Comprendre la technologie de mesure et de contrôle et la technologie d'instrumentation

La technologie et l'instrument de mesure et de contrôle sont une théorie et une technologie qui étudient l'acquisition et le traitement de l'information et le contrôle des éléments connexes.« Technologie et instruments de mesure et de contrôle » désigne les moyens et équipements de collecte, de mesure, de stockage, de transmission, de traitement et de contrôle des informations, y compris la technologie de mesure, la technologie de contrôle et les instruments et systèmes qui mettent en œuvre ces technologies.

Technologie de mesure et de contrôle
La technologie et les instruments de mesure et de contrôle sont basés sur des machines de précision, la technologie électronique, l'optique, le contrôle automatique et la technologie informatique.Il étudie principalement les nouveaux principes, méthodes et processus de diverses technologies de test et de contrôle de précision.Au cours des dernières années, la technologie informatique a joué un rôle de plus en plus important dans la recherche d'application de la technologie de mesure et de contrôle.
La technologie de mesure et de contrôle est une technologie d'application directement appliquée à la production et à la vie, et son application couvre divers domaines de la vie sociale tels que "le poids de l'agriculture, de la mer, de la terre et de l'air, de l'alimentation et de l'habillement".La technologie de l'instrumentation est le «multiplicateur» de l'économie nationale, le «premier officier» de la recherche scientifique, la «puissance de combat» dans l'armée et le «juge matérialisé» dans les réglementations juridiques.La technologie informatisée de test et de contrôle et les instruments et systèmes de mesure et de contrôle intelligents et précis sont des symboles et des moyens importants dans les domaines de la production industrielle et agricole moderne, de la recherche scientifique et technologique, de la gestion, de l'inspection et de la surveillance, et jouent un rôle de plus en plus important.

Application de la technologie de mesure et de contrôle et de la technologie d'instrumentation
La technologie de mesure et de contrôle est une technologie appliquée largement utilisée dans divers domaines de l'industrie, de l'agriculture, des transports, de la navigation, de l'aviation, de l'armée, de l'énergie électrique et de la vie civile.Avec le développement de la technologie de production, la technologie de mesure et de contrôle joue un rôle essentiel dans la technologie de contrôle depuis le contrôle initial d'un seul et de son équipement, jusqu'au contrôle de l'ensemble du processus, et même du système, en particulier dans la technologie de pointe d'aujourd'hui. dans le domaine de la science et de la technologie modernes.
Dans l'industrie métallurgique, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : le contrôle du haut fourneau chaud, le contrôle du chargement et le contrôle du haut fourneau dans le processus de fabrication du fer, le contrôle de la pression, le contrôle de la vitesse du laminoir, le contrôle de la bobine, etc. dans le processus de laminage de l'acier, et divers instruments de détection qui y sont utilisés.
Dans l'industrie de l'énergie électrique, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend le système de contrôle de la combustion de la chaudière, la surveillance automatique, la protection automatique, le réglage automatique et le système de contrôle de programme automatique de la turbine à vapeur, et le système de contrôle d'entrée et de sortie de puissance de le moteur.
Dans l'industrie du charbon, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : un instrument d'enregistrement du méthane de houille dans le processus d'extraction du charbon, un instrument de détection de la composition de l'air minier, un détecteur de gaz minier, un système de surveillance de la sécurité souterraine, etc., le contrôle du processus de trempe du coke et le contrôle de la récupération du gaz dans processus de raffinage du charbon, contrôle du processus de raffinage, contrôle de la transmission des machines de production, etc.
Dans l'industrie pétrolière, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : un localisateur magnétique, un compteur de teneur en eau, un manomètre et d'autres instruments de mesure prenant en charge la technologie de journalisation dans le processus de production de pétrole, un système d'alimentation électrique, un système d'alimentation en eau, un système d'alimentation en vapeur, un système d'alimentation en gaz , Système de stockage et de transport et trois système de traitement des déchets et les instruments de détection pour un grand nombre de paramètres dans le processus de production continu.
Dans l'industrie chimique, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : la mesure de la température, la mesure du débit, la mesure du niveau de liquide, la concentration, l'acidité, l'humidité, la densité, la turbidité, la valeur calorifique et divers composants gazeux mélangés.Instruments de contrôle qui contrôlent régulièrement les paramètres contrôlés, etc.
Dans l'industrie des machines, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : les machines-outils à commande numérique de précision, les lignes de production automatiques, les robots industriels, etc.
Dans l'industrie aérospatiale, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : la mesure de paramètres tels que l'altitude de vol de l'aéronef, la vitesse de vol, l'état et la direction du vol, l'accélération, la surcharge et l'état du moteur, la technologie des véhicules aérospatiaux, la technologie des engins spatiaux et la mesure aérospatiale et la technologie de contrôle.Attendez.
Dans les équipements militaires, l'application de la technologie de mesure et de contrôle comprend : les armes à guidage de précision, les munitions intelligentes, le système de commande d'automatisation militaire (système C4IRS), les équipements militaires de l'espace extra-atmosphérique (tels que divers satellites de reconnaissance militaire, de communication, d'alerte précoce, de navigation, etc. .).

Formation et développement de la technologie de mesure et de contrôle
Les faits historiques du développement de la science et de la technologie L'histoire de la compréhension humaine et de la transformation de la nature est également une partie importante de l'histoire de la civilisation humaine.Le développement de la science et de la technologie dépend d'abord du développement de la technologie de mesure.La science naturelle moderne commence par la mesure au sens propre.De nombreux scientifiques exceptionnels rêvent d'être les inventeurs d'instruments scientifiques et les fondateurs de méthodes de mesure.Les progrès de la technologie de mesure entraînent directement les progrès de la science et de la technologie.
La première révolution technologique
Aux XVIIe et XVIIIe siècles, les technologies de mesure et de contrôle commencent à émerger.Certains physiciens en Europe ont commencé à utiliser la force du courant et du champ magnétique pour fabriquer de simples galvanomètres et à utiliser des lentilles optiques pour fabriquer des télescopes, jetant ainsi les bases d'instruments électriques et optiques.Dans les années 1760, la première révolution scientifique et technologique a commencé au Royaume-Uni.Jusqu'au XIXe siècle, la première révolution scientifique et technologique s'est étendue à l'Europe, l'Amérique et le Japon.Pendant cette période, certains instruments de mesure simples, tels que des instruments de mesure de longueur, de température, de pression, etc., ont été utilisés.Dans la vie, une énorme productivité a été créée.

La deuxième révolution technologique
Une série de développements dans le domaine de l'électromagnétisme au début du XIXe siècle a déclenché la deuxième révolution technologique.Grâce à l'invention de l'instrument de mesure du courant, l'électromagnétisme fut rapidement mis sur la bonne voie et les découvertes se succédèrent.De nombreuses inventions dans le domaine de l'électromagnétisme, telles que le télégraphe, le téléphone, le générateur, etc., ont contribué à l'avènement de l'ère électrique.Parallèlement, divers autres instruments de mesure et d'observation voient également le jour, comme le théodolite de précision de première classe utilisé pour la mesure de l'altitude avant 1891.

La troisième révolution technologique
Après la Seconde Guerre mondiale, le besoin urgent de haute technologie dans divers pays a favorisé la transformation de la technologie de production de la mécanisation générale à l'électrification et à l'automatisation, et une série de percées majeures dans la recherche théorique scientifique ont été réalisées.
Au cours de cette période, l'industrie manufacturière représentée par les produits électromécaniques a commencé à se développer industriellement.Les caractéristiques de la production de masse de produits sont les opérations cycliques et les opérations de flux.Pour les rendre automatiques, il est nécessaire de détecter automatiquement la position de la pièce lors de la phase d'élimination du traitement et de la production., taille, forme, posture ou performance, etc. Pour cela, un grand nombre d'appareils de mesure et de contrôle sont nécessaires.D'autre part, l'essor de l'industrie chimique avec le pétrole comme matière première nécessite un grand nombre d'instruments de mesure et de contrôle.L'instrumentation automatisée a commencé à être normalisée et un système de contrôle automatique a été formé à la demande.Dans le même temps, les machines-outils CNC et la technologie robotique sont également nées au cours de cette période, au cours de laquelle la technologie et les instruments de mesure et de contrôle ont des applications importantes.
Avec le développement de la science et de la technologie, l'instrumentation est devenue un outil technique indispensable pour la mesure, le contrôle et l'automatisation, à partir de simples mesures et observations.Afin de répondre aux besoins de divers aspects, l'instrumentation s'est étendue des domaines d'application traditionnels aux domaines d'application non traditionnels tels que la biomédecine, l'environnement écologique et la bioingénierie.
Depuis le 21e siècle, un grand nombre des dernières réalisations technologiques, telles que les résultats de la recherche sur les machines de précision à l'échelle nanométrique, les résultats de la recherche chimique moderne au niveau moléculaire, les résultats de la recherche biologique au niveau des gènes et la recherche sur les matériaux fonctionnels spéciaux ultra-performants de haute précision résultats et global Les résultats de la vulgarisation et de l'application de la technologie de réseau se succèdent, ce qui constitue un changement fondamental dans le domaine de l'instrumentation et favorise l'avènement d'une nouvelle ère d'instruments de haute technologie et intelligents.

Capteurs dans les systèmes de mesure et de contrôle
Le système général de mesure et de contrôle se compose de capteurs, de convertisseurs intermédiaires et d'enregistreurs à affichage.Le capteur détecte et convertit la grandeur physique mesurée en grandeur physique mesurée.Le convertisseur intermédiaire analyse, traite et convertit la sortie du capteur en un signal pouvant être accepté par l'instrument suivant, et le transmet à d'autres systèmes, ou est mesuré par l'enregistreur d'affichage.Les résultats sont affichés et enregistrés.
Le capteur est le premier maillon du système de mesure.Pour le système de contrôle, si l'ordinateur est comparé au cerveau, alors le capteur équivaut aux cinq sens, ce qui affecte directement la précision de contrôle du système.
Le capteur est généralement composé d'éléments sensibles, de fichiers de conversion et de circuits de conversion.La valeur mesurée est directement ressentie par l'élément sensible, et le changement d'une certaine valeur de paramètre a lui-même une relation définie avec le changement de la valeur mesurée, et ce paramètre est facile à mesurer et à sortir ;puis la sortie de l'élément sensible est convertie en un paramètre électrique par l'élément de conversion ;Enfin, le circuit de conversion amplifie les paramètres électriques délivrés par l'élément de conversion et les convertit en signaux électriques utiles qui sont pratiques pour l'affichage, l'enregistrement, le traitement et le contrôle.
Situation actuelle et développement de nouveaux capteurs
La technologie de détection est l'une des technologies de pointe qui se développe le plus rapidement dans le monde aujourd'hui.Le nouveau capteur poursuit non seulement une haute précision, une large plage, une haute fiabilité et une faible consommation d'énergie, mais évolue également vers l'intégration, la miniaturisation, la numérisation et l'intelligence.

1. Intelligente
L'intelligence du capteur fait référence à la combinaison des fonctions des capteurs conventionnels et des fonctions des ordinateurs ou d'autres composants pour former un ensemble indépendant, qui a non seulement les fonctions de collecte d'informations et de conversion de signal, mais a également la capacité de traitement de données , l'analyse de la rémunération et la prise de décision.

2. Réseautage
La mise en réseau du capteur doit permettre au capteur d'avoir la fonction de se connecter au réseau informatique, de réaliser la capacité de transmission et de traitement des informations à longue distance, c'est-à-dire de réaliser la mesure "au-dessus de l'horizon" de la mesure et système de contrôle.

3. Miniaturisation
La valeur de miniaturisation du capteur réduit fortement le volume du capteur à condition que la fonction soit inchangée voire améliorée.La miniaturisation est l'exigence de la mesure et du contrôle de précision modernes.En principe, plus la taille du capteur est petite, plus l'impact sur l'objet mesuré et l'environnement est faible, moins la consommation d'énergie est importante et plus il est facile d'obtenir une mesure précise.

4. Intégration
L'intégration de capteurs fait référence à l'intégration des deux directions suivantes :
(1) L'intégration de plusieurs paramètres de mesure peut mesurer plusieurs paramètres.
(2) L'intégration des circuits de détection et suivants, c'est-à-dire l'intégration de composants sensibles, de composants de conversion, de circuits de conversion et même d'alimentations sur la même puce, afin qu'elle ait des performances élevées.

5. Numérisation
La valeur numérique du capteur est que les informations émises par le capteur sont une quantité numérique, qui peut réaliser une transmission longue distance et de haute précision, et peut être connectée à un équipement de traitement numérique tel qu'un ordinateur sans liaisons intermédiaires.
L'intégration, l'intelligence, la miniaturisation, la mise en réseau et la numérisation des capteurs ne sont pas indépendantes, mais complémentaires et interdépendantes, et il n'y a pas de frontière claire entre elles.
Technologie de contrôle dans le système de mesure et de contrôle

Théorie de base du contrôle
1. Théorie du contrôle classique
La théorie classique du contrôle comprend trois parties : la théorie du contrôle linéaire, la théorie du contrôle par échantillonnage et la théorie du contrôle non linéaire.La cybernétique classique prend la transformée de Laplace et la transformée en Z comme outils mathématiques, et prend le système linéaire stable à entrée unique et sortie unique comme principal objet de recherche.L'équation différentielle décrivant le système est transformée dans le domaine des nombres complexes par transformée de Laplace ou transformée en Z, et la fonction de transfert du système est obtenue.Et basé sur la fonction de transfert, une méthode de recherche de trajectoire et de fréquence, se concentrant sur l'analyse de la stabilité et de la précision en régime permanent du système de contrôle par rétroaction.

2. Théorie du contrôle moderne
La théorie du contrôle moderne est une théorie du contrôle basée sur la méthode de l'espace d'état, qui est une composante principale de la théorie du contrôle automatique.Dans la théorie du contrôle moderne, l'analyse et la conception du système de contrôle sont principalement réalisées en décrivant les variables d'état du système, et la méthode de base est la méthode du domaine temporel.La théorie du contrôle moderne peut traiter un éventail beaucoup plus large de problèmes de contrôle que la théorie du contrôle classique, y compris les systèmes linéaires et non linéaires, les systèmes stationnaires et variant dans le temps, les systèmes à une variable et les systèmes à plusieurs variables.Les méthodes et les algorithmes qu'il adopte sont également plus adaptés aux ordinateurs numériques.La théorie moderne du contrôle offre également la possibilité de concevoir et de construire des systèmes de contrôle optimaux avec des indicateurs de performance spécifiés.

Système de contrôle
Le système de contrôle est composé de dispositifs de contrôle (comprenant des contrôleurs, des actionneurs et des capteurs) et des objets contrôlés.Le dispositif de contrôle peut être une personne ou une machine, ce qui est la différence entre le contrôle automatique et le contrôle manuel.Pour le système de contrôle automatique, selon les différents principes de contrôle, il peut être divisé en système de contrôle en boucle ouverte et système de contrôle en boucle fermée ;selon la classification des signaux donnés, il peut être divisé en système de contrôle à valeur constante, système de contrôle de suivi et système de contrôle de programme.

Technologie des instruments virtuels
L'instrument de mesure est une partie importante du système de mesure et de contrôle, qui est divisé en deux types : instrument indépendant et instrument virtuel.
L'instrument indépendant collecte, traite et émet le signal de l'instrument dans un châssis indépendant, dispose d'un panneau de commande et de divers ports, et toutes les fonctions existent sous forme de matériel ou de micrologiciel, ce qui détermine que l'instrument indépendant ne peut être défini que par le fabricant., licence, que l'utilisateur ne peut pas modifier.
L'instrument virtuel complète l'analyse et le traitement du signal, l'expression et la sortie du résultat sur l'ordinateur, ou insère la carte d'acquisition de données sur l'ordinateur, et supprime les trois parties de l'instrument sur l'ordinateur, ce qui rompt avec le traditionnel instruments.limitation.

Caractéristiques techniques des instruments virtuels
1. Fonctions puissantes, intégrant le puissant support matériel des ordinateurs, dépassant les limites des instruments traditionnels en matière de traitement, d'affichage et de stockage.La configuration standard est la suivante : processeur hautes performances, écran haute résolution, disque dur de grande capacité.
2. Les ressources logicielles informatiques réalisent la softwareisation de certains matériels de machine, économisent les ressources matérielles et améliorent la flexibilité du système;grâce aux algorithmes numériques correspondants, diverses analyses et traitements des données de test peuvent être effectués directement en temps réel ;grâce à la technologie GUI (interface utilisateur graphique) pour vraiment obtenir une interface conviviale et une interaction homme-ordinateur.
3. Compte tenu du bus informatique et du bus d'instruments modulaires, le matériel de l'instrument est modularisé et sérialisé, ce qui réduit considérablement la taille du système et facilite la construction d'instruments modulaires.
La composition du système d'instruments virtuels
L'instrument virtuel se compose de périphériques matériels et d'interfaces, d'un logiciel de pilote de périphérique et d'un tableau de bord virtuel.Parmi eux, les périphériques matériels et les interfaces peuvent être diverses cartes de fonction intégrées basées sur PC, des cartes d'interface de bus d'interface universelle, des ports série, des interfaces d'instrument de bus VXI, etc., ou d'autres équipements de test externes programmables. Le logiciel du pilote de périphérique est un programme pilote qui contrôle directement diverses interfaces matérielles.L'instrument virtuel communique avec le système d'instrument réel par l'intermédiaire du logiciel pilote de périphérique sous-jacent et affiche les éléments de fonctionnement correspondants du tableau de bord réel sur l'écran de l'ordinateur sous la forme d'un tableau de bord virtuel.Contrôles divers.L'utilisateur actionne le panneau de l'instrument virtuel avec la souris aussi réel et pratique que l'utilisation de l'instrument réel.
La majeure en technologie et instrumentation de mesure et de contrôle est une filière traditionnelle et pleine de perspectives de développement.On dit qu'il est traditionnel car il a une origine ancienne, a connu des centaines d'années de développement et a joué un rôle important dans le développement social.Majeure traditionnelle, elle fait intervenir plusieurs disciplines à la fois, ce qui lui confère encore une forte vitalité.
Avec le développement de la technologie moderne de mesure et de contrôle, de la technologie de l'information électronique et de la technologie informatique, il a inauguré une nouvelle opportunité d'innovation et de développement, qui produira sûrement de plus en plus d'applications critiques dans divers domaines.