Förstå mät- och styrteknik och instrumentteknik

Mät- och styrteknik och -instrument är en teori och teknik som studerar inhämtning och bearbetning av information och styrning av relaterade element."Mät- och styrteknik och -instrument" avser medel och utrustning för informationsinsamling, mätning, lagring, överföring, bearbetning och kontroll, inklusive mätteknik, styrteknik och instrument och system som implementerar dessa teknologier.

Mät- och styrteknik
Mät- och styrteknik och instrument bygger på precisionsmaskineri, elektronikteknik, optik, automatik och datateknik.Den studerar främst nya principer, metoder och processer för olika precisionstestnings- och kontrollteknologier.Datatekniken har under senare år spelat en allt viktigare roll i tillämpningsforskningen av mät- och reglerteknik.
Mät- och styrteknik är en tillämpningsteknik som är direkt applicerad på produktion och liv, och dess tillämpning täcker olika områden av det sociala livet som "tyngden av jordbruk, hav, land och luft, mat och kläder".Instrumentteknik är "multiplikatorn" av den nationella ekonomin, "förste officeren" för vetenskaplig forskning, "stridskraften" inom militären och den "materialiserade domaren" i juridiska regler.Datoriserad test- och styrteknik samt intelligenta och exakta mät- och styrinstrument och -system är viktiga symboler och medel inom områdena modern industri- och jordbruksproduktion, vetenskaplig och teknisk forskning, ledning, inspektion och övervakning och spelar en allt viktigare roll.

Tillämpning av mät- och styrteknik och instrumentteknik
Mät- och kontrollteknik är en tillämpad teknik som används i stor utsträckning inom olika områden inom industri, jordbruk, transport, navigation, flyg, militär, elkraft och civilt liv.Med utvecklingen av produktionsteknik spelar mät- och styrteknik en avgörande roll i styrtekniken från den initiala kontrollen av en singel och dess utrustning, till kontrollen av hela processen, och till och med systemet, särskilt i dagens banbrytande teknik inom området modern vetenskap och teknik.
Inom den metallurgiska industrin omfattar tillämpningen av mät- och styrteknik: varmmasugnsstyrning, laddningsstyrning och masugnsstyrning i järntillverkningsprocessen, tryckstyrning, valsverkets hastighetskontroll, spolstyrning etc. i stålvalsprocessen, och olika detektionsinstrument som används däri.
Inom elkraftsindustrin inkluderar tillämpningen av mät- och styrteknik pannans förbränningskontrollsystem, automatisk övervakning, automatiskt skydd, automatisk justering och automatiskt programstyrsystem för ångturbinen och styrsystemet för effektinmatning och uteffekt. motorn.
Inom kolindustrin inkluderar tillämpningen av mät- och kontrollteknik: kolbäddsmetanloggningsinstrument i kolbrytningsprocessen, gruvluftsammansättningsdetektor, gruvgasdetektor, underjordiskt säkerhetsövervakningssystem, etc., kokshärdningsprocesskontroll och kontroll av gasåtervinning i kolindustrin. kolraffineringsprocess, raffineringsprocesskontroll, produktionsmaskiners transmissionskontroll, etc.
Inom petroleumindustrin inkluderar tillämpningen av mät- och kontrollteknik: magnetisk lokalisering, vatteninnehållsmätare, tryckmätare och andra mätinstrument som stöder loggningsteknik i oljeproduktionsprocessen, strömförsörjningssystem, vattenförsörjningssystem, ångförsörjningssystem, gasförsörjningssystem , Lagring och transportsystem och tre avfallsbehandlingssystem och detekteringsinstrument för ett stort antal parametrar i den kontinuerliga produktionsprocessen.
Inom den kemiska industrin omfattar tillämpningen av mät- och reglerteknik: temperaturmätning, flödesmätning, vätskenivåmätning, koncentration, surhet, fuktighet, densitet, grumlighet, värmevärde och olika blandgaskomponenter.Styrinstrument som regelbundet styr de kontrollerade parametrarna m.m.
Inom maskinindustrin omfattar tillämpningen av mät- och styrteknik: digitala precisionsstyrningsmaskiner, automatiska produktionslinjer, industrirobotar, etc.
Inom flygindustrin omfattar tillämpningen av mät- och kontrollteknik: mätning av parametrar som flyghöjd, flyghastighet, flygtillstånd och riktning, acceleration, överbelastning och motortillstånd, flygfordonsteknik, rymdfarkoststeknik och rymdmätning och styrteknik.Vänta.
Inom militär utrustning omfattar tillämpningen av mät- och kontrollteknik: precisionsstyrda vapen, intelligent ammunition, militärt automationsledningssystem (C4IRS-system), militär utrustning för yttre rymden (såsom olika militära spaning, kommunikation, tidig varning, navigationssatelliter, etc.) .).

Bildande och utveckling av mät- och styrteknik
De historiska fakta om utvecklingen av vetenskap och teknik Historien om mänsklig förståelse och omvandling av naturen är också en viktig del av den mänskliga civilisationens historia.Utvecklingen av vetenskap och teknik beror först på utvecklingen av mätteknik.Modern naturvetenskap börjar med mätning i egentlig mening.Många framstående vetenskapsmän drömmer om att vara uppfinnare av vetenskapliga instrument och grundare av mätmetoder.Framstegen inom mätteknik driver direkt framsteg inom vetenskap och teknik.
Den första tekniska revolutionen
Under 1600- och 1700-talen började mätnings- och styrteknik att växa fram.Vissa fysiker i Europa började använda kraften från ström och magnetfält för att göra enkla galvanometrar, och använda optiska linser för att göra teleskop, och därmed lägga grunden för elektriska och optiska instrument.På 1760-talet började den första vetenskapliga och tekniska revolutionen i Storbritannien.Fram till 1800-talet expanderade den första vetenskapliga och tekniska revolutionen till Europa, Amerika och Japan.Under denna period har några enkla mätinstrument, såsom instrument för att mäta längd, temperatur, tryck etc., använts.I livet har enorm produktivitet skapats.

Den andra tekniska revolutionen
En rad utvecklingar inom området elektromagnetism i början av 1800-talet utlöste den andra tekniska revolutionen.På grund av uppfinningen av instrumentet för att mäta ström sattes elektromagnetismen snabbt på rätt spår, och den ena upptäckten efter den andra växte fram.Många uppfinningar inom området elektromagnetism, såsom telegraf, telefon, generator, etc., bidrog till den elektriska tidsålderns ankomst.Samtidigt dyker också olika andra instrument för mätning och observation fram, såsom precisionsteodoliten som användes för höjdmätning före 1891.

Den tredje tekniska revolutionen
Efter andra världskriget främjade det akuta behovet av högteknologi i olika länder omvandlingen av produktionsteknik från allmän mekanisering till elektrifiering och automatisering, och en rad stora genombrott inom vetenskapsteoretisk forskning gjordes.
Under denna period började tillverkningsindustrin representerad av elektromekaniska produkter att utvecklas industriellt.Egenskaperna för massproduktion av produkter är cykliska operationer och flödesoperationer.För att göra dessa automatiska krävs att arbetsstyckets position automatiskt detekteras under elimineringsstadiet av bearbetning och produktion., storlek, form, hållning eller prestanda, etc. För detta krävs ett stort antal mät- och kontrollanordningar.Å andra sidan kräver den kemiska industrins framväxt med petroleum som råvara ett stort antal mät- och styrinstrument.Automatiserad instrumentering började standardiseras och ett automatiskt styrsystem bildades på begäran.Samtidigt föddes också CNC-verktygsmaskiner och robotteknik under denna period, där mät- och styrteknik och instrument har viktiga tillämpningar.
Med utvecklingen av vetenskap och teknik har instrumentering blivit ett oumbärligt tekniskt verktyg för mätning, styrning och automatisering, utgående från enkel mätning och observation.För att möta behoven inom olika aspekter har instrumentering expanderat från traditionella applikationsområden till icke-traditionella applikationsområden som biomedicin, ekologisk miljö och bioteknik.
Sedan 2000-talet har ett stort antal av de senaste tekniska landvinningarna, såsom forskningsresultat för precisionsmaskiner i nanoskala, moderna kemiska forskningsresultat på molekylär nivå, biologiska forskningsresultat på gennivå och högprecisions- och ultrapresterande specialfunktionell materialforskning resultat och globala Resultaten av populariseringen och tillämpningen av nätverksteknologi har kommit ut efter varandra, vilket är en grundläggande förändring inom instrumenteringsområdet och främjar tillkomsten av en ny era av högteknologiska och intelligenta instrument.

Sensorer i mät- och styrsystem
Det generella mät- och styrsystemet består av sensorer, mellanomvandlare och displayregistratorer.Sensorn detekterar och omvandlar den uppmätta fysiska storheten till den uppmätta fysiska kvantiteten.Den mellanliggande omvandlaren analyserar, bearbetar och omvandlar utsignalen från sensorn till en signal som kan accepteras av det efterföljande instrumentet, och matar ut den till andra system, eller mäts av displayen.Resultaten visas och registreras.
Sensorn är den första länken i mätsystemet.För kontrollsystemet, om datorn jämförs med hjärnan, är sensorn ekvivalent med de fem sinnena, vilket direkt påverkar systemets kontrollnoggrannhet.
Sensorn är vanligtvis sammansatt av känsliga element, konverteringsfiler och konverteringskretsar.Det uppmätta värdet känns direkt av det känsliga elementet, och förändringen av ett visst parametervärde i sig själv har ett definitivt samband med förändringen av det uppmätta värdet, och denna parameter är lätt att mäta och mata ut;sedan omvandlas utsignalen från det känsliga elementet till en elektrisk parameter av omvandlingselementet;Slutligen förstärker omvandlingskretsen de elektriska parametrarna som matas ut av omvandlingselementet och omvandlar dem till användbara elektriska signaler som är bekväma för visning, inspelning, bearbetning och kontroll.
Nuvarande situation och utveckling av nya sensorer
Sensing technology är en av de snabbast utvecklande högteknologierna i världen idag.Den nya sensorn strävar inte bara efter hög precision, stort räckvidd, hög tillförlitlighet och låg strömförbrukning, utan utvecklas också mot integration, miniatyrisering, digitalisering och intelligens.

1. Intelligent
Sensorns intelligens hänvisar till kombinationen av funktionerna hos konventionella sensorer och funktionerna hos datorer eller andra komponenter för att bilda en oberoende sammansättning, som inte bara har funktionerna för informationsupptagning och signalomvandling, utan också har förmågan att bearbeta data. , ersättningsanalys och beslutsfattande.

2. Nätverk
Nätverkskopplingen av sensorn är att göra det möjligt för sensorn att ha funktionen att ansluta till datornätverket, för att realisera långdistansinformationsöverföring och bearbetningsförmåga, det vill säga att realisera mätningen "över horisonten" och kontrollsystem.

3. Miniatyrisering
Sensorns miniatyriseringsvärde minskar avsevärt sensorns volym under förutsättning att funktionen är oförändrad eller till och med förbättrad.Miniatyrisering är kravet på modern precisionsmätning och -kontroll.I princip gäller att ju mindre storleken på sensorn, desto mindre påverkan på det uppmätta objektet och miljön, desto mindre energiförbrukning, och desto lättare är det att uppnå exakt mätning.

4. Integration
Integreringen av sensorer hänvisar till integrationen av följande två riktningar:
(1) Integreringen av flera mätparametrar kan mäta flera parametrar.
(2) Integreringen av avkänningskretsar och efterföljande kretsar, det vill säga integrationen av känsliga komponenter, omvandlingskomponenter, omvandlingskretsar och till och med strömförsörjning på samma chip, så att den har hög prestanda.

5. Digitalisering
Sensorns digitala värde är att informationen som matas ut av sensorn är en digital kvantitet, som kan realisera långdistansöverföring och högprecisionsöverföring och kan anslutas till digital bearbetningsutrustning som en dator utan mellanliggande länkar.
Integreringen, intelligensen, miniatyriseringen, nätverksbyggandet och digitaliseringen av sensorer är inte oberoende, utan kompletterar och sammanhänger med varandra, och det finns ingen tydlig gräns mellan dem.
Styrteknik i mät- och styrsystem

Grundläggande kontrollteori
1. Klassisk kontrollteori
Klassisk kontrollteori innehåller tre delar: linjär kontrollteori, samplingskontrollteori och ickelinjär kontrollteori.Klassisk cybernetik tar Laplace-transform och Z-transform som matematiska verktyg, och tar det linjära stabila systemet med en ingång och en utgång som det huvudsakliga forskningsobjektet.Differentialekvationen som beskriver systemet omvandlas till den komplexa taldomänen genom Laplace-transform eller Z-transform, och systemets överföringsfunktion erhålls.Och baserat på överföringsfunktionen, en forskningsmetod för bana och frekvens, med fokus på att analysera stabiliteten och steady-state-noggrannheten hos återkopplingskontrollsystemet.

2. Modern kontrollteori
Modern kontrollteori är en kontrollteori baserad på tillståndsrymdmetoden, som är en huvudkomponent i automatisk kontrollteori.I modern styrteori utförs analysen och designen av styrsystemet huvudsakligen genom att beskriva systemets tillståndsvariabler, och den grundläggande metoden är tidsdomänmetoden.Modern styrteori kan hantera ett mycket bredare spektrum av styrproblem än klassisk styrteori, inklusive linjära och olinjära system, stationära och tidsvarierande system, enkelvariabla system och multivariabla system.De metoder och algoritmer den använder är också mer lämpade för digitala datorer.Modern styrteori ger också möjlighet att designa och konstruera optimala styrsystem med specificerade prestandaindikatorer.

Kontrollsystem
Styrsystemet består av styrenheter (inklusive styrenheter, ställdon och sensorer) och styrda objekt.Styranordningen kan vara en person eller en maskin, vilket är skillnaden mellan automatisk styrning och manuell styrning.För det automatiska styrsystemet, enligt de olika styrprinciperna, kan det delas in i öppet styrsystem och slutna styrsystem;enligt klassificeringen av givna signaler kan den delas in i konstantvärdestyrsystem, uppföljningsstyrsystem och programstyrsystem.

Virtuell instrumentteknik
Mätinstrument är en viktig del av mät- och styrsystemet, som är uppdelat i två typer: oberoende instrument och virtuellt instrument.
Det oberoende instrumentet samlar in, bearbetar och matar ut instrumentets signal i ett oberoende chassi, har en manöverpanel och olika portar, och alla funktioner finns i form av hårdvara eller firmware, vilket bestämmer att det oberoende instrumentet endast kan definieras av tillverkaren., licens, som användaren inte kan ändra.
Det virtuella instrumentet slutför analysen och bearbetningen av signalen, uttrycket och utmatningen av resultatet på datorn, eller sätter in datainsamlingskortet i datorn och tar bort de tre delarna av instrumentet på datorn, vilket bryter igenom den traditionella instrument.begränsning.

Tekniska egenskaper hos virtuella instrument
1. Kraftfulla funktioner, som integrerar det kraftfulla hårdvarustödet från datorer, bryter igenom begränsningarna för traditionella instrument i bearbetning, visning och lagring.Standardkonfigurationen är: högpresterande processor, högupplöst skärm, hårddisk med stor kapacitet.
2. Dataprogramresurser realiserar mjukvaruanpassningen av viss maskinvara, sparar materialresurser och förbättrar systemets flexibilitet;genom motsvarande numeriska algoritmer kan olika analyser och bearbetning av testdata utföras direkt i realtid;genom GUI-teknik (grafiskt användargränssnitt) för att verkligen uppnå ett vänligt gränssnitt och interaktion mellan människa och dator.
3. Med tanke på datorbussen och den modulära instrumentbussen är instrumenthårdvaran modulariserad och serialiserad, vilket kraftigt minskar storleken på systemet och underlättar konstruktionen av modulära instrument.
Sammansättningen av virtuella instrumentsystem
Virtuella instrument består av hårdvaruenheter och gränssnitt, drivrutinsprogramvara och virtuell instrumentpanel.Bland dem kan hårdvaruenheterna och gränssnitten vara olika PC-baserade inbyggda funktionskort, universella gränssnittsbussgränssnittskort, serieportar, VXI-businstrumentgränssnitt, etc., eller annan olika programmerbar extern testutrustning. Enhetsdrivrutinens programvara är ett drivrutinsprogram som direkt styr olika hårdvarugränssnitt.Det virtuella instrumentet kommunicerar med det verkliga instrumentsystemet genom den underliggande drivrutinens programvara och visar motsvarande funktionselement för den verkliga instrumentpanelen på datorskärmen i form av en virtuell instrumentpanel.Olika kontroller.Användaren styr panelen på det virtuella instrumentet med musen lika verklig och bekväm som att använda det riktiga instrumentet.
Mät- och styrteknik och instrument är en traditionell och full av utvecklingsmöjligheter.Det sägs vara traditionellt eftersom det har ett gammalt ursprung, har upplevt hundratals år av utveckling och har spelat en viktig roll i social utveckling.Som traditionell huvudämne involverar den många discipliner samtidigt, vilket gör att den fortfarande har en stark vitalitet.
Med vidareutvecklingen av modern mät- och styrteknik, elektronisk informationsteknik och datorteknik har det inlett en ny möjlighet till innovation och utveckling, som säkerligen kommer att producera allt mer kritiska tillämpningar inom olika områden.