הבנת טכנולוגיית מדידה ובקרה וטכנולוגיית מכשור

טכנולוגיה ומכשיר מדידה ובקרה היא תיאוריה וטכנולוגיה החוקרת רכישה ועיבוד של מידע ובקרה של אלמנטים קשורים."טכנולוגיות ומכשירי מדידה ובקרה" מתייחסים לאמצעים ולציוד לאיסוף מידע, מדידה, אחסון, שידור, עיבוד ובקרה, לרבות טכנולוגיית מדידה, טכנולוגיית בקרה ומכשירים ומערכות המיישמות טכנולוגיות אלו.

טכנולוגיית מדידה ובקרה
טכנולוגיית ומכשירי מדידה ובקרה מבוססים על מכונות דיוק, טכנולוגיה אלקטרונית, אופטיקה, בקרה אוטומטית וטכנולוגיית מחשוב.הוא לומד בעיקר עקרונות, שיטות ותהליכים חדשים של טכנולוגיות בדיקות ובקרה מדויקות שונות.בשנים האחרונות, טכנולוגיית המחשב מילאה תפקיד חשוב יותר ויותר במחקר היישומי של טכנולוגיית מדידה ובקרה.
טכנולוגיית מדידה ובקרה היא טכנולוגיית יישום המיושמת ישירות על הייצור והחיים, ויישומה מכסה תחומים שונים של החיים החברתיים כגון "משקל החקלאות, הים, היבשה והאוויר, מזון וביגוד".טכנולוגיית המכשור היא "המכפיל" של הכלכלה הלאומית, "הקצין הראשון" של המחקר המדעי, "כוח הלחימה" בצבא ו"השופט המתממש" בתקנות המשפטיות.טכנולוגיית בדיקה ובקרה ממוחשבת ומכשירי ומערכות מדידה ובקרה חכמים ומדויקים הם סמלים ואמצעים חשובים בתחומי הייצור התעשייתי והחקלאי המודרני, המחקר המדעי והטכנולוגי, הניהול, הפיקוח והניטור, וממלאים תפקיד הולך וגובר.

יישום טכנולוגיית מדידה ובקרה וטכנולוגיית מכשור
טכנולוגיית מדידה ובקרה היא טכנולוגיה יישומית, הנמצאת בשימוש נרחב בתחומים שונים של תעשייה, חקלאות, תחבורה, ניווט, תעופה, צבא, חשמל וחיים אזרחיים.עם התפתחות טכנולוגיית הייצור, טכנולוגיית המדידה והבקרה ממלאת תפקיד חיוני בטכנולוגיית הבקרה מהשליטה הראשונית של סינגל וציודו, ועד לשליטה על התהליך כולו, ואפילו על המערכת, במיוחד בטכנולוגיה החדישה של היום. בתחום המדע והטכנולוגיה המודרנית.
בתעשייה המטלורגית יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: בקרת תנור פיצוץ חם, בקרת טעינה ובקרת תנור פיצוץ בתהליך ייצור הברזל, בקרת לחץ, בקרת מהירות מתגלגל, בקרת סליל ועוד בתהליך גלגול פלדה, וכן מכשירי זיהוי שונים המשמשים בו.
בתעשיית החשמל, יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל את מערכת בקרת הבעירה של הדוד, את הניטור האוטומטי, ההגנה האוטומטית, ההתאמה האוטומטית ומערכת בקרת התוכנית האוטומטית של טורבינת הקיטור, ואת מערכת בקרת הספק והתפוקה של המנוע.
בתעשיית הפחם, יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: מכשיר רישום מתאן על בסיס פחם בתהליך כריית פחם, מכשיר לזיהוי הרכב אוויר במכרה, גלאי גז מוקשים, מערכת ניטור בטיחות תת קרקעית וכו', בקרת תהליך כיבוי קוק ובקרת השבת גז ב. תהליך זיקוק פחם, בקרת תהליך זיקוק, בקרת הולכה של מכונות ייצור וכו'.
בתעשיית הנפט, יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: איתור מגנטי, מד תכולת מים, מד לחץ ומכשירי מדידה נוספים התומכים בטכנולוגיית רישום בתהליך הפקת נפט, מערכת אספקת חשמל, מערכת אספקת מים, מערכת אספקת קיטור, מערכת אספקת גז. , מערכת אחסון והובלה ושלוש מערכת טיפול בפסולת ומכשירי הזיהוי למספר רב של פרמטרים בתהליך הייצור הרציף.
בתעשייה הכימית יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: מדידת טמפרטורה, מדידת זרימה, מדידת מפלס נוזל, ריכוז, חומציות, לחות, צפיפות, עכירות, ערך קלורי ומרכיבי גז מעורבים שונים.מכשירי בקרה השולטים באופן קבוע בפרמטרים המבוקרים וכו'.
בתעשיית המכונות, יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: כלי בקרה דיגיטליים מדויקים, קווי ייצור אוטומטיים, רובוטים תעשייתיים וכו'.
בתעשייה האווירית, יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: מדידת פרמטרים כגון גובה טיסה של מטוס, מהירות טיסה, מצב וכיוון טיסה, תאוצה, עומס יתר ומצב מנוע, טכנולוגיית כלי רכב תעופה וחלל, טכנולוגיית חלליות ומדידה תעופה וחלל. וטכנולוגיית בקרה.לַחֲכוֹת.
בציוד צבאי יישום טכנולוגיית המדידה והבקרה כולל: נשק מונחה מדויק, תחמושת חכמה, מערכת פיקוד אוטומציה צבאית (מערכת C4IRS), ציוד צבאי לחלל החיצון (כגון סיורים צבאיים שונים, תקשורת, התרעה מוקדמת, לווייני ניווט וכו' .).

היווצרות ופיתוח של טכנולוגיית מדידה ובקרה
העובדות ההיסטוריות של התפתחות המדע והטכנולוגיה ההיסטוריה של ההבנה האנושית והשינוי בטבע היא גם חלק חשוב מההיסטוריה של הציוויליזציה האנושית.התפתחות המדע והטכנולוגיה תלויה תחילה בפיתוח טכנולוגיית המדידה.מדע הטבע המודרני מתחיל במדידה במובן האמיתי.מדענים מצטיינים רבים חולמים להיות ממציאים של מכשירים מדעיים ומייסדי שיטות מדידה.ההתקדמות של טכנולוגיית המדידה מניעה ישירות את ההתקדמות של המדע והטכנולוגיה.
המהפכה הטכנולוגית הראשונה
במאות ה-17 וה-18 החלה להופיע טכנולוגיית מדידה ובקרה.כמה פיזיקאים באירופה החלו להשתמש בכוח הזרם והשדה המגנטי לייצור גלוונומטרים פשוטים, ולהשתמש בעדשות אופטיות לייצור טלסקופים, ובכך הניחו את הבסיס למכשירים חשמליים ואופטיים.בשנות ה-60 החלה המהפכה המדעית והטכנולוגית הראשונה בבריטניה.עד המאה ה-19, המהפכה המדעית והטכנולוגית הראשונה התרחבה לאירופה, אמריקה ויפן.במהלך תקופה זו נעשה שימוש בכמה מכשירי מדידה פשוטים, כגון מכשירי מדידת אורך, טמפרטורה, לחץ וכדומה.בחיים נוצרה פרודוקטיביות עצומה.

המהפכה הטכנולוגית השנייה
שורה של התפתחויות בתחום האלקטרומגנטיות בתחילת המאה ה-19 חוללה את המהפכה הטכנולוגית השנייה.בגלל המצאת המכשיר למדידת זרם, האלקטרומגנטיות הועלתה במהירות על המסלול הנכון, ותגלית אחת אחרי השנייה גדלה.המצאות רבות בתחום האלקטרומגנטיות, כמו טלגרף, טלפון, גנרטור ועוד, תרמו להגעתו של עידן החשמל.במקביל, צצים גם מכשירים שונים למדידה ותצפית, כמו התאודוליט המדויק מהמעלה הראשונה ששימש למדידת גובה לפני 1891.

המהפכה הטכנולוגית השלישית
לאחר מלחמת העולם השנייה, הצורך הדחוף בטכנולוגיה גבוהה במדינות שונות קידם את הטרנספורמציה של טכנולוגיית הייצור ממיכון כללי לחשמול ואוטומציה, ונעשתה שורה של פריצות דרך מרכזיות במחקר תיאורטי מדעי.
בתקופה זו החלה להתפתח תעשייתית תעשיית הייצור המיוצגת על ידי מוצרים אלקטרומכניים.המאפיינים של ייצור המוני של מוצרים הם פעולות מחזוריות ופעולות זרימה.כדי להפוך אותם לאוטומטיים, נדרש לזהות אוטומטית את המיקום של חומר העבודה בשלב הביטול של העיבוד והייצור., גודל, צורה, יציבה או ביצועים וכו'. לשם כך נדרשים מספר רב של מכשירי מדידה ובקרה.מצד שני, עליית התעשייה הכימית עם נפט כחומר גלם מצריכה מספר רב של מכשירי מדידה ובקרה.מכשור אוטומטי החל להיות סטנדרטי, ומערכת בקרה אוטומטית נוצרה לפי דרישה.במקביל נולדו בתקופה זו גם כלי מכונות CNC וטכנולוגיית רובוטים, שבה לטכנולוגיות ולמכשירי מדידה ובקרה יש יישומים חשובים.
עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, המכשור הפך לכלי טכני הכרחי למדידה, בקרה ואוטומציה, החל ממדידה ותצפית פשוטה.על מנת לענות על הצרכים של היבטים שונים, המכשור התרחב מתחומי יישום מסורתיים לתחומי יישום לא מסורתיים כגון ביו-רפואה, סביבה אקולוגית וביו-הנדסה.
מאז המאה ה-21, מספר רב של ההישגים הטכנולוגיים העדכניים ביותר, כגון תוצאות מחקר מכונות דיוק בקנה מידה ננו, תוצאות מחקר כימי מודרני ברמה מולקולרית, תוצאות מחקר ביולוגי ברמת הגן, ומחקר חומרים פונקציונליים מיוחדים ברמת דיוק גבוהה. תוצאות וגלובליות תוצאות הפופולריות והיישום של טכנולוגיית הרשת יצאו בזו אחר זו, המהווה שינוי מהותי בתחום המכשור ומקדם את הופעתו של עידן חדש של הייטק ומכשירים חכמים.

חיישנים במערכות מדידה ובקרה
מערכת המדידה והבקרה הכללית מורכבת מחיישנים, ממירי ביניים ומקליטי תצוגה.החיישן מזהה וממיר את הכמות הפיזית הנמדדת לכמות הפיזית הנמדדת.ממיר הביניים מנתח, מעבד וממיר את הפלט של החיישן לאות שיכול להתקבל על ידי המכשיר הבא, ומוציא אותו למערכות אחרות, או נמדד על ידי מקליט התצוגה.התוצאות מוצגות ומתועדות.
החיישן הוא החוליה הראשונה של מערכת המדידה.עבור מערכת הבקרה, אם המחשב מושווה למוח, אז החיישן שווה ערך לחמשת החושים, מה שמשפיע ישירות על דיוק הבקרה של המערכת.
החיישן מורכב בדרך כלל מאלמנטים רגישים, קובצי המרה ומעגלי המרה.הערך הנמדד מורגש ישירות על ידי האלמנט הרגיש, ולשינוי של ערך פרמטר מסוים של עצמו יש קשר מוגדר עם השינוי של הערך הנמדד, ופרמטר זה קל למדידה ופלט;אז הפלט של האלמנט הרגיש מומר לפרמטר חשמלי על ידי אלמנט ההמרה;לבסוף, מעגל ההמרה מגביר את פלט הפרמטרים החשמליים על ידי אלמנט ההמרה וממיר אותם לאותות חשמליים שימושיים הנוחים לתצוגה, הקלטה, עיבוד ובקרה.
המצב הנוכחי ופיתוח חיישנים חדשים
טכנולוגיית החישה היא אחת מטכנולוגיות ההייטק המתפתחות ביותר בעולם כיום.החיישן החדש לא רק רודף דיוק גבוה, טווח גדול, אמינות גבוהה וצריכת חשמל נמוכה, אלא גם מתפתח לקראת אינטגרציה, מזעור, דיגיטציה ואינטליגנציה.

1. אינטליגנטי
האינטליגנציה של החיישן מתייחסת לשילוב בין הפונקציות של חיישנים קונבנציונליים לבין הפונקציות של מחשבים או רכיבים אחרים ליצירת מכלול עצמאי, אשר לא רק בעל פונקציות של איסוף מידע והמרת אותות, אלא גם בעל יכולת עיבוד נתונים , ניתוח תגמול וקבלת החלטות.

2. רשת
הרשת של החיישן נועדה לאפשר לחיישן את הפונקציה של חיבור לרשת המחשבים, לממש את יכולת העברת המידע והעיבוד למרחקים ארוכים, כלומר לממש את מדידת המדידה "מעל האופק". ומערכת בקרה.

3. מזעור
ערך המזעור של החיישן מפחית מאוד את נפח החיישן בתנאי שהתפקוד לא השתנה או אפילו משופר.מזעור הוא הדרישה למדידה ובקרה מודרניים מדויקים.באופן עקרוני, ככל שגודל החיישן קטן יותר, ההשפעה על האובייקט הנמדד ועל הסביבה קטנה יותר, צריכת האנרגיה קטנה יותר, וכך קל יותר להגיע למדידה מדויקת.

4. אינטגרציה
שילוב חיישנים מתייחס לשילוב של שני הכיוונים הבאים:
(1) השילוב של מספר פרמטרים למדידה יכול למדוד פרמטרים מרובים.
(2) שילוב של מעגלים חישה ואחרים, כלומר שילוב של רכיבים רגישים, רכיבי המרה, מעגלי המרה ואפילו ספקי כוח על אותו שבב, כך שיהיה לו ביצועים גבוהים.

5. דיגיטציה
הערך הדיגיטלי של החיישן הוא שפלט המידע על ידי החיישן הוא כמות דיגיטלית, שיכולה לממש שידור למרחקים ארוכים ובדיוק גבוה, וניתן לחבר אותה לציוד עיבוד דיגיטלי כמו מחשב ללא קישורי ביניים.
האינטגרציה, המודיעין, המזעור, הרשת והדיגיטציה של חיישנים אינם עצמאיים, אלא משלימים וקשורים זה בזה, ואין גבול ברור ביניהם.
טכנולוגיית בקרה במערכת מדידה ובקרה

תורת הבקרה הבסיסית
1. תורת השליטה הקלאסית
תורת הבקרה הקלאסית כוללת שלושה חלקים: תורת הבקרה ליניארית, תורת הבקרה הדגימה ותורת הבקרה הלא ליניארית.הקיברנטיקה הקלאסית לוקחת טרנספורמציה של Laplace ו-Z טרנספורמציה ככלים מתמטיים, ולוקחת את המערכת היציבה הליניארית של קלט יחיד-יחיד כאובייקט המחקר העיקרי.המשוואה הדיפרנציאלית המתארת ​​את המערכת הופכת לתחום המספרים המרוכבים על ידי טרנספורמציה של Laplace או טרנספורמציה Z, ומתקבלת פונקציית ההעברה של המערכת.ומבוססת על פונקציית ההעברה, שיטת מחקר של מסלול ותדירות, המתמקדת בניתוח היציבות והדיוק במצב יציב של מערכת בקרת המשוב.

2. תורת הבקרה המודרנית
תורת הבקרה המודרנית היא תורת בקרה המבוססת על שיטת מרחב המדינה, שהיא מרכיב עיקרי בתורת הבקרה האוטומטית.בתורת הבקרה המודרנית, הניתוח והעיצוב של מערכת הבקרה מתבצעים בעיקר על ידי תיאור משתני המצב של המערכת, והשיטה הבסיסית היא שיטת תחום הזמן.תורת הבקרה המודרנית יכולה להתמודד עם מגוון רחב הרבה יותר של בעיות בקרה מאשר תורת הבקרה הקלאסית, לרבות מערכות ליניאריות ולא ליניאריות, מערכות נייחות ומשתנות זמן, מערכות חד-משתנים ומערכות רב-משתנים.השיטות והאלגוריתמים שהוא נוקט מתאימים יותר גם למחשבים דיגיטליים.תורת הבקרה המודרנית מציעה גם את האפשרות לתכנן ולבנות מערכות בקרה אופטימליות עם מדדי ביצועים מוגדרים.

מערכת בקרה
מערכת הבקרה מורכבת ממכשירי בקרה (כולל בקרים, מפעילים וחיישנים) ומאובייקטים מבוקרים.מכשיר הבקרה יכול להיות אדם או מכונה, וזה ההבדל בין שליטה אוטומטית לשליטה ידנית.עבור מערכת הבקרה האוטומטית, על פי עקרונות הבקרה השונים, ניתן לחלק אותה למערכת בקרה בלולאה פתוחה ומערכת בקרה בלולאה סגורה;על פי הסיווג של אותות נתונים, ניתן לחלק אותו למערכת בקרת ערך קבוע, מערכת בקרת מעקב ומערכת בקרת תוכנית.

טכנולוגיית מכשירים וירטואליים
מכשיר מדידה הוא חלק חשוב ממערכת המדידה והבקרה, המתחלקת לשני סוגים: מכשיר עצמאי ומכשיר וירטואלי.
המכשיר העצמאי אוסף, מעבד ומוציא את האות של המכשיר במארז עצמאי, בעל לוח הפעלה ויציאות שונות, וכל הפונקציות קיימות בצורה של חומרה או קושחה, מה שקובע שניתן להגדיר את המכשיר העצמאי רק על ידי היצרן., רישיון, שהמשתמש אינו יכול לשנות.
המכשיר הוירטואלי משלים את הניתוח והעיבוד של האות, הביטוי והפלט של התוצאה במחשב, או מכניס את כרטיס רכישת הנתונים למחשב, ומסיר את שלושת חלקי המכשיר במחשב, מה שפורץ דרך המסורתי כלים.הַגבָּלָה.

תכונות טכניות של מכשירים וירטואליים
1. פונקציות עוצמתיות, המשלבות את תמיכת החומרה העוצמתית של מחשבים, פורצות את המגבלות של המכשירים המסורתיים בעיבוד, תצוגה ואחסון.התצורה הסטנדרטית היא: מעבד בעל ביצועים גבוהים, תצוגה ברזולוציה גבוהה, דיסק קשיח בעל קיבולת גדולה.
2. משאבי תוכנת מחשב מממשים את התוכנה של חומרת מכונה מסוימת, חוסכים משאבי חומר ומשפרים את הגמישות של המערכת;באמצעות אלגוריתמים מספריים מתאימים, ניתן לבצע ניתוח ועיבוד שונים של נתוני בדיקה ישירות בזמן אמת;באמצעות טכנולוגיית GUI (ממשק משתמש גרפי) כדי להשיג באמת ממשק ידידותי ואינטראקציה בין אדם למחשב.
3. בהתחשב באפיק המחשב ואפיק המכשיר המודולרי, חומרת המכשיר מודולרית וסדרתית, מה שמקטין מאוד את גודל המערכת ומקל על בניית מכשירים מודולריים.
ההרכב של מערכת מכשירים וירטואליים
מכשיר וירטואלי מורכב מהתקני חומרה וממשקים, תוכנת מנהלי התקנים ולוח מכשירים וירטואלי.ביניהם, התקני החומרה והממשקים יכולים להיות כרטיסי פונקציה מובנים שונים מבוססי PC, כרטיסי ממשק אוטובוס ממשק אוניברסלי, יציאות טוריות, ממשקי מכשירי אפיק VXI וכו', או ציוד בדיקה חיצוני אחר הניתן לתכנות, תוכנת מנהל ההתקן היא תוכנת מנהל התקן השולטת ישירות בממשקי חומרה שונים.המכשיר הווירטואלי מתקשר עם מערכת המכשירים האמיתית דרך תוכנת מנהל ההתקן הבסיסית, ומציג את רכיבי הפעולה המתאימים של לוח המכשירים האמיתי על מסך המחשב בצורה של לוח מכשירים וירטואלי.בקרות שונות.המשתמש מפעיל את הפאנל של המכשיר הוירטואלי עם העכבר אמיתי ונוח כמו הפעלת המכשיר האמיתי.
תחום טכנולוגיות המדידה והבקרה והמכשירים הוא תחום מסורתי ומלא סיכויי פיתוח.אומרים שהוא מסורתי מכיוון שמקורו קדום, חווה מאות שנים של התפתחות, ומילא תפקיד חשוב בהתפתחות חברתית.כמגמה מסורתית, היא כרוכה בדיסציפלינות רבות בו זמנית, מה שגורם לה עדיין להיות בעל חיוניות חזקה.
עם המשך הפיתוח של טכנולוגיית מדידה ובקרה מודרנית, טכנולוגיית מידע אלקטרונית וטכנולוגיית מחשבים, היא הפעילה הזדמנות חדשה לחדשנות ופיתוח, שבוודאי תייצר עוד ועוד יישומים קריטיים בתחומים שונים.