Begrijp meet- en regeltechniek en instrumentatietechniek

Meet- en regeltechniek en instrument is een theorie en technologie die de verwerving en verwerking van informatie en de beheersing van gerelateerde elementen bestudeert."Meet- en regeltechnologie en instrumenten" verwijst naar de middelen en apparatuur voor het verzamelen, meten, opslaan, verzenden, verwerken en regelen van informatie, inclusief meettechnologie, regeltechnologie en instrumenten en systemen die deze technologieën implementeren.

Meet- en regeltechniek
Meet- en regeltechniek en instrumenten zijn gebaseerd op precisiemachines, elektronische technologie, optica, automatische besturing en computertechnologie.Het bestudeert voornamelijk nieuwe principes, methoden en processen van verschillende precisietest- en controletechnologieën.De laatste jaren speelt computertechnologie een steeds belangrijkere rol in het toepassingsonderzoek van de meet- en regeltechniek.
Meet- en regeltechniek is een toepassingstechnologie die direct wordt toegepast op productie en leven, en de toepassing ervan bestrijkt verschillende terreinen van het maatschappelijk leven zoals "het gewicht van landbouw, zee, land en lucht, voedsel en kleding".Instrumentatietechnologie is de "vermenigvuldiger" van de nationale economie, de "eerste officier" van wetenschappelijk onderzoek, de "strijdkracht" in het leger en de "gematerialiseerde rechter" in wettelijke voorschriften.Geautomatiseerde test- en regeltechniek en intelligente en nauwkeurige meet- en regelinstrumenten en -systemen zijn belangrijke symbolen en middelen op het gebied van moderne industriële en agrarische productie, wetenschappelijk en technologisch onderzoek, management, inspectie en monitoring, en spelen een steeds belangrijkere rol.

Toepassing van Meet- en Regeltechniek en Instrumentatietechniek
Meet- en regeltechnologie is een toegepaste technologie die veel wordt gebruikt in verschillende sectoren van de industrie, landbouw, transport, navigatie, luchtvaart, leger, elektrische energie en het civiele leven.Met de ontwikkeling van productietechnologie speelt meet- en regeltechnologie een cruciale rol in de regeltechnologie, van de eerste besturing van een enkele en zijn apparatuur tot de besturing van het hele proces en zelfs het systeem, vooral in de huidige geavanceerde technologie op het gebied van moderne wetenschap en technologie.
In de metallurgische industrie omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie: hete hoogovenregeling, laadregeling en hoogovenregeling in het ijzerproductieproces, drukregeling, snelheidsregeling van de walserij, spoelregeling, etc. in het staalwalsproces, en verschillende detectie-instrumenten die daarbij worden gebruikt.
In de elektriciteitsindustrie omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie het verbrandingscontrolesysteem van de ketel, de automatische bewaking, automatische bescherming, automatische aanpassing en automatisch programmabesturingssysteem van de stoomturbine, en het stroominvoer- en uitvoerbesturingssysteem van de motor.
In de kolenindustrie omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie: instrument voor het loggen van methaan in steenkool in het mijnbouwproces, detectie-instrument voor de samenstelling van mijnlucht, mijngasdetector, ondergronds veiligheidsbewakingssysteem, enz. kolenraffinageproces, raffinageprocescontrole, transmissiecontrole van productiemachines, enz.
In de aardolie-industrie omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie: magnetische plaatsbepaler, watergehaltemeter, manometer en andere meetinstrumenten ter ondersteuning van de logtechnologie in het olieproductieproces, stroomtoevoersysteem, watertoevoersysteem, stoomtoevoersysteem, gastoevoersysteem , opslag- en transportsysteem en drie afvalverwerkingssystemen en de detectie-instrumenten voor een groot aantal parameters in het continue productieproces.
In de chemische industrie wordt onder andere gebruik gemaakt van meet- en regeltechniek: temperatuurmeting, flowmeting, vloeistofniveaumeting, concentratie, zuurgraad, vochtigheid, dichtheid, troebelheid, calorische waarde en diverse menggascomponenten.Controle-instrumenten die regelmatig de gecontroleerde parameters controleren, enz.
In de machine-industrie omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie onder meer: ​​digitale precisiebesturingswerktuigmachines, automatische productielijnen, industriële robots, enz.
In de lucht- en ruimtevaartindustrie omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie: het meten van parameters zoals vluchthoogte van vliegtuigen, vliegsnelheid, vluchtstatus en -richting, versnelling, overbelasting en motorstatus, ruimtevaartvoertuigtechnologie, ruimtevaartuigtechnologie en ruimtevaartmeting en besturingstechniek.Wachten.
In militaire uitrusting omvat de toepassing van meet- en regeltechnologie: precisiegeleide wapens, intelligente munitie, militair automatiseringscommandosysteem (C4IRS-systeem), militaire uitrusting in de ruimte (zoals verschillende militaire verkenning, communicatie, vroegtijdige waarschuwing, navigatiesatellieten, enz. .).

Vorming en ontwikkeling van meet- en regeltechniek
De historische feiten van de ontwikkeling van wetenschap en technologie De geschiedenis van het menselijk begrip en de transformatie van de natuur is ook een belangrijk onderdeel van de geschiedenis van de menselijke beschaving.De ontwikkeling van wetenschap en technologie hangt in de eerste plaats af van de ontwikkeling van meettechnologie.De moderne natuurwetenschap begint met meten in de ware zin van het woord.Veel vooraanstaande wetenschappers dromen ervan uitvinders van wetenschappelijke instrumenten en grondleggers van meetmethoden te zijn.De vooruitgang van de meettechnologie drijft rechtstreeks de vooruitgang van wetenschap en technologie aan.
De eerste technologische revolutie
In de 17e en 18e eeuw begon de meet- en regeltechniek op te komen.Sommige natuurkundigen in Europa begonnen de kracht van stroom en magnetisch veld te gebruiken om eenvoudige galvanometers te maken, en optische lenzen om telescopen te maken, waarmee ze de basis legden voor elektrische en optische instrumenten.In de jaren 1760 begon de eerste wetenschappelijke en technologische revolutie in het Verenigd Koninkrijk.Tot de 19e eeuw breidde de eerste wetenschappelijke en technologische revolutie zich uit naar Europa, Amerika en Japan.In deze periode is gebruik gemaakt van enkele eenvoudige meetinstrumenten, zoals instrumenten voor het meten van lengte, temperatuur, druk etc.In het leven is een enorme productiviteit gecreëerd.

De tweede technologische revolutie
Een reeks ontwikkelingen op het gebied van elektromagnetisme in het begin van de 19e eeuw leidde tot de tweede technologische revolutie.Door de uitvinding van het instrument om stroom te meten werd het elektromagnetisme snel op het goede spoor gezet en groeide de ene na de andere ontdekking uit.Veel uitvindingen op het gebied van elektromagnetisme, zoals de telegraaf, telefoon, generator etc., hebben bijgedragen aan de komst van het elektrische tijdperk.Tegelijkertijd zijn er ook verschillende andere meet- en observatie-instrumenten in opkomst, zoals de eersteklas precisietheodoliet die vóór 1891 werd gebruikt voor hoogtemetingen.

De derde technologische revolutie
Na de Tweede Wereldoorlog stimuleerde de dringende behoefte aan geavanceerde technologie in verschillende landen de transformatie van productietechnologie van algemene mechanisatie naar elektrificatie en automatisering, en werd een reeks belangrijke doorbraken in wetenschappelijk theoretisch onderzoek bereikt.
Gedurende deze periode begon de maakindustrie, vertegenwoordigd door elektromechanische producten, zich industrieel te ontwikkelen.De kenmerken van massaproductie van producten zijn cyclische bewerkingen en stroombewerkingen.Om deze automatisch te maken, is het nodig om de positie van het werkstuk automatisch te detecteren tijdens de eliminatiefase van verwerking en productie., maat, vorm, houding of prestatie etc. Hiervoor is een groot aantal meet- en regelapparatuur nodig.Anderzijds vraagt ​​de opkomst van de chemische industrie met aardolie als grondstof om een ​​groot aantal meet- en regelinstrumenten.Geautomatiseerde instrumentatie begon te worden gestandaardiseerd en op verzoek werd een automatisch besturingssysteem gevormd.Tegelijkertijd werden in deze periode ook CNC-bewerkingsmachines en robottechnologie geboren, waarin meet- en regeltechniek en instrumenten belangrijke toepassingen hebben.
Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie is instrumentatie een onmisbaar technisch hulpmiddel geworden voor meten, regelen en automatiseren, uitgaande van eenvoudig meten en waarnemen.Om aan de behoeften van verschillende aspecten te voldoen, is de instrumentatie uitgebreid van traditionele toepassingsgebieden naar niet-traditionele toepassingsgebieden zoals biogeneeskunde, ecologische omgeving en bio-engineering.
Sinds de 21e eeuw, een groot aantal van de nieuwste technologische prestaties, zoals onderzoeksresultaten op nanoschaal precisiemachines, moderne chemische onderzoeksresultaten op moleculair niveau, biologische onderzoeksresultaten op genniveau en zeer nauwkeurig onderzoek naar ultraperformante speciale functionele materialen resultaten en wereldwijd De resultaten van de popularisering en toepassing van netwerktechnologie zijn de een na de ander naar voren gekomen, wat een fundamentele verandering is op het gebied van instrumentatie en de komst van een nieuw tijdperk van hightech en intelligente instrumenten bevordert.

Sensoren in meet- en regelsystemen
Het algemene meet- en regelsysteem bestaat uit sensoren, tussenomvormers en weergaverecorders.De sensor detecteert en zet de gemeten fysieke grootheid om in de gemeten fysieke grootheid.De tussenliggende converter analyseert, verwerkt en zet de output van de sensor om in een signaal dat kan worden geaccepteerd door het volgende instrument, en voert het uit naar andere systemen, of wordt gemeten door de displayrecorder.De resultaten worden weergegeven en vastgelegd.
De sensor is de eerste schakel van het meetsysteem.Voor het besturingssysteem, als de computer wordt vergeleken met de hersenen, dan is de sensor gelijk aan de vijf zintuigen, wat rechtstreeks van invloed is op de regelnauwkeurigheid van het systeem.
De sensor bestaat over het algemeen uit gevoelige elementen, conversiebestanden en conversiecircuits.De gemeten waarde wordt direct gevoeld door het gevoelige element, en de verandering van een bepaalde parameterwaarde heeft op zichzelf een duidelijke relatie met de verandering van de gemeten waarde, en deze parameter is gemakkelijk te meten en uit te voeren;vervolgens wordt de output van het gevoelige element omgezet in een elektrische parameter door het conversie-element;Ten slotte versterkt het conversiecircuit de door het conversie-element afgegeven elektrische parameters en zet deze om in bruikbare elektrische signalen die geschikt zijn voor weergave, opname, verwerking en besturing.
Huidige situatie en ontwikkeling van nieuwe sensoren
Sensing-technologie is tegenwoordig een van de snelst ontwikkelende hightech ter wereld.De nieuwe sensor streeft niet alleen naar hoge precisie, groot bereik, hoge betrouwbaarheid en laag stroomverbruik, maar ontwikkelt zich ook richting integratie, miniaturisatie, digitalisering en intelligentie.

1. Intelligent
De intelligentie van de sensor verwijst naar de combinatie van de functies van conventionele sensoren en de functies van computers of andere componenten om een ​​onafhankelijke assemblage te vormen, die niet alleen de functies heeft van informatie-opname en signaalconversie, maar ook de mogelijkheid heeft om gegevens te verwerken , compensatieanalyse en besluitvorming.

2. Netwerken
Het netwerk van de sensor is om de sensor in staat te stellen verbinding te maken met het computernetwerk, om de informatieoverdracht en verwerkingscapaciteit over lange afstanden te realiseren, dat wil zeggen om de "over-the-horizon" -meting van de meting te realiseren en besturingssysteem.

3. Miniaturisatie
De miniaturisatiewaarde van de sensor vermindert het volume van de sensor aanzienlijk, op voorwaarde dat de functie ongewijzigd blijft of zelfs verbeterd wordt.Miniaturisatie is de eis van moderne precisiemeting en -regeling.In principe geldt: hoe kleiner de sensor, hoe kleiner de impact op het gemeten object en de omgeving, hoe lager het energieverbruik en hoe gemakkelijker het is om een ​​nauwkeurige meting te bereiken.

4. Integratie
De integratie van sensoren verwijst naar de integratie van de volgende twee richtingen:
(1) De integratie van meerdere meetparameters kan meerdere parameters meten.
(2) De integratie van detectie- en daaropvolgende circuits, dat wil zeggen de integratie van gevoelige componenten, conversiecomponenten, conversiecircuits en zelfs voedingen op dezelfde chip, zodat deze hoge prestaties levert.

5. Digitalisering
De digitale waarde van de sensor is dat de informatie die door de sensor wordt afgegeven een digitale grootheid is, die transmissie over lange afstanden en hoge precisie kan realiseren en kan worden aangesloten op digitale verwerkingsapparatuur zoals een computer zonder tussenliggende links.
De integratie, intelligentie, miniaturisering, netwerking en digitalisering van sensoren zijn niet onafhankelijk, maar complementair en met elkaar verbonden, en er is geen duidelijke grens tussen.
Regeltechniek in meet- en regelsystemen

Basisregeltheorie
1. Klassieke regeltheorie
De klassieke regeltheorie omvat drie delen: lineaire regeltheorie, steekproefregeltheorie en niet-lineaire regeltheorie.Klassieke cybernetica gebruikt Laplace-transformatie en Z-transformatie als wiskundige hulpmiddelen, en neemt het lineaire stabiele systeem met één invoer en één uitvoer als het belangrijkste onderzoeksobject.De differentiaalvergelijking die het systeem beschrijft, wordt getransformeerd in het complexe getallendomein door Laplace-transformatie of Z-transformatie, en de overdrachtsfunctie van het systeem wordt verkregen.En gebaseerd op de overdrachtsfunctie, een onderzoeksmethode van traject en frequentie, gericht op het analyseren van de stabiliteit en de nauwkeurigheid van de stationaire toestand van het feedbackcontrolesysteem.

2. Moderne controletheorie
Moderne besturingstheorie is een besturingstheorie gebaseerd op de toestandsruimtemethode, die een belangrijk onderdeel is van de automatische besturingstheorie.In de moderne regeltheorie worden de analyse en het ontwerp van het regelsysteem voornamelijk uitgevoerd door de toestandsvariabelen van het systeem te beschrijven, en de basismethode is de tijddomeinmethode.De moderne regeltheorie kan een veel breder scala aan regelproblemen behandelen dan de klassieke regeltheorie, waaronder lineaire en niet-lineaire systemen, stationaire en in de tijd variërende systemen, systemen met één variabele en systemen met meerdere variabelen.De methoden en algoritmen die het gebruikt, zijn ook geschikter voor digitale computers.De moderne regeltheorie biedt ook de mogelijkheid om optimale regelsystemen met gespecificeerde prestatie-indicatoren te ontwerpen en te bouwen.

Controle systeem
Het besturingssysteem bestaat uit besturingsapparaten (waaronder controllers, actuatoren en sensoren) en bestuurde objecten.Het besturingsapparaat kan een persoon of een machine zijn, wat het verschil is tussen automatische besturing en handmatige besturing.Voor het automatische besturingssysteem kan het volgens de verschillende besturingsprincipes worden onderverdeeld in een open-lusbesturingssysteem en een gesloten-lusbesturingssysteem;volgens de classificatie van gegeven signalen kan het worden onderverdeeld in een constant waardebesturingssysteem, een vervolgbesturingssysteem en een programmabesturingssysteem.

Virtuele instrumenttechnologie
Meetinstrument is een belangrijk onderdeel van het meet- en regelsysteem, dat is onderverdeeld in twee typen: onafhankelijk instrument en virtueel instrument.
Het onafhankelijke instrument verzamelt, verwerkt en voert het signaal van het instrument uit in een onafhankelijk chassis, heeft een bedieningspaneel en verschillende poorten, en alle functies bestaan ​​in de vorm van hardware of firmware, wat bepaalt dat het onafhankelijke instrument alleen kan worden gedefinieerd door de fabrikant., licentie, die de gebruiker niet kan wijzigen.
Het virtuele instrument voltooit de analyse en verwerking van het signaal, de uitdrukking en uitvoer van het resultaat op de computer, of plaatst de data-acquisitiekaart in de computer en verwijdert de drie delen van het instrument op de computer, wat de traditionele doorbreekt instrumenten.beperking.

Technische kenmerken van virtuele instrumenten
1. Krachtige functies, die de krachtige hardwareondersteuning van computers integreren en de beperkingen van traditionele instrumenten bij verwerking, weergave en opslag doorbreken.De standaardconfiguratie is: krachtige processor, beeldscherm met hoge resolutie, harde schijf met grote capaciteit.
2. Computersoftwarebronnen realiseren de softwareisering van sommige machinehardware, besparen materiële bronnen en verbeteren de flexibiliteit van het systeem;door overeenkomstige numerieke algoritmen kunnen verschillende analyses en verwerkingen van testgegevens direct in realtime worden uitgevoerd;via GUI-technologie (grafische gebruikersinterface) om echt een vriendelijke interface en interactie tussen mens en computer te bereiken.
3. Gezien de computerbus en de modulaire instrumentbus, is de instrumenthardware gemodulariseerd en geserialiseerd, wat de omvang van het systeem aanzienlijk verkleint en de constructie van modulaire instrumenten vergemakkelijkt.
De samenstelling van het virtuele instrumentensysteem
Virtueel instrument bestaat uit hardwareapparaten en interfaces, stuurprogrammasoftware voor apparaten en een virtueel instrumentenpaneel.Onder hen kunnen de hardwareapparaten en interfaces verschillende pc-gebaseerde ingebouwde functiekaarten, universele interfacebusinterfacekaarten, seriële poorten, VXI-businstrumentinterfaces, enz. Zijn, of andere verschillende programmeerbare externe testapparatuur. De apparaatstuurprogrammasoftware is een stuurprogramma dat rechtstreeks verschillende hardware-interfaces aanstuurt.Het virtuele instrument communiceert met het echte instrumentensysteem via de onderliggende apparaatstuurprogrammasoftware en geeft de overeenkomstige bedieningselementen van het echte instrumentenpaneel weer op het computerscherm in de vorm van een virtueel instrumentenpaneel.Diverse controles.De gebruiker bedient het paneel van het virtuele instrument met de muis net zo echt en handig als het bedienen van het echte instrument.
De major Meet- en regeltechniek en instrumentatie is traditioneel en vol ontwikkelingsperspectieven.Er wordt gezegd dat het traditioneel is omdat het een oude oorsprong heeft, honderden jaren van ontwikkeling heeft doorgemaakt en een belangrijke rol heeft gespeeld in de sociale ontwikkeling.Als traditionele major omvat het veel disciplines tegelijk, waardoor het nog steeds een sterke vitaliteit heeft.
Met de verdere ontwikkeling van moderne meet- en regeltechnologie, elektronische informatietechnologie en computertechnologie heeft het een nieuwe kans voor innovatie en ontwikkeling ingeluid, die zeker zal leiden tot steeds meer kritische toepassingen op verschillende gebieden.