Comprender la tecnología de medición y control y la tecnología de instrumentación.

La tecnología e instrumento de medición y control es una teoría y tecnología que estudia la adquisición y el procesamiento de información y el control de elementos relacionados.“Tecnología e instrumentos de medición y control” se refiere a los medios y equipos para la recopilación, medición, almacenamiento, transmisión, procesamiento y control de información, incluida la tecnología de medición, la tecnología de control y los instrumentos y sistemas que implementan estas tecnologías.

Tecnología de medición y control
La tecnología y los instrumentos de medición y control se basan en maquinaria de precisión, tecnología electrónica, óptica, control automático y tecnología informática.Principalmente estudia nuevos principios, métodos y procesos de varias tecnologías de control y pruebas de precisión.En los últimos años, la tecnología informática ha desempeñado un papel cada vez más importante en la investigación de aplicaciones de la tecnología de medición y control.
La tecnología de medición y control es una tecnología de aplicación que se aplica directamente a la producción y la vida, y su aplicación abarca varios campos de la vida social como "el peso de la agricultura, el mar, la tierra y el aire, la alimentación y la ropa".La tecnología de instrumentación es el “multiplicador” de la economía nacional, el “primer oficial” de la investigación científica, el “poder de combate” en las fuerzas armadas y el “juez materializado” en las normas legales.La tecnología computarizada de prueba y control y los instrumentos y sistemas de medición y control inteligentes y precisos son símbolos y medios importantes en los campos de la producción industrial y agrícola moderna, la investigación científica y tecnológica, la gestión, la inspección y el monitoreo, y juegan un papel cada vez más importante.

Aplicación de Tecnología de Medida y Control y Tecnología de Instrumentación
La tecnología de medición y control es una tecnología aplicada, que se usa ampliamente en diversos campos de la industria, la agricultura, el transporte, la navegación, la aviación, el ejército, la energía eléctrica y la vida civil.Con el desarrollo de la tecnología de producción, la tecnología de medición y control juega un papel vital en la tecnología de control, desde el control inicial de uno solo y su equipo, hasta el control de todo el proceso e incluso del sistema, especialmente en la tecnología de punta de hoy. en el campo de la ciencia y la tecnología modernas.
En la industria metalúrgica, la aplicación de la tecnología de medición y control incluye: control de alto horno caliente, control de carga y control de alto horno en el proceso de fabricación de hierro, control de presión, control de velocidad del tren de laminación, control de bobinas, etc. en el proceso de laminación de acero, y varios instrumentos de detección utilizados en el mismo.
En la industria de la energía eléctrica, la aplicación de la tecnología de medición y control incluye el sistema de control de combustión de la caldera, el sistema automático de monitoreo, protección automática, ajuste automático y control de programa automático de la turbina de vapor, y el sistema de control de entrada y salida de energía de el motor.
En la industria del carbón, la aplicación de la tecnología de medición y control incluye: instrumento de registro de metano en capas de carbón en el proceso de minería del carbón, instrumento de detección de la composición del aire de la mina, detector de gas de la mina, sistema de monitoreo de seguridad subterráneo, etc., control del proceso de enfriamiento del coque y control de recuperación de gas en proceso de refinación de carbón, control de proceso de refinación, control de transmisión de maquinaria de producción, etc.
En la industria del petróleo, la aplicación de tecnología de medición y control incluye: localizador magnético, medidor de contenido de agua, manómetro y otros instrumentos de medición que respaldan la tecnología de registro en el proceso de producción de petróleo, sistema de suministro de energía, sistema de suministro de agua, sistema de suministro de vapor, sistema de suministro de gas , Sistema de almacenamiento y transporte y tres sistemas de tratamiento de residuos y los instrumentos de detección para una gran cantidad de parámetros en el proceso de producción continuo.
En la industria química, la aplicación de tecnología de medición y control incluye: medición de temperatura, medición de flujo, medición de nivel de líquido, concentración, acidez, humedad, densidad, turbidez, poder calorífico y varios componentes de gases mixtos.Instrumentos de control que controlan periódicamente los parámetros controlados, etc.
En la industria de la maquinaria, la aplicación de la tecnología de medición y control incluye: máquinas herramienta de control digital de precisión, líneas de producción automáticas, robots industriales, etc.
En la industria aeroespacial, la aplicación de la tecnología de medición y control incluye: la medición de parámetros como la altitud de vuelo de la aeronave, la velocidad de vuelo, el estado y la dirección del vuelo, la aceleración, la sobrecarga y el estado del motor, la tecnología de vehículos aeroespaciales, la tecnología de naves espaciales y la medición aeroespacial y tecnología de control.Esperar.
En el equipo militar, la aplicación de la tecnología de medición y control incluye: armas guiadas de precisión, munición inteligente, sistema de comando de automatización militar (sistema C4IRS), equipo militar del espacio exterior (como varios satélites militares de reconocimiento, comunicación, alerta temprana, navegación, etc. .).

Formación y desarrollo de tecnología de medición y control
Los hechos históricos del desarrollo de la ciencia y la tecnología La historia de la comprensión humana y la transformación de la naturaleza es también una parte importante de la historia de la civilización humana.El desarrollo de la ciencia y la tecnología depende primero del desarrollo de la tecnología de medición.La ciencia natural moderna comienza con la medición en el verdadero sentido.Muchos científicos destacados sueñan con ser inventores de instrumentos científicos y fundadores de métodos de medición.El progreso de la tecnología de medición impulsa directamente el progreso de la ciencia y la tecnología.
La primera revolución tecnológica
En los siglos XVII y XVIII comenzaba a surgir la tecnología de medición y control.Algunos físicos en Europa comenzaron a usar la fuerza de la corriente y el campo magnético para hacer galvanómetros simples y usar lentes ópticos para hacer telescopios, sentando así las bases para los instrumentos eléctricos y ópticos.En la década de 1760, comenzó la primera revolución científica y tecnológica en el Reino Unido.Hasta el siglo XIX, la primera revolución científica y tecnológica se expandió a Europa, América y Japón.Durante este período se han utilizado algunos instrumentos de medición simples, como instrumentos para medir longitud, temperatura, presión, etc.En la vida, se ha creado una enorme productividad.

La segunda revolución tecnológica
Una serie de desarrollos en el campo del electromagnetismo a principios del siglo XIX desencadenó la segunda revolución tecnológica.Debido a la invención del instrumento para medir la corriente, el electromagnetismo se puso rápidamente en el camino correcto, y creció un descubrimiento tras otro.Muchos inventos en el campo del electromagnetismo, como el telégrafo, el teléfono, el generador, etc., contribuyeron a la llegada de la era eléctrica.Al mismo tiempo, también están surgiendo varios otros instrumentos de medición y observación, como el teodolito de precisión de primera clase utilizado para medir la elevación antes de 1891.

La tercera revolución tecnológica
Después de la Segunda Guerra Mundial, la urgente necesidad de alta tecnología en varios países promovió la transformación de la tecnología de producción de la mecanización general a la electrificación y la automatización, y se lograron una serie de importantes avances en la investigación teórica científica.
Durante este período, la industria manufacturera representada por productos electromecánicos comenzó a desarrollarse industrialmente.Las características de la producción en masa de productos son operaciones cíclicas y operaciones de flujo.Para hacerlos automáticos, se requiere detectar automáticamente la posición de la pieza de trabajo durante la etapa de eliminación del procesamiento y la producción., tamaño, forma, postura o rendimiento, etc. Para ello se requiere un gran número de dispositivos de medición y control.Por otro lado, el auge de la industria química con el petróleo como materia prima requiere de un gran número de instrumentos de medida y control.La instrumentación automatizada comenzó a estandarizarse y se formó un sistema de control automático a pedido.Al mismo tiempo, las máquinas herramienta CNC y la tecnología robótica también nacieron durante este período, en el que la tecnología y los instrumentos de medición y control tienen aplicaciones importantes.
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la instrumentación se ha convertido en una herramienta técnica indispensable para la medición, el control y la automatización, partiendo de la simple medición y observación.Para satisfacer las necesidades de varios aspectos, la instrumentación se ha expandido desde campos de aplicación tradicionales a campos de aplicación no tradicionales como la biomedicina, el medio ambiente ecológico y la bioingeniería.
Desde el siglo XXI, una gran cantidad de los últimos logros tecnológicos, como resultados de investigación de maquinaria de precisión a nanoescala, resultados de investigación química moderna a nivel molecular, resultados de investigación biológica a nivel genético e investigación de materiales funcionales especiales de ultra rendimiento de alta precisión. resultados y global Los resultados de la popularización y aplicación de la tecnología de red se han producido uno tras otro, lo que supone un cambio fundamental en el campo de la instrumentación y promueve el advenimiento de una nueva era de instrumentos inteligentes y de alta tecnología.

Sensores en sistemas de medición y control
El sistema general de medición y control consta de sensores, convertidores intermedios y registradores de visualización.El sensor detecta y convierte la cantidad física medida en la cantidad física medida.El convertidor intermedio analiza, procesa y convierte la salida del sensor en una señal que puede ser aceptada por el instrumento subsiguiente y la envía a otros sistemas, o la mide el registrador de pantalla.Los resultados se muestran y registran.
El sensor es el primer eslabón del sistema de medición.Para el sistema de control, si la computadora se compara con el cerebro, entonces el sensor es equivalente a los cinco sentidos, lo que afecta directamente la precisión de control del sistema.
El sensor generalmente se compone de elementos sensibles, archivos de conversión y circuitos de conversión.El elemento sensible siente directamente el valor medido, y el cambio de cierto valor de parámetro en sí mismo tiene una relación definida con el cambio del valor medido, y este parámetro es fácil de medir y generar;luego la salida del elemento sensible es convertida en un parámetro eléctrico por el elemento de conversión;Finalmente, el circuito de conversión amplifica los parámetros eléctricos emitidos por el elemento de conversión y los convierte en señales eléctricas útiles que son convenientes para visualización, registro, procesamiento y control.
Situación Actual y Desarrollo de Nuevos Sensores
La tecnología de detección es una de las de más rápido desarrollo en el mundo actual.El nuevo sensor no solo persigue alta precisión, gran alcance, alta confiabilidad y bajo consumo de energía, sino que también se desarrolla hacia la integración, la miniaturización, la digitalización y la inteligencia.

1. inteligente
La inteligencia del sensor se refiere a la combinación de las funciones de los sensores convencionales y las funciones de las computadoras u otros componentes para formar un conjunto independiente, que no solo tiene las funciones de recolección de información y conversión de señales, sino que también tiene la capacidad de procesamiento de datos. , análisis de compensación y toma de decisiones.

2. Trabajo en red
La conexión en red del sensor es permitir que el sensor tenga la función de conectarse con la red informática, para realizar la capacidad de transmisión y procesamiento de información a larga distancia, es decir, para realizar la medición "sobre el horizonte" de la medición y sistema de control.

3. Miniaturización
El valor de miniaturización del sensor reduce en gran medida el volumen del sensor bajo la condición de que la función no cambie o incluso se mejore.La miniaturización es el requisito de la medición y el control de precisión modernos.En principio, cuanto más pequeño sea el tamaño del sensor, menor será el impacto en el objeto medido y el medio ambiente, menor consumo de energía y más fácil será lograr una medición precisa.

4. Integración
La integración de sensores se refiere a la integración de las siguientes dos direcciones:
(1) La integración de múltiples parámetros de medición puede medir múltiples parámetros.
(2) La integración de sensores y circuitos posteriores, es decir, la integración de componentes sensibles, componentes de conversión, circuitos de conversión e incluso fuentes de alimentación en el mismo chip, para que tenga un alto rendimiento.

5. Digitalización
El valor digital del sensor es que la información emitida por el sensor es una cantidad digital, que puede realizar transmisiones de larga distancia y alta precisión, y puede conectarse a equipos de procesamiento digital como una computadora sin enlaces intermedios.
La integración, la inteligencia, la miniaturización, la creación de redes y la digitalización de sensores no son independientes, sino complementarios e interrelacionados, y no existe una frontera clara entre ellos.
Tecnología de control en el sistema de medición y control

Teoría básica de control
1. Teoría clásica del control
La teoría de control clásica incluye tres partes: teoría de control lineal, teoría de control de muestreo y teoría de control no lineal.La cibernética clásica toma la transformada de Laplace y la transformada Z como herramientas matemáticas, y toma como principal objeto de investigación el sistema estacionario lineal de entrada única y salida única.La ecuación diferencial que describe el sistema se transforma al dominio de los números complejos mediante la transformada de Laplace o la transformada Z, y se obtiene la función de transferencia del sistema.Y basado en la función de transferencia, un método de investigación de trayectoria y frecuencia, centrado en analizar la estabilidad y la precisión de estado estable del sistema de control de retroalimentación.

2. Teoría de Control Moderna
La teoría de control moderna es una teoría de control basada en el método de espacio de estado, que es un componente principal de la teoría de control automático.En la teoría de control moderna, el análisis y diseño del sistema de control se llevan a cabo principalmente mediante la descripción de las variables de estado del sistema, y ​​el método básico es el método del dominio del tiempo.La teoría de control moderna puede abordar una gama mucho más amplia de problemas de control que la teoría de control clásica, incluidos los sistemas lineales y no lineales, los sistemas estacionarios y variables en el tiempo, los sistemas de una sola variable y los sistemas de múltiples variables.Los métodos y algoritmos que adopta también son más adecuados para las computadoras digitales.La teoría de control moderna también ofrece la posibilidad de diseñar y construir sistemas de control óptimos con indicadores de desempeño específicos.

Sistema de control
El sistema de control se compone de dispositivos de control (incluidos controladores, actuadores y sensores) y objetos controlados.El dispositivo de control puede ser una persona o una máquina, que es la diferencia entre el control automático y el control manual.Para el sistema de control automático, de acuerdo con los diferentes principios de control, se puede dividir en sistema de control de circuito abierto y sistema de control de circuito cerrado;según la clasificación de las señales dadas, se puede dividir en sistema de control de valor constante, sistema de control de seguimiento y sistema de control de programa.

Tecnología de instrumentos virtuales
El instrumento de medición es una parte importante del sistema de medición y control, que se divide en dos tipos: instrumento independiente e instrumento virtual.
El instrumento independiente recopila, procesa y emite la señal del instrumento en un chasis independiente, tiene un panel de operación y varios puertos, y todas las funciones existen en forma de hardware o firmware, lo que determina que el instrumento independiente solo puede ser definido por el fabricante., licencia, que el usuario no puede cambiar.
El instrumento virtual completa el análisis y procesamiento de la señal, la expresión y salida del resultado en la computadora, o inserta la tarjeta de adquisición de datos en la computadora, y elimina las tres partes del instrumento en la computadora, lo que rompe con el tradicional instrumentoslimitación.

Características técnicas de los instrumentos virtuales
1. Funciones potentes, que integran el potente soporte de hardware de las computadoras, superando las limitaciones de los instrumentos tradicionales en procesamiento, visualización y almacenamiento.La configuración estándar es: procesador de alto rendimiento, pantalla de alta resolución, disco duro de gran capacidad.
2. Los recursos de software de computadora realizan la softwareización de algún hardware de máquina, ahorran recursos materiales y mejoran la flexibilidad del sistema;a través de los algoritmos numéricos correspondientes, se pueden realizar varios análisis y procesamiento de datos de prueba directamente en tiempo real;a través de la tecnología GUI (interfaz gráfica de usuario) para lograr verdaderamente una interfaz amigable y una interacción persona-computadora.
3. Dado el bus de la computadora y el bus de instrumentos modulares, el hardware del instrumento está modularizado y serializado, lo que reduce en gran medida el tamaño del sistema y facilita la construcción de instrumentos modulares.
La composición del sistema de instrumentos virtuales.
El instrumento virtual consta de dispositivos e interfaces de hardware, software de controlador de dispositivo y panel de instrumentos virtual.Entre ellos, los dispositivos e interfaces de hardware pueden ser varias tarjetas de función integradas basadas en PC, tarjetas de interfaz de bus de interfaz universal, puertos seriales, interfaces de instrumentos de bus VXI, etc., u otros equipos de prueba externos programables. El software del controlador del dispositivo es un programa controlador que controla directamente varias interfaces de hardware.El instrumento virtual se comunica con el sistema de instrumentos reales a través del software del controlador del dispositivo subyacente y muestra los elementos operativos correspondientes del panel de instrumentos real en la pantalla de la computadora en forma de un panel de instrumentos virtual.Varios controles.El usuario opera el panel del instrumento virtual con el mouse de manera tan real y conveniente como operar el instrumento real.
La tecnología de medición y control y la especialidad de instrumentos son tradicionales y están llenas de perspectivas de desarrollo.Se dice que es tradicional porque tiene un origen antiguo, ha experimentado cientos de años de desarrollo y ha jugado un papel importante en el desarrollo social.Como carrera tradicional, involucra muchas disciplinas al mismo tiempo, lo que hace que aún tenga una fuerte vitalidad.
Con el mayor desarrollo de la tecnología moderna de medición y control, la tecnología de la información electrónica y la tecnología informática, ha dado paso a una nueva oportunidad para la innovación y el desarrollo, que seguramente producirá más y más aplicaciones críticas en varios campos.