Teknologi dan instrumen pengukuran dan kontrol adalah teori dan teknologi yang mempelajari akuisisi dan pemrosesan informasi dan kontrol elemen terkait.“Teknologi dan instrumen pengukuran dan kontrol” mengacu pada sarana dan peralatan untuk pengumpulan, pengukuran, penyimpanan, transmisi, pemrosesan, dan kontrol informasi, termasuk teknologi pengukuran, teknologi kontrol, dan instrumen serta sistem yang menerapkan teknologi ini.
Teknologi Pengukuran dan Kontrol
Teknologi dan instrumen pengukuran dan kontrol didasarkan pada mesin presisi, teknologi elektronik, optik, kontrol otomatis, dan teknologi komputer.Ini terutama mempelajari prinsip, metode, dan proses baru dari berbagai teknologi pengujian dan kontrol presisi.Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi komputer telah memainkan peran yang semakin penting dalam penelitian penerapan teknologi pengukuran dan kontrol.
Teknologi pengukuran dan kontrol adalah teknologi aplikasi yang langsung diterapkan pada produksi dan kehidupan, dan penerapannya mencakup berbagai bidang kehidupan sosial seperti “berat pertanian, laut, darat dan udara, pangan dan sandang”.Teknologi instrumentasi adalah “pengganda” ekonomi nasional, “perwira pertama” penelitian ilmiah, “kekuatan tempur” di militer, dan “hakim yang terwujud” dalam peraturan hukum.Teknologi pengujian dan kontrol yang terkomputerisasi serta instrumen dan sistem pengukuran dan kontrol yang cerdas dan tepat adalah simbol dan sarana penting di bidang produksi industri dan pertanian modern, penelitian ilmiah dan teknologi, manajemen, inspeksi dan pemantauan, dan memainkan peran yang semakin penting.
Penerapan Teknologi Pengukuran dan Pengendalian serta Teknologi Instrumentasi
Teknologi pengukuran dan kontrol adalah teknologi terapan yang banyak digunakan di berbagai bidang industri, pertanian, transportasi, navigasi, penerbangan, militer, tenaga listrik, dan kehidupan sipil.Dengan perkembangan teknologi produksi, teknologi pengukuran dan kontrol memainkan peran penting dalam teknologi kontrol dari kontrol awal tunggal dan peralatannya, hingga kontrol seluruh proses, dan bahkan sistem, terutama dalam teknologi mutakhir saat ini. dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi modern.
Dalam industri metalurgi, penerapan teknologi pengukuran dan kontrol meliputi: kontrol tanur sembur panas, kontrol pengisian dan kontrol tanur sembur dalam proses pembuatan besi, kontrol tekanan, kontrol kecepatan rolling mill, kontrol koil, dll. dalam proses rolling baja, dan berbagai alat deteksi yang digunakan didalamnya.
Dalam industri tenaga listrik, penerapan teknologi pengukuran dan kontrol meliputi sistem kontrol pembakaran boiler, pemantauan otomatis, perlindungan otomatis, penyesuaian otomatis dan sistem kontrol program otomatis turbin uap, dan sistem kontrol input dan output daya dari mesin.
Dalam industri batubara, penerapan teknologi pengukuran dan kontrol meliputi: instrumen logging metana batu bara dalam proses penambangan batubara, instrumen deteksi komposisi udara tambang, detektor gas tambang, sistem pemantauan keamanan bawah tanah, dll., kontrol proses pendinginan kokas dan kontrol pemulihan gas di proses pemurnian batubara, kontrol proses pemurnian, kontrol transmisi mesin produksi, dll.
Dalam industri perminyakan, penerapan teknologi pengukuran dan pengendalian meliputi: magnetic locator, water content meter, pressure gauge dan alat ukur lainnya yang mendukung teknologi logging dalam proses produksi minyak, sistem suplai tenaga, sistem suplai air, sistem suplai steam, sistem suplai gas , Sistem penyimpanan dan transportasi dan tiga sistem pengolahan limbah dan instrumen deteksi untuk sejumlah besar parameter dalam proses produksi berkelanjutan.
Dalam industri kimia, penerapan teknologi pengukuran dan pengendalian meliputi: pengukuran suhu, pengukuran aliran, pengukuran ketinggian cairan, konsentrasi, keasaman, kelembaban, densitas, kekeruhan, nilai kalor dan berbagai komponen gas campuran.Instrumen kontrol yang secara teratur mengontrol parameter yang dikontrol, dll.
Dalam industri permesinan, penerapan teknologi pengukuran dan kontrol meliputi: peralatan mesin kontrol digital presisi, jalur produksi otomatis, robot industri, dll.
Dalam industri kedirgantaraan, penerapan teknologi pengukuran dan kontrol meliputi: pengukuran parameter seperti ketinggian penerbangan pesawat, kecepatan penerbangan, keadaan dan arah penerbangan, percepatan, beban berlebih, dan keadaan mesin, teknologi kendaraan dirgantara, teknologi pesawat ruang angkasa, dan pengukuran kedirgantaraan dan teknologi kontrol.Tunggu.
Dalam peralatan militer, penerapan teknologi pengukuran dan kontrol meliputi: senjata berpandu presisi, amunisi cerdas, sistem komando otomasi militer (sistem C4IRS), peralatan militer luar angkasa (seperti berbagai pengintaian militer, komunikasi, peringatan dini, satelit navigasi, dll. .).
Pembentukan dan Pengembangan Teknologi Pengukuran dan Kontrol
Fakta Sejarah Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Sejarah pemahaman dan transformasi manusia terhadap alam juga merupakan bagian penting dari sejarah peradaban manusia.Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pertama-tama bergantung pada perkembangan teknologi pengukuran.Ilmu alam modern dimulai dengan pengukuran dalam arti sebenarnya.Banyak ilmuwan terkemuka bermimpi menjadi penemu instrumen ilmiah dan pendiri metode pengukuran.Kemajuan teknologi pengukuran secara langsung mendorong kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.
Revolusi teknologi pertama
Pada abad ke-17 dan ke-18, teknologi pengukuran dan kontrol mulai bermunculan.Beberapa fisikawan di Eropa mulai menggunakan gaya arus dan medan magnet untuk membuat galvanometer sederhana, dan menggunakan lensa optik untuk membuat teleskop, sehingga meletakkan dasar untuk instrumen listrik dan optik.Pada 1760-an, revolusi ilmiah dan teknologi pertama dimulai di Inggris Raya.Hingga abad ke-19, revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi pertama meluas ke Eropa, Amerika, dan Jepang.Selama periode ini, beberapa alat ukur sederhana, seperti alat untuk mengukur panjang, suhu, tekanan, dll telah digunakan.Dalam hidup, produktivitas besar telah tercipta.
Revolusi teknologi kedua
Serangkaian perkembangan di bidang elektromagnetisme pada awal abad ke-19 memicu revolusi teknologi kedua.Karena penemuan instrumen untuk mengukur arus, elektromagnetisme dengan cepat diletakkan di jalur yang benar, dan penemuan demi penemuan tumbuh.Banyak penemuan di bidang elektromagnetisme, seperti telegraf, telepon, generator, dll., Berkontribusi pada datangnya era listrik.Pada saat yang sama, berbagai instrumen lain untuk pengukuran dan observasi juga bermunculan, seperti teodolit presisi kelas satu yang digunakan untuk pengukuran elevasi sebelum tahun 1891.
Revolusi teknologi ketiga
Setelah Perang Dunia II, kebutuhan mendesak akan teknologi tinggi di berbagai negara mendorong transformasi teknologi produksi dari mekanisasi umum menjadi elektrifikasi dan otomasi, dan serangkaian terobosan besar dilakukan dalam penelitian teoretis ilmiah.
Selama periode ini, industri manufaktur yang diwakili oleh produk elektromekanis mulai berkembang secara industri.Karakteristik produksi massal produk adalah operasi siklik dan operasi aliran.Untuk membuatnya otomatis, diperlukan deteksi otomatis posisi benda kerja selama tahap eliminasi pemrosesan dan produksi., ukuran, bentuk, postur atau kinerja, dll. Untuk tujuan ini, diperlukan sejumlah besar perangkat pengukuran dan kontrol.Di sisi lain, maraknya industri kimia dengan bahan baku minyak bumi membutuhkan instrumen pengukuran dan kontrol yang sangat banyak.Instrumentasi otomatis mulai distandarisasi, dan sistem kontrol otomatis dibentuk sesuai permintaan.Pada saat yang sama, peralatan mesin CNC dan teknologi robot juga lahir selama periode ini, di mana teknologi dan instrumen pengukuran dan kontrol memiliki aplikasi penting.
Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, instrumentasi telah menjadi alat teknis yang sangat diperlukan untuk pengukuran, kontrol, dan otomasi, mulai dari pengukuran dan observasi sederhana.Untuk memenuhi kebutuhan berbagai aspek, instrumentasi telah berkembang dari bidang aplikasi tradisional ke bidang aplikasi non-tradisional seperti biomedis, lingkungan ekologi, dan bioteknologi.
Sejak abad ke-21, sejumlah besar pencapaian teknologi terbaru, seperti hasil penelitian mesin presisi berskala nano, hasil penelitian kimia modern tingkat molekuler, hasil penelitian biologi tingkat gen, dan penelitian material fungsional khusus berperforma ultra presisi tinggi hasil dan global Hasil dari mempopulerkan dan menerapkan teknologi jaringan telah keluar satu demi satu, yang merupakan perubahan mendasar di bidang instrumentasi dan mendorong munculnya era baru instrumen berteknologi tinggi dan cerdas.
Sensor dalam sistem pengukuran dan kontrol
Sistem pengukuran dan kontrol umum terdiri dari sensor, konverter perantara, dan perekam tampilan.Sensor mendeteksi dan mengubah besaran fisik terukur menjadi besaran fisik terukur.Konverter perantara menganalisis, memproses, dan mengubah keluaran sensor menjadi sinyal yang dapat diterima oleh instrumen berikutnya, dan mengeluarkannya ke sistem lain, atau diukur oleh perekam layar.Hasilnya ditampilkan dan direkam.
Sensor adalah tautan pertama dari sistem pengukuran.Untuk sistem kontrol, jika komputer diibaratkan otak, maka sensornya setara dengan panca indera, yang secara langsung mempengaruhi akurasi kontrol sistem tersebut.
Sensor umumnya terdiri dari elemen sensitif, file konversi, dan sirkuit konversi.Nilai terukur langsung dirasakan oleh elemen sensitif, dan perubahan nilai parameter tertentu itu sendiri memiliki hubungan yang pasti dengan perubahan nilai terukur, dan parameter ini mudah diukur dan dihasilkan;kemudian output dari elemen sensitif diubah menjadi parameter listrik oleh elemen konversi;Terakhir, rangkaian konversi memperkuat keluaran parameter listrik oleh elemen konversi dan mengubahnya menjadi sinyal listrik berguna yang sesuai untuk tampilan, perekaman, pemrosesan, dan kontrol.
Situasi Terkini dan Perkembangan Sensor Baru
Teknologi penginderaan adalah salah satu teknologi tinggi yang paling cepat berkembang di dunia saat ini.Sensor baru ini tidak hanya mengejar presisi tinggi, jangkauan luas, keandalan tinggi, dan konsumsi daya rendah, tetapi juga berkembang ke arah integrasi, miniaturisasi, digitalisasi, dan kecerdasan.
1. Cerdas
Kecerdasan sensor mengacu pada kombinasi fungsi sensor konvensional dan fungsi komputer atau komponen lain untuk membentuk rakitan independen, yang tidak hanya memiliki fungsi pengambilan informasi dan konversi sinyal, tetapi juga memiliki kemampuan pemrosesan data. , analisis kompensasi dan pengambilan keputusan.
2. Jaringan
Jaringan sensor adalah untuk mengaktifkan sensor untuk memiliki fungsi menghubungkan dengan jaringan komputer, untuk mewujudkan transmisi informasi jarak jauh dan kemampuan pemrosesan, yaitu, untuk mewujudkan pengukuran pengukuran "over-the-horizon". dan sistem kontrol.
3. Miniaturisasi
Nilai miniaturisasi sensor sangat mengurangi volume sensor dengan syarat fungsinya tidak berubah atau bahkan ditingkatkan.Miniaturisasi adalah persyaratan pengukuran dan kontrol presisi modern.Pada prinsipnya, semakin kecil ukuran sensor, semakin kecil dampaknya terhadap objek yang diukur dan lingkungan, semakin sedikit konsumsi energi, dan semakin mudah mencapai pengukuran yang akurat.
4. Integrasi
Integrasi sensor mengacu pada integrasi dua arah berikut:
(1) Integrasi beberapa parameter pengukuran dapat mengukur banyak parameter.
(2) Integrasi sirkuit penginderaan dan selanjutnya, yaitu integrasi komponen sensitif, komponen konversi, sirkuit konversi, dan bahkan catu daya pada chip yang sama, sehingga memiliki kinerja tinggi.
5. Digitalisasi
Nilai digital dari sensor adalah bahwa keluaran informasi oleh sensor adalah kuantitas digital, yang dapat mewujudkan transmisi jarak jauh dan presisi tinggi, dan dapat dihubungkan ke peralatan pemrosesan digital seperti komputer tanpa tautan perantara.
Integrasi, kecerdasan, miniaturisasi, jaringan, dan digitalisasi sensor tidak berdiri sendiri, tetapi saling melengkapi dan saling terkait, dan tidak ada batasan yang jelas di antara keduanya.
Teknologi Kontrol dalam Pengukuran dan Sistem Kontrol
Teori Kontrol Dasar
1. Teori kontrol klasik
Teori kontrol klasik mencakup tiga bagian: teori kontrol linier, teori kontrol sampling, dan teori kontrol nonlinier.Sibernetika klasik mengambil Transformasi Laplace dan Transformasi Z sebagai alat matematika, dan mengambil sistem stabil linear single-input-single-output sebagai objek penelitian utama.Persamaan diferensial yang menjelaskan sistem ditransformasikan ke dalam domain bilangan kompleks dengan transformasi Laplace atau transformasi Z, dan fungsi alih sistem diperoleh.Dan berdasarkan fungsi transfer, metode penelitian lintasan dan frekuensi, dengan fokus pada analisis stabilitas dan akurasi kondisi tunak dari sistem kontrol umpan balik.
2. Teori Kontrol Modern
Teori kontrol modern adalah teori kontrol yang didasarkan pada metode ruang keadaan, yang merupakan komponen utama dari teori kontrol otomatis.Dalam teori kontrol modern, analisis dan desain sistem kontrol terutama dilakukan dengan mendeskripsikan variabel keadaan sistem, dan metode dasarnya adalah metode domain waktu.Teori kontrol modern dapat menangani masalah kontrol yang jauh lebih luas daripada teori kontrol klasik, termasuk sistem linier dan nonlinier, sistem stasioner dan variasi waktu, sistem variabel tunggal dan sistem multivariabel.Metode dan algoritma yang diadopsinya juga lebih cocok untuk komputer digital.Teori kontrol modern juga menawarkan kemungkinan untuk merancang dan membangun sistem kontrol yang optimal dengan indikator kinerja tertentu.
Sistem pengaturan
Sistem kontrol terdiri dari perangkat kontrol (termasuk pengontrol, aktuator, dan sensor) dan objek yang dikendalikan.Perangkat kontrol dapat berupa orang atau mesin, yang merupakan perbedaan antara kontrol otomatis dan kontrol manual.Untuk sistem kontrol otomatis, menurut prinsip kontrol yang berbeda, dapat dibagi menjadi sistem kontrol loop terbuka dan sistem kontrol loop tertutup;menurut klasifikasi sinyal yang diberikan, dapat dibagi menjadi sistem kontrol nilai konstan, sistem kontrol tindak lanjut dan sistem kontrol program.
Teknologi instrumen virtual
Alat ukur merupakan bagian penting dari sistem pengukuran dan kontrol, yang dibagi menjadi dua jenis: instrumen independen dan instrumen virtual.
Instrumen independen mengumpulkan, memproses, dan mengeluarkan sinyal instrumen dalam sasis independen, memiliki panel operasi dan berbagai port, dan semua fungsi ada dalam bentuk perangkat keras atau firmware, yang menentukan bahwa instrumen independen hanya dapat ditentukan oleh pabrikan., lisensi, yang tidak dapat diubah oleh pengguna.
Instrumen virtual menyelesaikan analisis dan pemrosesan sinyal, ekspresi dan keluaran hasil di komputer, atau memasukkan kartu akuisisi data di komputer, dan menghapus tiga bagian instrumen di komputer, yang menerobos tradisional instrumen.keterbatasan.
Fitur Teknis Instrumen Virtual
1. Fungsi yang kuat, mengintegrasikan dukungan perangkat keras komputer yang kuat, menembus keterbatasan instrumen tradisional dalam pemrosesan, tampilan, dan penyimpanan.Konfigurasi standarnya adalah: prosesor berkinerja tinggi, layar beresolusi tinggi, hard disk berkapasitas besar.
2. Sumber daya perangkat lunak komputer mewujudkan perangkat lunak dari beberapa perangkat keras mesin, menghemat sumber daya material, dan meningkatkan fleksibilitas sistem;melalui algoritme numerik yang sesuai, berbagai analisis dan pemrosesan data uji dapat dilakukan secara langsung dalam waktu nyata;melalui teknologi GUI (antarmuka pengguna grafis)) untuk benar-benar mencapai antarmuka yang ramah dan interaksi manusia-komputer.
3. Mengingat bus komputer dan bus instrumen modular, perangkat keras instrumen dimodulasi dan diserialkan, yang sangat mengurangi ukuran sistem dan memfasilitasi konstruksi instrumen modular.
Komposisi sistem instrumen virtual
Instrumen virtual terdiri dari perangkat keras dan antarmuka, perangkat lunak driver perangkat, dan panel instrumen virtual.Di antara mereka, perangkat perangkat keras dan antarmuka dapat berupa berbagai kartu fungsi bawaan berbasis PC, kartu antarmuka bus antarmuka universal, port serial, antarmuka instrumen bus VXI, dll., Atau berbagai alat uji eksternal yang dapat diprogram lainnya, Perangkat lunak driver perangkat adalah program driver yang secara langsung mengontrol berbagai antarmuka perangkat keras.Instrumen virtual berkomunikasi dengan sistem instrumen nyata melalui perangkat lunak driver perangkat yang mendasarinya, dan menampilkan elemen operasi yang sesuai dari panel instrumen nyata di layar komputer dalam bentuk panel instrumen virtual.Berbagai kontrol.Pengguna mengoperasikan panel instrumen virtual dengan mouse senyata dan senyaman mengoperasikan instrumen sebenarnya.
Jurusan teknologi pengukuran dan kontrol dan instrumen adalah prospek pengembangan tradisional dan penuh.Dikatakan tradisional karena memiliki asal muasal yang kuno, telah mengalami perkembangan ratusan tahun, dan berperan penting dalam perkembangan masyarakat.Sebagai jurusan tradisional, melibatkan banyak disiplin ilmu sekaligus, yang membuatnya tetap memiliki vitalitas yang kuat.
Dengan perkembangan lebih lanjut dari teknologi pengukuran dan kontrol modern, teknologi informasi elektronik dan teknologi komputer, ini telah mengantarkan peluang baru untuk inovasi dan pengembangan, yang pasti akan menghasilkan lebih banyak aplikasi kritis di berbagai bidang.
Waktu posting: Nov-21-2022