Mess-, Regel- und Messtechnik verstehen

Mess- und Steuertechnik und -instrument ist eine Theorie und Technologie, die die Erfassung und Verarbeitung von Informationen und die Steuerung verwandter Elemente untersucht.„Mess- und Steuertechnik und -instrumente“ bezieht sich auf die Mittel und Ausrüstungen für das Sammeln, Messen, Speichern, Übertragen, Verarbeiten und Steuern von Informationen, einschließlich Messtechnik, Steuertechnik und Instrumente und Systeme, die diese Technologien implementieren.

Mess- und Regeltechnik
Mess- und Regeltechnik und Instrumente basieren auf Präzisionsmaschinen, Elektronik, Optik, Automatik und Computertechnik.Es untersucht hauptsächlich neue Prinzipien, Methoden und Prozesse verschiedener Präzisionsprüf- und Kontrolltechnologien.In der Anwendungsforschung der Mess- und Regeltechnik hat die Computertechnik in den letzten Jahren eine immer wichtigere Rolle gespielt.
Mess- und Regeltechnik ist eine Anwendungstechnik, die direkt auf die Produktion und das Leben angewendet wird, und ihre Anwendung umfasst verschiedene Bereiche des gesellschaftlichen Lebens wie „das Gewicht der Landwirtschaft, des Meeres, des Landes und der Luft, der Ernährung und der Kleidung“.Die Messtechnik ist der „Multiplikator“ der Volkswirtschaft, der „Erste Offizier“ der wissenschaftlichen Forschung, die „Kampfmacht“ im Militär und der „materialisierte Richter“ in gesetzlichen Regelungen.Computergestützte Prüf- und Regeltechnik sowie intelligente und präzise Mess- und Regelinstrumente und -systeme sind wichtige Symbole und Mittel in den Bereichen moderner industrieller und landwirtschaftlicher Produktion, wissenschaftlicher und technologischer Forschung, Verwaltung, Kontrolle und Überwachung und spielen eine immer wichtigere Rolle.

Anwendung der Mess- und Regeltechnik und Instrumentierungstechnik
Die Mess- und Steuertechnik ist eine angewandte Technologie, die in verschiedenen Bereichen der Industrie, Landwirtschaft, des Transportwesens, der Navigation, der Luftfahrt, des Militärs, der Stromversorgung und des zivilen Lebens weit verbreitet ist.Mit der Entwicklung der Produktionstechnik spielt die Mess- und Steuertechnik eine entscheidende Rolle in der Steuerungstechnik von der anfänglichen Steuerung eines einzelnen und seiner Ausrüstung bis zur Steuerung des gesamten Prozesses und sogar des Systems, insbesondere in der heutigen Spitzentechnologie auf dem Gebiet der modernen Wissenschaft und Technologie.
In der Hüttenindustrie umfasst die Anwendung der Mess- und Regeltechnik: Heißhochofensteuerung, Chargiersteuerung und Hochofensteuerung im Eisenerzeugungsprozess, Drucksteuerung, Walzwerksdrehzahlsteuerung, Spulensteuerung usw. im Stahlwalzprozess und verschiedene darin verwendete Detektionsinstrumente.
In der Elektrizitätsindustrie umfasst die Anwendung der Mess- und Steuertechnik das Verbrennungssteuersystem des Kessels, die automatische Überwachung, den automatischen Schutz, die automatische Einstellung und das automatische Programmsteuersystem der Dampfturbine sowie das Leistungseingangs- und Ausgangssteuersystem von der Motor.
In der Kohleindustrie umfasst die Anwendung der Mess- und Regeltechnik: Kohlenflöz-Methan-Messgerät im Kohlebergbauprozess, Messgerät zur Ermittlung der Luftzusammensetzung in Gruben, Grubengasdetektor, Untertage-Sicherheitsüberwachungssystem usw., Kokslöschprozesssteuerung und Gasrückgewinnungssteuerung in Kohleraffinierungsprozess, Raffinerieprozesssteuerung, Übertragungssteuerung von Produktionsmaschinen usw.
In der Erdölindustrie umfasst die Anwendung der Mess- und Steuertechnik: Magnetortungsgerät, Wassergehaltsmesser, Manometer und andere Messgeräte zur Unterstützung der Protokollierungstechnologie im Ölförderungsprozess, Stromversorgungssystem, Wasserversorgungssystem, Dampfversorgungssystem, Gasversorgungssystem , Lager- und Transportsystem und drei Abfallbehandlungssystem und die Nachweisinstrumente für eine Vielzahl von Parametern im kontinuierlichen Produktionsprozess.
In der chemischen Industrie umfasst die Anwendung der Mess- und Regeltechnik: Temperaturmessung, Durchflussmessung, Füllstandsmessung, Konzentration, Säuregehalt, Feuchte, Dichte, Trübung, Brennwert und verschiedene Mischgaskomponenten.Kontrollinstrumente, die regelmäßig die kontrollierten Parameter usw. kontrollieren.
In der Maschinenindustrie umfasst die Anwendung der Mess- und Steuerungstechnik: Präzisionswerkzeugmaschinen mit digitaler Steuerung, automatische Produktionslinien, Industrieroboter usw.
In der Luft- und Raumfahrtindustrie umfasst die Anwendung der Mess- und Steuertechnik: die Messung von Parametern wie Flughöhe, Fluggeschwindigkeit, Flugzustand und -richtung, Beschleunigung, Überlastung und Triebwerkszustand, Luft- und Raumfahrttechnik, Raumfahrzeugtechnik und Luft- und Raumfahrtmessung und Steuerungstechnik.Warten.
In der Militärausrüstung umfasst die Anwendung der Mess- und Steuerungstechnologie: präzisionsgelenkte Waffen, intelligente Munition, militärisches Automatisierungsbefehlssystem (C4IRS-System), militärische Ausrüstung im Weltraum (wie verschiedene militärische Aufklärungs-, Kommunikations-, Frühwarn-, Navigationssatelliten usw .).

Entstehung und Entwicklung der Mess- und Regeltechnik
Die historischen Fakten der Entwicklung von Wissenschaft und Technik Die Geschichte des menschlichen Verständnisses und der Transformation der Natur ist auch ein wichtiger Teil der Geschichte der menschlichen Zivilisation.Die Entwicklung von Wissenschaft und Technik hängt zunächst von der Entwicklung der Messtechnik ab.Die moderne Naturwissenschaft beginnt mit dem Messen im eigentlichen Sinne.Viele herausragende Wissenschaftler träumen davon, Erfinder wissenschaftlicher Instrumente und Begründer von Messmethoden zu sein.Der Fortschritt der Messtechnik treibt direkt den Fortschritt von Wissenschaft und Technik voran.
Die erste technologische Revolution
Im 17. und 18. Jahrhundert begann sich die Mess- und Regeltechnik zu entwickeln.Einige Physiker in Europa begannen, die Kraft des Stroms und des Magnetfelds zu nutzen, um einfache Galvanometer herzustellen, und verwendeten optische Linsen, um Teleskope herzustellen, und legten damit den Grundstein für elektrische und optische Instrumente.In den 1760er Jahren begann im Vereinigten Königreich die erste wissenschaftliche und technologische Revolution.Bis zum 19. Jahrhundert dehnte sich die erste wissenschaftliche und technologische Revolution auf Europa, Amerika und Japan aus.Während dieser Zeit wurden einige einfache Messinstrumente, wie Instrumente zum Messen von Länge, Temperatur, Druck usw. verwendet.Im Leben wurde eine enorme Produktivität geschaffen.

Die zweite technologische Revolution
Eine Reihe von Entwicklungen auf dem Gebiet des Elektromagnetismus im frühen 19. Jahrhundert lösten die zweite technologische Revolution aus.Durch die Erfindung des Instruments zur Strommessung wurde der Elektromagnetismus schnell auf die richtige Spur gebracht, und eine Entdeckung nach der anderen wuchs heran.Viele Erfindungen auf dem Gebiet des Elektromagnetismus, wie Telegraf, Telefon, Generator usw., trugen zum Beginn des Elektrozeitalters bei.Gleichzeitig entstehen auch verschiedene andere Mess- und Beobachtungsinstrumente, wie der Präzisionstheodolit erster Klasse, der vor 1891 zur Höhenmessung verwendet wurde.

Die dritte technologische Revolution
Nach dem Zweiten Weltkrieg förderte der dringende Bedarf an Hochtechnologie in verschiedenen Ländern den Wandel der Produktionstechnologie von der allgemeinen Mechanisierung zur Elektrifizierung und Automatisierung, und es wurden eine Reihe wichtiger Durchbrüche in der wissenschaftlichen theoretischen Forschung erzielt.
In dieser Zeit begann sich die durch elektromechanische Produkte repräsentierte Fertigungsindustrie industriell zu entwickeln.Die Merkmale der Massenproduktion von Produkten sind Taktvorgänge und Fließvorgänge.Um diese zu automatisieren, ist es erforderlich, die Position des Werkstücks während der Eliminierungsstufe der Verarbeitung und Produktion automatisch zu erfassen.B. Größe, Form, Körperhaltung oder Leistung etc. Dazu sind eine Vielzahl von Mess- und Regelgeräten erforderlich.Andererseits erfordert der Aufstieg der chemischen Industrie mit Erdöl als Rohstoff eine Vielzahl von Mess- und Regelinstrumenten.Die automatisierte Instrumentierung wurde standardisiert, und bei Bedarf wurde ein automatisches Steuersystem gebildet.Gleichzeitig wurden in dieser Zeit auch CNC-Werkzeugmaschinen und Robotertechnik geboren, in denen Mess- und Regeltechnik und Instrumente wichtige Anwendungen finden.
Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie ist die Instrumentierung zu einem unverzichtbaren technischen Werkzeug für die Messung, Steuerung und Automatisierung geworden, ausgehend von der einfachen Messung und Beobachtung.Um den Anforderungen verschiedener Aspekte gerecht zu werden, hat sich die Instrumentierung von traditionellen Anwendungsfeldern auf nicht-traditionelle Anwendungsfelder wie Biomedizin, ökologische Umwelt und Biotechnik ausgeweitet.
Seit dem 21. Jahrhundert eine große Anzahl der neuesten technologischen Errungenschaften, wie z Ergebnisse und weltweit Die Ergebnisse der Popularisierung und Anwendung der Netzwerktechnologie sind nacheinander erschienen, was eine grundlegende Veränderung auf dem Gebiet der Instrumentierung darstellt und den Beginn einer neuen Ära von Hightech- und intelligenten Instrumenten fördert.

Sensoren in Mess- und Regelsystemen
Das allgemeine Mess- und Regelsystem besteht aus Sensoren, Zwischenwandlern und Bildschirmschreibern.Der Sensor erfasst und wandelt die gemessene physikalische Größe in die gemessene physikalische Größe um.Der zwischengeschaltete Konverter analysiert, verarbeitet und wandelt das Ausgangssignal des Sensors in ein Signal um, das vom nachfolgenden Instrument akzeptiert und an andere Systeme ausgegeben oder vom Bildschirmschreiber gemessen wird.Die Ergebnisse werden angezeigt und aufgezeichnet.
Der Sensor ist das erste Glied des Messsystems.Wenn der Computer für das Steuersystem mit dem Gehirn verglichen wird, entspricht der Sensor den fünf Sinnen, was sich direkt auf die Steuergenauigkeit des Systems auswirkt.
Der Sensor besteht im Allgemeinen aus empfindlichen Elementen, Konvertierungsdateien und Konvertierungsschaltungen.Der gemessene Wert wird direkt von dem empfindlichen Element gefühlt, und die Änderung eines bestimmten Parameterwerts selbst hat eine eindeutige Beziehung zu der Änderung des gemessenen Werts, und dieser Parameter ist leicht zu messen und auszugeben;dann wird die Ausgabe des empfindlichen Elements durch das Umwandlungselement in einen elektrischen Parameter umgewandelt;Schließlich verstärkt die Umwandlungsschaltung die vom Umwandlungselement ausgegebenen elektrischen Parameter und wandelt sie in nützliche elektrische Signale um, die zur Anzeige, Aufzeichnung, Verarbeitung und Steuerung geeignet sind.
Aktuelle Situation und Entwicklung neuer Sensoren
Die Sensortechnologie ist heute eine der sich am schnellsten entwickelnden Hightechs der Welt.Der neue Sensor strebt nicht nur nach hoher Präzision, großer Reichweite, hoher Zuverlässigkeit und geringem Stromverbrauch, sondern entwickelt sich auch in Richtung Integration, Miniaturisierung, Digitalisierung und Intelligenz.

1. Intelligent
Die Intelligenz des Sensors bezeichnet die Kombination der Funktionen herkömmlicher Sensoren und der Funktionen von Computern oder anderen Komponenten zu einer eigenständigen Baugruppe, die nicht nur die Funktionen der Informationsaufnahme und Signalwandlung hat, sondern auch die Fähigkeit zur Datenverarbeitung besitzt , Vergütungsanalyse und Entscheidungsfindung.

2. Vernetzung
Die Vernetzung des Sensors soll ermöglichen, dass der Sensor die Funktion hat, sich mit dem Computernetzwerk zu verbinden, die Fähigkeit zur Übertragung und Verarbeitung von Informationen über große Entfernungen zu realisieren, dh die Messung der Messung „über den Horizont“ zu realisieren und Kontrollsystem.

3. Miniaturisierung
Der Miniaturisierungswert des Sensors reduziert das Volumen des Sensors stark unter der Bedingung, dass die Funktion unverändert oder sogar verbessert wird.Miniaturisierung ist die Anforderung moderner Präzisionsmess- und Regeltechnik.Grundsätzlich gilt: Je kleiner der Sensor, desto geringer die Auswirkungen auf das Messobjekt und die Umgebung, desto geringer der Energieverbrauch und desto einfacher eine genaue Messung.

4. Integration
Die Integration von Sensoren bezieht sich auf die Integration der folgenden zwei Richtungen:
(1) Die Integration mehrerer Messparameter kann mehrere Parameter messen.
(2) Die Integration von Erfassungs- und Folgeschaltungen, d. h. die Integration von empfindlichen Komponenten, Umwandlungskomponenten, Umwandlungsschaltungen und sogar Stromversorgungen auf demselben Chip, damit er eine hohe Leistung aufweist.

5. Digitalisierung
Der digitale Wert des Sensors besteht darin, dass die vom Sensor ausgegebenen Informationen eine digitale Größe sind, die eine Übertragung über große Entfernungen und mit hoher Präzision realisieren und ohne Zwischenverbindungen mit digitalen Verarbeitungsgeräten wie einem Computer verbunden werden kann.
Integration, Intelligenz, Miniaturisierung, Vernetzung und Digitalisierung von Sensoren sind nicht unabhängig voneinander, sondern komplementär und miteinander verknüpft, und es gibt keine klare Grenze zwischen ihnen.
Regelungstechnik im Mess- und Regelsystem

Grundlegende Steuerungstheorie
1. Klassische Kontrolltheorie
Die klassische Steuerungstheorie umfasst drei Teile: die lineare Steuerungstheorie, die Abtaststeuerungstheorie und die nichtlineare Steuerungstheorie.Die klassische Kybernetik verwendet die Laplace-Transformation und die Z-Transformation als mathematische Werkzeuge und nimmt das lineare stationäre System mit einem Eingang und einem Ausgang als Hauptforschungsgegenstand.Die das System beschreibende Differentialgleichung wird durch Laplace-Transformation oder Z-Transformation in den komplexen Zahlenbereich transformiert, und die Übertragungsfunktion des Systems wird erhalten.Und basierend auf der Übertragungsfunktion, einer Forschungsmethode für Flugbahn und Frequenz, die sich auf die Analyse der Stabilität und stationären Genauigkeit des Feedback-Steuerungssystems konzentriert.

2. Moderne Kontrolltheorie
Die moderne Steuerungstheorie ist eine Steuerungstheorie, die auf der State-Space-Methode basiert, die ein Hauptbestandteil der automatischen Steuerungstheorie ist.In der modernen Steuerungstheorie werden die Analyse und der Entwurf des Steuerungssystems hauptsächlich durchgeführt, indem die Zustandsvariablen des Systems beschrieben werden, und die grundlegende Methode ist die Zeitbereichsmethode.Die moderne Steuerungstheorie kann sich mit einem viel breiteren Bereich von Steuerungsproblemen befassen als die klassische Steuerungstheorie, einschließlich linearer und nichtlinearer Systeme, stationärer und zeitvariabler Systeme, Systeme mit einer Variablen und Systemen mit mehreren Variablen.Die verwendeten Methoden und Algorithmen sind auch besser für digitale Computer geeignet.Die moderne Regelungstheorie bietet auch die Möglichkeit, optimale Regelungssysteme mit vorgegebenen Leistungskennzahlen zu entwerfen und zu bauen.

Kontrollsystem
Das Steuerungssystem besteht aus Steuerungsgeräten (einschließlich Controllern, Aktuatoren und Sensoren) und gesteuerten Objekten.Das Steuergerät kann eine Person oder eine Maschine sein, was den Unterschied zwischen automatischer Steuerung und manueller Steuerung ausmacht.Für das automatische Steuersystem kann es gemäß den verschiedenen Steuerprinzipien in ein Steuersystem mit offenem Regelkreis und ein Steuersystem mit geschlossenem Regelkreis unterteilt werden.Nach der Klassifizierung der gegebenen Signale kann es in Konstantwertregelung, Folgeregelung und Programmregelung unterteilt werden.

Virtuelle Instrumententechnologie
Das Messinstrument ist ein wichtiger Teil des Mess- und Steuersystems, das in zwei Typen unterteilt ist: unabhängiges Instrument und virtuelles Instrument.
Das unabhängige Instrument sammelt, verarbeitet und gibt das Signal des Instruments in einem unabhängigen Chassis aus, hat ein Bedienfeld und verschiedene Ports, und alle Funktionen existieren in Form von Hardware oder Firmware, wodurch das unabhängige Instrument nur definiert werden kann der Hersteller., Lizenz, die der Benutzer nicht ändern kann.
Das virtuelle Instrument vervollständigt die Analyse und Verarbeitung des Signals, den Ausdruck und die Ausgabe des Ergebnisses auf dem Computer oder fügt die Datenerfassungskarte auf dem Computer ein und entfernt die drei Teile des Instruments auf dem Computer, was das Traditionelle durchbricht Instrumente.Einschränkung.

Technische Merkmale virtueller Instrumente
1. Leistungsstarke Funktionen, die die leistungsstarke Hardwareunterstützung von Computern integrieren und die Einschränkungen herkömmlicher Instrumente bei der Verarbeitung, Anzeige und Speicherung durchbrechen.Die Standardkonfiguration ist: Hochleistungsprozessor, hochauflösendes Display, Festplatte mit großer Kapazität.
2. Computersoftwareressourcen realisieren die Softwareisierung einiger Maschinenhardware, sparen Materialressourcen und verbessern die Flexibilität des Systems;durch entsprechende numerische Algorithmen können verschiedene Analysen und Verarbeitungen von Testdaten direkt in Echtzeit durchgeführt werden;durch GUI (Graphical User Interface) Interface)-Technologie, um wirklich eine benutzerfreundliche Oberfläche und Mensch-Computer-Interaktion zu erreichen.
3. Angesichts des Computerbusses und des modularen Instrumentenbusses ist die Instrumentenhardware modularisiert und serialisiert, was die Größe des Systems stark reduziert und den Aufbau modularer Instrumente erleichtert.
Die Zusammensetzung des virtuellen Instrumentensystems
Das virtuelle Instrument besteht aus Hardwaregeräten und -schnittstellen, Gerätetreibersoftware und einem virtuellen Instrumentenfeld.Darunter können die Hardwaregeräte und -schnittstellen verschiedene PC-basierte eingebaute Funktionskarten, universelle Schnittstellenbus-Schnittstellenkarten, serielle Ports, VXI-Bus-Instrumentenschnittstellen usw. oder andere verschiedene programmierbare externe Testgeräte sein. Die Gerätetreibersoftware ist ein Treiberprogramm, das verschiedene Hardwareschnittstellen direkt steuert.Das virtuelle Instrument kommuniziert mit dem realen Instrumentensystem über die zugrunde liegende Gerätetreibersoftware und zeigt die entsprechenden Bedienelemente des realen Instrumentenbretts auf dem Computerbildschirm in Form eines virtuellen Instrumentenbretts an.Diverse Bedienelemente.Der Benutzer bedient das Bedienfeld des virtuellen Instruments mit der Maus so real und bequem wie das Bedienen des realen Instruments.
Der Studiengang Mess-, Regel- und Regeltechnik ist ein traditionsreicher und voller Entwicklungsperspektiven.Es wird als traditionell bezeichnet, weil es einen uralten Ursprung hat, eine Jahrhunderte lange Entwicklung erlebt hat und eine wichtige Rolle in der gesellschaftlichen Entwicklung gespielt hat.Als traditionelles Studienfach umfasst es viele Disziplinen gleichzeitig, was ihm immer noch eine starke Vitalität verleiht.
Mit der Weiterentwicklung der modernen Mess- und Regeltechnik, der elektronischen Informationstechnik und der Computertechnik hat sie eine neue Chance für Innovation und Entwicklung eingeläutet, die sicherlich immer mehr kritische Anwendungen in verschiedenen Bereichen hervorbringen wird.