nykyaikaisen tarkkuuden mittauksen ja ohjauksen vaatimus.Periaatteessa mitä pienempi anturin koko, sitä pienempi vaikutus mitattavaan kohteeseen ja ympäristöön, sitä vähemmän energiaa kuluu ja sitä helpompi on saavuttaa tarkka mittaus.
4. Integrointi
Antureiden integrointi tarkoittaa seuraavan kahden suunnan integrointia:
(1) Useiden mittausparametrien integrointi voi mitata useita parametreja.
(2) Anturi- ja myöhempien piirien integrointi, eli herkkien komponenttien, muunnoskomponenttien, muunnospiirien ja jopa teholähteiden integrointi samalle sirulle, jotta sillä on korkea suorituskyky.
5. Digitalisointi
Anturin digitaalinen arvo on, että anturin antama informaatio on digitaalinen suure, jolla voidaan toteuttaa pitkän matkan ja erittäin tarkka lähetys ja joka voidaan liittää digitaalisiin prosessointilaitteisiin, kuten tietokoneeseen ilman välilinkkejä.
Antureiden integrointi, älykkyys, miniatyrisointi, verkottaminen ja digitalisointi eivät ole itsenäisiä, vaan täydentäviä ja toisiinsa liittyviä, eikä niiden välillä ole selkeää rajaa.
Ohjaustekniikka mittaus- ja ohjausjärjestelmässä
Perusohjausteoria
1. Klassinen ohjausteoria
Klassinen ohjausteoria sisältää kolme osaa: lineaarinen ohjausteoria, näytteenottoohjausteoria ja epälineaarinen ohjausteoria.Klassinen kybernetiikka ottaa Laplace-muunnoksen ja Z-muunnoksen matemaattisina työkaluina ja ottaa yhden tulon ja yhden lähdön lineaarisen tasaisen järjestelmän päätutkimuskohteena.Järjestelmää kuvaava differentiaaliyhtälö muunnetaan Laplace-muunnolla tai Z-muunnolla kompleksilukualueeksi ja saadaan järjestelmän siirtofunktio.Ja siirtofunktioon perustuva liikeradan ja taajuuden tutkimusmenetelmä, joka keskittyy takaisinkytkennän ohjausjärjestelmän vakauden ja vakaan tilan tarkkuuden analysointiin.
2. Moderni ohjausteoria
Nykyaikainen ohjausteoria on tila-avaruusmenetelmään perustuva ohjausteoria, joka on automaattisen ohjausteorian pääkomponentti.Nykyaikaisessa ohjausteoriassa ohjausjärjestelmän analysointi ja suunnittelu tehdään pääosin kuvaamalla järjestelmän tilamuuttujia ja perusmenetelmänä on aikatasomenetelmä.Nykyaikainen ohjausteoria voi käsitellä paljon laajempia ohjausongelmia kuin klassinen ohjausteoria, mukaan lukien lineaariset ja epälineaariset järjestelmät, kiinteät ja ajallisesti vaihtelevat järjestelmät, yksimuuttujajärjestelmät ja monimuuttujajärjestelmät.Sen käyttämät menetelmät ja algoritmit sopivat myös paremmin digitaalisille tietokoneille.Nykyaikainen ohjausteoria tarjoaa myös mahdollisuuden suunnitella ja rakentaa optimaalisia ohjausjärjestelmiä tietyillä suoritusindikaattoreilla.
Ohjausjärjestelmä
Ohjausjärjestelmä koostuu ohjauslaitteista (mukaan lukien säätimet, toimilaitteet ja anturit) ja ohjatuista kohteista.Ohjauslaite voi olla henkilö tai kone, mikä on ero automaattisen ohjauksen ja manuaalisen ohjauksen välillä.Automaattisen ohjausjärjestelmän osalta se voidaan jakaa eri ohjausperiaatteiden mukaan avoimen silmukan ohjausjärjestelmään ja suljetun silmukan ohjausjärjestelmään;annettujen signaalien luokituksen mukaan se voidaan jakaa vakioarvon ohjausjärjestelmään, seurantaohjausjärjestelmään ja ohjelman ohjausjärjestelmään.
Virtuaalinen instrumenttitekniikka
Mittauslaite on tärkeä osa mittaus- ja ohjausjärjestelmää, joka on jaettu kahteen tyyppiin: itsenäiseen laitteeseen ja virtuaaliseen laitteeseen.
Itsenäinen instrumentti kerää, käsittelee ja lähettää laitteen signaalin itsenäiseen koteloon, siinä on käyttöpaneeli ja erilaisia portteja, ja kaikki toiminnot ovat laitteiston tai laiteohjelmiston muodossa, mikä määrittää, että riippumaton laite voidaan määrittää vain valmistaja., lisenssi, jota käyttäjä ei voi muuttaa.
Virtuaalinen instrumentti suorittaa signaalin analysoinnin ja käsittelyn, tuloksen ilmaisemisen ja tulostamisen tietokoneelle tai asettaa tiedonkeruukortin tietokoneeseen ja poistaa kolme instrumentin osaa tietokoneelta, mikä murtaa perinteisen soittimia.rajoitus.
Virtuaaliinstrumenttien tekniset ominaisuudet
1. Tehokkaat toiminnot, jotka integroivat tietokoneiden tehokkaan laitteistotuen, murtaen perinteisten prosessointi-, näyttö- ja tallennuslaitteiden rajoitukset.Vakiokokoonpano on: korkean suorituskyvyn prosessori, korkearesoluutioinen näyttö, suurikapasiteettinen kiintolevy.
2. Tietokoneohjelmistoresurssit toteuttavat joidenkin konelaitteistojen ohjelmistosoinnin, säästävät materiaaliresursseja ja lisäävät järjestelmän joustavuutta;vastaavien numeeristen algoritmien avulla voidaan suorittaa erilaisia testitietojen analysointia ja käsittelyä suoraan reaaliajassa;GUI (graafinen käyttöliittymä) -teknologian avulla todella saavuttaaksesi ystävällisen käyttöliittymän ja ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksen.
3. Kun otetaan huomioon tietokoneväylä ja modulaarinen instrumenttiväylä, instrumenttilaitteisto on modulaarinen ja sarjoitettu, mikä pienentää huomattavasti järjestelmän kokoa ja helpottaa modulaaristen instrumenttien rakentamista.
Virtuaalisen instrumenttijärjestelmän kokoonpano
Virtuaaliinstrumentti koostuu laitteistoista ja liitännöistä, laiteohjainohjelmistosta ja virtuaalisesta kojetaulusta.Niiden joukossa laitteistolaitteita ja liitäntöjä voivat olla erilaisia PC-pohjaisia sisäänrakennettuja toimintokortteja, yleisrajapintaväyläliitäntäkortteja, sarjaportteja, VXI-väyläinstrumenttien liitäntöjä jne. tai muita erilaisia ohjelmoitavia ulkoisia testilaitteita, Laiteohjainohjelmisto on ajuriohjelma, joka ohjaa suoraan erilaisia laitteistoliittymiä.Virtuaalinen instrumentti kommunikoi todellisen instrumenttijärjestelmän kanssa taustalla olevan laiteajuriohjelmiston kautta ja näyttää todellisen kojetaulun vastaavat käyttöelementit tietokoneen näytöllä virtuaalisen kojetaulun muodossa.Erilaisia säätimiä.Käyttäjä käyttää virtuaalisen instrumentin paneelia hiirellä yhtä todellista ja kätevää kuin oikean instrumentin käyttäminen.
Mittaus- ja ohjaustekniikan ja instrumenttien pääaine on perinteinen ja täynnä kehitysmahdollisuuksia.Sen sanotaan olevan perinteinen, koska sillä on muinainen alkuperä, se on kehittynyt satoja vuosia ja sillä on ollut tärkeä rooli yhteiskunnallisessa kehityksessä.Perinteisenä pääaineena se sisältää monia tieteenaloja samanaikaisesti, mikä tekee siitä edelleen vahvan elinvoiman.
Nykyaikaisen mittaus- ja ohjaustekniikan, sähköisen tietotekniikan ja tietotekniikan kehittymisen myötä se on avannut uuden mahdollisuuden innovaatioon ja kehitykseen, joka varmasti tuottaa yhä enemmän kriittisiä sovelluksia eri aloille.
Postitusaika: 21.11.2022