Entenda a tecnologia de medição e controle e a tecnologia de instrumentação

A tecnologia e instrumento de medição e controle é uma teoria e tecnologia que estuda a aquisição e processamento de informações e o controle de elementos relacionados.“Tecnologia e instrumentos de medição e controle” refere-se aos meios e equipamentos para coleta, medição, armazenamento, transmissão, processamento e controle de informações, incluindo tecnologia de medição, tecnologia de controle e instrumentos e sistemas que implementam essas tecnologias.

Tecnologia de Medição e Controle
A tecnologia e os instrumentos de medição e controle são baseados em máquinas de precisão, tecnologia eletrônica, óptica, controle automático e tecnologia de computador.Estuda principalmente novos princípios, métodos e processos de vários testes de precisão e tecnologias de controle.Nos últimos anos, a tecnologia de computador tem desempenhado um papel cada vez mais importante na pesquisa de aplicação da tecnologia de medição e controle.
A tecnologia de medição e controle é uma tecnologia de aplicação diretamente aplicada à produção e à vida, e sua aplicação abrange vários campos da vida social, como “o peso da agricultura, mar, terra e ar, alimentos e roupas”.A tecnologia de instrumentação é o “multiplicador” da economia nacional, o “primeiro oficial” da pesquisa científica, o “poder de combate” nas forças armadas e o “juiz materializado” nas regulamentações legais.A tecnologia computadorizada de teste e controle e os instrumentos e sistemas inteligentes e precisos de medição e controle são símbolos e meios importantes nos campos da produção industrial e agrícola moderna, pesquisa científica e tecnológica, gerenciamento, inspeção e monitoramento, e estão desempenhando um papel cada vez mais importante.

Aplicação de Tecnologia de Medição e Controle e Tecnologia de Instrumentação
A tecnologia de medição e controle é uma tecnologia aplicada amplamente utilizada em vários campos da indústria, agricultura, transporte, navegação, aviação, militar, energia elétrica e vida civil.Com o desenvolvimento da tecnologia de produção, a tecnologia de medição e controle desempenha um papel vital na tecnologia de controle, desde o controle inicial de um único e seu equipamento, até o controle de todo o processo e até do sistema, especialmente na tecnologia de ponta atual. no campo da ciência e tecnologia modernas.
Na indústria metalúrgica, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: controle de alto-forno a quente, controle de carregamento e controle de alto-forno no processo de fabricação de ferro, controle de pressão, controle de velocidade do laminador, controle de bobina, etc. no processo de laminação de aço e vários instrumentos de detecção usados ​​nele.
Na indústria de energia elétrica, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui o sistema de controle de combustão da caldeira, o monitoramento automático, a proteção automática, o ajuste automático e o sistema de controle automático do programa da turbina a vapor e o sistema de controle de entrada e saída de energia da o motor.
Na indústria do carvão, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: instrumento de registro de metano de leito de carvão no processo de mineração de carvão, instrumento de detecção da composição do ar da mina, detector de gás da mina, sistema de monitoramento de segurança subterrânea, etc., controle do processo de têmpera de coque e controle de recuperação de gás em processo de refino de carvão, controle de processo de refino, controle de transmissão de máquinas de produção, etc.
Na indústria do petróleo, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: localizador magnético, medidor de teor de água, medidor de pressão e outros instrumentos de medição que suportam a tecnologia de perfilagem no processo de produção de petróleo, sistema de fornecimento de energia, sistema de abastecimento de água, sistema de fornecimento de vapor, sistema de fornecimento de gás , Sistema de armazenamento e transporte e três sistemas de tratamento de resíduos e instrumentos de detecção para um grande número de parâmetros no processo de produção contínua.
Na indústria química, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: medição de temperatura, medição de fluxo, medição de nível de líquido, concentração, acidez, umidade, densidade, turbidez, poder calorífico e vários componentes de gases misturados.Instrumentos de controle que controlam regularmente os parâmetros controlados, etc.
Na indústria de máquinas, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: máquinas-ferramentas de controle digital de precisão, linhas de produção automáticas, robôs industriais, etc.
Na indústria aeroespacial, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: a medição de parâmetros como altitude de voo da aeronave, velocidade de voo, estado e direção do voo, aceleração, sobrecarga e estado do motor, tecnologia de veículos aeroespaciais, tecnologia de naves espaciais e medição aeroespacial e tecnologia de controle.Espere.
Em equipamentos militares, a aplicação da tecnologia de medição e controle inclui: armas guiadas com precisão, munição inteligente, sistema de comando de automação militar (sistema C4IRS), equipamento militar do espaço sideral (como vários reconhecimento militar, comunicação, alerta precoce, satélites de navegação, etc. .).

Formação e Desenvolvimento de Tecnologia de Medição e Controle
Os fatos históricos do desenvolvimento da ciência e da tecnologia A história da compreensão humana e da transformação da natureza também é uma parte importante da história da civilização humana.O desenvolvimento da ciência e da tecnologia depende primeiro do desenvolvimento da tecnologia de medição.A ciência natural moderna começa com a medição no verdadeiro sentido.Muitos cientistas notáveis ​​sonham em ser inventores de instrumentos científicos e fundadores de métodos de medição.O progresso da tecnologia de medição impulsiona diretamente o progresso da ciência e da tecnologia.
A primeira revolução tecnológica
Nos séculos 17 e 18, a tecnologia de medição e controle estava começando a surgir.Alguns físicos na Europa começaram a usar a força da corrente e do campo magnético para fazer galvanômetros simples e usar lentes ópticas para fazer telescópios, estabelecendo assim as bases para instrumentos elétricos e ópticos.Na década de 1760, a primeira revolução científica e tecnológica começou no Reino Unido.Até o século XIX, a primeira revolução científica e tecnológica se expandiu para a Europa, América e Japão.Durante esse período, alguns instrumentos de medição simples, como instrumentos para medir comprimento, temperatura, pressão, etc., foram usados.Na vida, uma enorme produtividade foi criada.

A segunda revolução tecnológica
Uma série de desenvolvimentos no campo do eletromagnetismo no início do século XIX desencadeou a segunda revolução tecnológica.Por causa da invenção do instrumento para medir a corrente, o eletromagnetismo foi rapidamente colocado no caminho certo, e uma descoberta após a outra cresceu.Muitas invenções no campo do eletromagnetismo, como o telégrafo, telefone, gerador, etc., contribuíram para a chegada da era elétrica.Ao mesmo tempo, vários outros instrumentos de medição e observação também estão surgindo, como o teodolito de precisão de primeira classe usado para medição de elevação antes de 1891.

A terceira revolução tecnológica
Após a Segunda Guerra Mundial, a necessidade urgente de alta tecnologia em vários países promoveu a transformação da tecnologia de produção da mecanização geral para a eletrificação e automação, e uma série de grandes avanços na pesquisa teórica científica foram feitos.
Nesse período, a indústria de transformação representada pelos produtos eletromecânicos começou a se desenvolver industrialmente.As características da produção em massa de produtos são operações cíclicas e operações de fluxo.Para torná-los automáticos, é necessário detectar automaticamente a posição da peça de trabalho durante o estágio de eliminação do processamento e produção., tamanho, forma, postura ou desempenho, etc. Para isso, é necessário um grande número de dispositivos de medição e controle.Por outro lado, o surgimento da indústria química tendo como matéria-prima o petróleo exige um grande número de instrumentos de medição e controle.A instrumentação automatizada começou a ser padronizada e um sistema de controle automático foi formado sob demanda.Ao mesmo tempo, as máquinas-ferramenta CNC e a tecnologia de robôs também nasceram durante esse período, em que a tecnologia e os instrumentos de medição e controle têm aplicações importantes.
Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a instrumentação tornou-se uma ferramenta técnica indispensável para medição, controle e automação, a partir da simples medição e observação.Para atender às necessidades de vários aspectos, a instrumentação se expandiu de campos de aplicação tradicionais para campos de aplicação não tradicionais, como biomedicina, meio ambiente ecológico e bioengenharia.
Desde o século 21, um grande número das mais recentes conquistas tecnológicas, como resultados de pesquisa de máquinas de precisão em nanoescala, resultados de pesquisa química moderna em nível molecular, resultados de pesquisa biológica em nível de gene e pesquisa de materiais funcionais especiais de ultra desempenho de alta precisão resultados e global Os resultados da popularização e aplicação da tecnologia de rede têm surgido um após o outro, o que é uma mudança fundamental no campo da instrumentação e promove o advento de uma nova era de instrumentos inteligentes e de alta tecnologia.

Sensores em sistemas de medição e controle
O sistema geral de medição e controle consiste em sensores, conversores intermediários e registradores de exibição.O sensor detecta e converte a quantidade física medida na quantidade física medida.O conversor intermediário analisa, processa e converte a saída do sensor em um sinal que pode ser aceito pelo instrumento subsequente e o envia para outros sistemas ou é medido pelo gravador de exibição.Os resultados são exibidos e registrados.
O sensor é o primeiro elo do sistema de medição.Para o sistema de controle, se o computador for comparado ao cérebro, então o sensor é equivalente aos cinco sentidos, o que afeta diretamente a precisão de controle do sistema.
O sensor é geralmente composto de elementos sensíveis, arquivos de conversão e circuitos de conversão.O valor medido é sentido diretamente pelo elemento sensível, e a mudança de um certo valor de parâmetro tem uma relação definida com a mudança do valor medido, e este parâmetro é fácil de medir e produzir;então a saída do elemento sensível é convertida em um parâmetro elétrico pelo elemento de conversão;Finalmente, o circuito de conversão amplifica os parâmetros elétricos emitidos pelo elemento de conversão e os converte em sinais elétricos úteis que são convenientes para exibição, gravação, processamento e controle.
Situação Atual e Desenvolvimento de Novos Sensores
A tecnologia de detecção é uma das tecnologias de ponta que mais se desenvolve no mundo atualmente.O novo sensor não busca apenas alta precisão, grande alcance, alta confiabilidade e baixo consumo de energia, mas também se desenvolve em direção à integração, miniaturização, digitalização e inteligência.

1. Inteligente
A inteligência do sensor refere-se à combinação das funções dos sensores convencionais com as funções dos computadores ou outros componentes para formar um conjunto independente, que não só possui as funções de captação de informações e conversão de sinais, mas também possui a capacidade de processamento de dados , análise de remuneração e tomada de decisão.

2. Rede
A rede do sensor é permitir que o sensor tenha a função de se conectar com a rede de computadores, para realizar a transmissão de informações de longa distância e a capacidade de processamento, ou seja, para realizar a medição "over-the-horizon" da medição e sistema de controle.

3. Miniaturização
O valor de miniaturização do sensor reduz consideravelmente o volume do sensor sob a condição de que a função permaneça inalterada ou mesmo aprimorada.A miniaturização é o requisito da medição e controle de precisão modernos.Em princípio, quanto menor o tamanho do sensor, menor o impacto no objeto medido e no ambiente, menor o consumo de energia e mais fácil é obter medições precisas.

4. Integração
A integração de sensores refere-se à integração das duas direções a seguir:
(1) A integração de vários parâmetros de medição pode medir vários parâmetros.
(2) A integração dos circuitos de detecção e subseqüentes, ou seja, a integração de componentes sensíveis, componentes de conversão, circuitos de conversão e até fontes de alimentação no mesmo chip, para que tenha alto desempenho.

5. Digitalização
O valor digital do sensor é que a informação emitida pelo sensor é uma quantidade digital, que pode realizar transmissão de longa distância e alta precisão e pode ser conectada a equipamentos de processamento digital, como um computador sem links intermediários.
A integração, inteligência, miniaturização, rede e digitalização de sensores não são independentes, mas complementares e inter-relacionadas, não havendo uma fronteira clara entre elas.
Tecnologia de Controle em Sistema de Medição e Controle

Teoria básica de controle
1. Teoria clássica de controle
A teoria de controle clássica inclui três partes: teoria de controle linear, teoria de controle de amostragem e teoria de controle não linear.A cibernética clássica toma a transformada de Laplace e a transformada Z como ferramentas matemáticas, e toma o sistema estável linear de entrada única-saída única como o principal objeto de pesquisa.A equação diferencial que descreve o sistema é transformada no domínio dos números complexos pela transformada de Laplace ou transformada Z, e a função de transferência do sistema é obtida.E com base na função de transferência, um método de pesquisa de trajetória e frequência, com foco na análise da estabilidade e precisão do estado estacionário do sistema de controle de feedback.

2. Teoria de Controle Moderna
A teoria de controle moderna é uma teoria de controle baseada no método de espaço de estado, que é um componente principal da teoria de controle automático.Na teoria de controle moderna, a análise e o projeto do sistema de controle são realizados principalmente pela descrição das variáveis ​​de estado do sistema, e o método básico é o método do domínio do tempo.A teoria de controle moderna pode lidar com uma gama muito mais ampla de problemas de controle do que a teoria de controle clássica, incluindo sistemas lineares e não lineares, sistemas estacionários e variantes no tempo, sistemas de variável única e sistemas multivariáveis.Os métodos e algoritmos que adota também são mais adequados para computadores digitais.A teoria de controle moderna também oferece a possibilidade de projetar e construir sistemas de controle ótimos com indicadores de desempenho especificados.

Sistema de controle
O sistema de controle é composto por dispositivos de controle (incluindo controladores, atuadores e sensores) e objetos controlados.O dispositivo de controle pode ser uma pessoa ou uma máquina, que é a diferença entre controle automático e controle manual.Para o sistema de controle automático, de acordo com os diferentes princípios de controle, pode ser dividido em sistema de controle de malha aberta e sistema de controle de malha fechada;de acordo com a classificação dos sinais dados, pode ser dividido em sistema de controle de valor constante, sistema de controle de acompanhamento e sistema de controle de programa.

Tecnologia de instrumentos virtuais
O instrumento de medição é uma parte importante do sistema de medição e controle, que é dividido em dois tipos: instrumento independente e instrumento virtual.
O instrumento independente coleta, processa e emite o sinal do instrumento em um chassi independente, possui um painel de operação e várias portas, e todas as funções existem na forma de hardware ou firmware, o que determina que o instrumento independente só pode ser definido por O manufatureiro., licença, que o usuário não pode alterar.
O instrumento virtual completa a análise e o processamento do sinal, a expressão e a saída do resultado no computador, ou insere o cartão de aquisição de dados no computador e remove as três partes do instrumento no computador, o que rompe com o tradicional instrumentos.limitação.

Características Técnicas de Instrumentos Virtuais
1. Funções poderosas, integrando o poderoso suporte de hardware de computadores, rompendo as limitações dos instrumentos tradicionais de processamento, exibição e armazenamento.A configuração padrão é: processador de alto desempenho, tela de alta resolução, disco rígido de grande capacidade.
2. Os recursos de software de computador realizam a softwareização de algum hardware de máquina, economizam recursos materiais e aumentam a flexibilidade do sistema;através de algoritmos numéricos correspondentes, várias análises e processamentos de dados de teste podem ser realizados diretamente em tempo real;através da tecnologia GUI (interface gráfica do usuário) para alcançar verdadeiramente uma interface amigável e interação humano-computador.
3. Dado o barramento do computador e o barramento modular do instrumento, o hardware do instrumento é modularizado e serializado, o que reduz muito o tamanho do sistema e facilita a construção de instrumentos modulares.
A composição do sistema de instrumentos virtuais
O instrumento virtual consiste em dispositivos de hardware e interfaces, software de driver de dispositivo e painel de instrumentos virtual.Entre eles, os dispositivos e interfaces de hardware podem ser vários cartões de função integrados baseados em PC, cartões de interface de barramento de interface universal, portas seriais, interfaces de instrumento de barramento VXI, etc., ou outros vários equipamentos de teste externos programáveis. um programa de driver que controla diretamente várias interfaces de hardware.O instrumento virtual se comunica com o sistema do instrumento real através do software do driver do dispositivo subjacente e exibe os elementos de operação correspondentes do painel do instrumento real na tela do computador na forma de um painel do instrumento virtual.Vários controles.O usuário opera o painel do instrumento virtual com o mouse tão real e conveniente quanto operar o instrumento real.
A tecnologia de medição e controle e o instrumento principal são tradicionais e cheios de perspectivas de desenvolvimento.Diz-se que é tradicional porque tem uma origem antiga, experimentou centenas de anos de desenvolvimento e desempenhou um papel importante no desenvolvimento social.Como um curso tradicional, envolve muitas disciplinas ao mesmo tempo, o que faz com que ainda tenha uma forte vitalidade.
Com o desenvolvimento da tecnologia moderna de medição e controle, tecnologia da informação eletrônica e tecnologia de computador, deu-se início a uma nova oportunidade de inovação e desenvolvimento, que certamente produzirá aplicações cada vez mais críticas em vários campos.