فناوری اندازه گیری و کنترل و فناوری ابزار دقیق را درک کنید

فناوری و ابزار اندازه‌گیری و کنترل، نظریه و فناوری است که به مطالعه کسب و پردازش اطلاعات و کنترل عناصر مرتبط می‌پردازد.«فناوری و ابزار اندازه‌گیری و کنترل» به ابزارها و تجهیزات جمع‌آوری، اندازه‌گیری، ذخیره‌سازی، انتقال، پردازش و کنترل اطلاعات از جمله فناوری اندازه‌گیری، فناوری کنترل و ابزارها و سیستم‌هایی اطلاق می‌شود که این فناوری‌ها را پیاده‌سازی می‌کنند.

فناوری اندازه گیری و کنترل
فناوری و ابزار اندازه گیری و کنترل بر اساس ماشین آلات دقیق، فناوری الکترونیک، اپتیک، کنترل خودکار و فناوری رایانه است.این به طور عمده اصول، روش ها و فرآیندهای جدید تست های دقیق و فن آوری های کنترل را مطالعه می کند.در سال های اخیر، فناوری کامپیوتر نقش مهمی را در تحقیقات کاربردی فناوری اندازه گیری و کنترل ایفا کرده است.
فناوری اندازه‌گیری و کنترل، یک فناوری کاربردی است که مستقیماً در تولید و زندگی اعمال می‌شود و کاربرد آن حوزه‌های مختلف زندگی اجتماعی مانند «وزن کشاورزی، دریا، زمین و هوا، غذا و پوشاک» را در بر می‌گیرد.فناوری ابزار دقیق «تکثیرکننده» اقتصاد ملی، «اولین افسر» تحقیقات علمی، «قدرت رزمی» در ارتش و «قاضی مادی شده» در مقررات قانونی است.فناوری تست و کنترل کامپیوتری و ابزارها و سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل هوشمند و دقیق، نمادها و ابزارهای مهمی در زمینه‌های تولید مدرن صنعتی و کشاورزی، تحقیقات علمی و فناوری، مدیریت، بازرسی و نظارت هستند و نقش مهمی را ایفا می‌کنند.

کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل و فناوری ابزار دقیق
فناوری اندازه گیری و کنترل یک فناوری کاربردی است که به طور گسترده در زمینه های مختلف صنعت، کشاورزی، حمل و نقل، ناوبری، هوانوردی، نظامی، نیروی برق و زندگی غیرنظامی استفاده می شود.با توسعه فناوری تولید، فناوری اندازه گیری و کنترل نقشی حیاتی در فناوری کنترل از کنترل اولیه یک دستگاه و تجهیزات آن تا کنترل کل فرآیند و حتی سیستم، به ویژه در فناوری پیشرفته امروزی ایفا می کند. در زمینه علم و فناوری مدرن.
در صنعت متالورژی کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: کنترل کوره بلند گرم، کنترل شارژ و کنترل کوره بلند در فرآیند آهن سازی، کنترل فشار، کنترل سرعت آسیاب نورد، کنترل کویل و غیره در فرآیند نورد فولاد و... ابزارهای تشخیص مختلف مورد استفاده در آن.
در صنعت برق، کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل سیستم کنترل احتراق دیگ بخار، نظارت خودکار، حفاظت خودکار، تنظیم خودکار و سیستم کنترل برنامه خودکار توربین بخار و سیستم کنترل توان ورودی و خروجی است. موتور.
در صنعت زغال سنگ، کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: ابزار ثبت متان با بستر زغال سنگ در فرآیند استخراج زغال سنگ، ابزار تشخیص ترکیب هوای معدن، آشکارساز گاز معدن، سیستم نظارت بر ایمنی زیرزمینی و غیره، کنترل فرآیند خاموش کردن کک و کنترل بازیابی گاز در فرآیند پالایش زغال سنگ، کنترل فرآیند پالایش، کنترل انتقال ماشین آلات تولید و غیره.
در صنعت نفت، کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: مکان یاب مغناطیسی، محتوی آب، گیج فشار و سایر ابزارهای اندازه گیری پشتیبانی کننده فناوری ورود به سیستم در فرآیند تولید نفت، سیستم تامین برق، سیستم تامین آب، سیستم تامین بخار، سیستم تامین گاز می باشد. ، سیستم ذخیره سازی و حمل و نقل و سه سیستم تصفیه زباله و ابزار تشخیص برای تعداد زیادی پارامتر در فرآیند تولید مداوم.
در صنایع شیمیایی کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: اندازه گیری دما، اندازه گیری جریان، اندازه گیری سطح مایع، غلظت، اسیدیته، رطوبت، چگالی، کدورت، ارزش حرارتی و اجزای مختلف گاز مخلوط می باشد.ابزارهای کنترلی که به طور منظم پارامترهای کنترل شده و غیره را کنترل می کنند.
در صنعت ماشین آلات کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: ماشین ابزار کنترل دیجیتال دقیق، خطوط تولید اتوماتیک، ربات های صنعتی و ... می باشد.
در صنعت هوافضا کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: اندازه گیری پارامترهایی مانند ارتفاع پرواز هواپیما، سرعت پرواز، وضعیت و جهت پرواز، شتاب، اضافه بار و حالت موتور، فناوری وسایل نقلیه هوافضا، فناوری فضاپیما و اندازه گیری هوافضا. و تکنولوژی کنترلصبر کن.
در تجهیزات نظامی، کاربرد فناوری اندازه گیری و کنترل شامل: سلاح های هدایت شونده دقیق، مهمات هوشمند، سیستم فرماندهی اتوماسیون نظامی (سیستم C4IRS)، تجهیزات نظامی فضای بیرونی (مانند شناسایی های نظامی مختلف، ارتباطات، هشدار اولیه، ماهواره های ناوبری و غیره است. .).

شکل گیری و توسعه فناوری اندازه گیری و کنترل
حقایق تاریخی توسعه علم و فناوری تاریخ درک بشر و دگرگونی طبیعت نیز بخش مهمی از تاریخ تمدن بشری است.توسعه علم و فناوری ابتدا به توسعه فناوری اندازه گیری بستگی دارد.علم طبیعی مدرن با اندازه گیری به معنای واقعی شروع می شود.بسیاری از دانشمندان برجسته رویای مخترعان ابزارهای علمی و بنیانگذاران روش های اندازه گیری را در سر می پرورانند.پیشرفت فناوری اندازه گیری مستقیماً باعث پیشرفت علم و فناوری می شود.
اولین انقلاب تکنولوژیک
در قرن 17 و 18، فن آوری اندازه گیری و کنترل شروع به ظهور کرد.برخی از فیزیکدانان در اروپا شروع به استفاده از نیروی جریان و میدان مغناطیسی برای ساخت گالوانومترهای ساده کردند و از عدسی های نوری برای ساخت تلسکوپ استفاده کردند و بدین ترتیب اساس ابزارهای الکتریکی و نوری را گذاشتند.در دهه 1760 اولین انقلاب علمی و فناوری در انگلستان آغاز شد.تا قرن نوزدهم، اولین انقلاب علمی و فناوری به اروپا، آمریکا و ژاپن گسترش یافت.در این دوره از برخی وسایل اندازه گیری ساده مانند وسایل اندازه گیری طول، دما، فشار و ... استفاده شده است.در زندگی، بهره وری عظیمی ایجاد شده است.

دومین انقلاب تکنولوژیکی
مجموعه ای از پیشرفت ها در زمینه الکترومغناطیس در اوایل قرن 19 انقلاب دوم تکنولوژیک را آغاز کرد.به دلیل اختراع ابزاری برای اندازه گیری جریان، الکترومغناطیس به سرعت در مسیر درست قرار گرفت و یکی پس از دیگری کشف شد.بسیاری از اختراعات در زمینه الکترومغناطیس مانند تلگراف، تلفن، ژنراتور و غیره به فرا رسیدن عصر برق کمک کردند.در همان زمان، ابزارهای مختلف دیگری برای اندازه گیری و مشاهده نیز در حال ظهور هستند، مانند تئودولیت درجه یک دقیق که قبل از سال 1891 برای اندازه گیری ارتفاع استفاده می شد.

سومین انقلاب تکنولوژیک
پس از جنگ جهانی دوم، نیاز مبرم به فناوری بالا در کشورهای مختلف، تبدیل فناوری تولید را از مکانیزاسیون عمومی به الکتریکی و اتوماسیون ارتقا داد و یک سری پیشرفت‌های بزرگ در تحقیقات نظری علمی ایجاد شد.
در این دوره، صنعت تولید که توسط محصولات الکترومکانیکی نشان داده شد، شروع به توسعه صنعتی کرد.ویژگی های تولید انبوه محصولات، عملیات چرخه ای و عملیات جریان است.برای خودکار ساختن این موارد، لازم است موقعیت قطعه کار در مرحله حذف پردازش و تولید به طور خودکار تشخیص داده شود.، اندازه، شکل، وضعیت یا عملکرد و غیره. برای این منظور تعداد زیادی دستگاه اندازه گیری و کنترل مورد نیاز است.از سوی دیگر، ظهور صنایع شیمیایی با نفت به عنوان ماده اولیه، نیازمند تعداد زیادی ابزار اندازه گیری و کنترل است.ابزار دقیق خودکار شروع به استاندارد شدن کرد و یک سیستم کنترل خودکار در صورت تقاضا شکل گرفت.در عین حال، ماشین ابزارهای CNC و فناوری ربات نیز در این دوره متولد شدند که فناوری اندازه گیری و کنترل و ابزارها کاربردهای مهمی دارند.
با توسعه علم و فناوری، ابزار دقیق به یک ابزار فنی ضروری برای اندازه گیری، کنترل و اتوماسیون تبدیل شده است که از اندازه گیری و مشاهده ساده شروع می شود.به منظور پاسخگویی به نیازهای جنبه‌های مختلف، ابزار دقیق از زمینه‌های کاربردی سنتی به زمینه‌های کاربردی غیر سنتی مانند پزشکی زیستی، محیط زیست محیطی و مهندسی زیستی گسترش یافته است.
از قرن بیست و یکم، تعداد زیادی از آخرین دستاوردهای تکنولوژیکی، مانند نتایج تحقیقات ماشین آلات دقیق در مقیاس نانو، نتایج تحقیقات شیمیایی مدرن در سطح مولکولی، نتایج تحقیقات بیولوژیکی در سطح ژن، و تحقیقات مواد عملکردی ویژه با عملکرد فوق العاده بالا. نتایج و جهانی نتایج محبوبیت و کاربرد فناوری شبکه یکی پس از دیگری ظاهر شده است که تحولی اساسی در زمینه ابزار دقیق است و ظهور عصر جدیدی از ابزارهای پیشرفته و هوشمند را ترویج می کند.

سنسورها در سیستم های اندازه گیری و کنترل
سیستم اندازه گیری و کنترل کلی شامل حسگرها، مبدل های میانی و ضبط کننده های نمایشگر است.سنسور کمیت فیزیکی اندازه گیری شده را تشخیص داده و به کمیت فیزیکی اندازه گیری شده تبدیل می کند.مبدل میانی خروجی حسگر را تجزیه و تحلیل، پردازش و به سیگنالی تبدیل می‌کند که می‌تواند توسط دستگاه بعدی پذیرفته شود و آن را به سیستم‌های دیگر ارسال می‌کند یا توسط ضبط کننده نمایش اندازه‌گیری می‌شود.نتایج نمایش داده می شود و ثبت می شود.
سنسور اولین لینک سیستم اندازه گیری است.برای سیستم کنترل، اگر کامپیوتر با مغز مقایسه شود، حسگر معادل حواس پنجگانه است که مستقیماً بر دقت کنترل سیستم تأثیر می گذارد.
سنسور به طور کلی از عناصر حساس، فایل های تبدیل و مدارهای تبدیل تشکیل شده است.مقدار اندازه‌گیری شده مستقیماً توسط عنصر حساس احساس می‌شود و تغییر مقدار پارامتر مشخصی به خودی خود رابطه مشخصی با تغییر مقدار اندازه‌گیری شده دارد و اندازه‌گیری و خروجی این پارامتر آسان است.سپس خروجی عنصر حساس توسط عنصر تبدیل به یک پارامتر الکتریکی تبدیل می شود.در نهایت، مدار تبدیل پارامترهای الکتریکی خروجی توسط عنصر تبدیل را تقویت می کند و آنها را به سیگنال های الکتریکی مفیدی تبدیل می کند که برای نمایش، ضبط، پردازش و کنترل مناسب هستند.
وضعیت فعلی و توسعه حسگرهای جدید
فناوری سنجش یکی از سریع‌ترین فناوری‌های پیشرفته در حال توسعه در جهان است.سنسور جدید نه تنها دقت بالا، برد بزرگ، قابلیت اطمینان بالا و مصرف انرژی کم را دنبال می‌کند، بلکه به سمت یکپارچه‌سازی، کوچک‌سازی، دیجیتالی‌سازی و هوشمندی توسعه می‌یابد.

1. باهوش
هوشمندی سنسور به ترکیب عملکرد حسگرهای معمولی و عملکرد رایانه ها یا سایر اجزا برای تشکیل یک مجموعه مستقل اشاره دارد که نه تنها عملکرد دریافت اطلاعات و تبدیل سیگنال را دارد، بلکه توانایی پردازش داده را نیز دارد. ، تجزیه و تحلیل جبران خسارت و تصمیم گیری.

2. شبکه سازی
شبکه‌سازی حسگر به این صورت است که حسگر را قادر می‌سازد تا عملکرد اتصال به شبکه رایانه‌ای را داشته باشد، توانایی انتقال و پردازش اطلاعات از راه دور را درک کند، یعنی اندازه‌گیری اندازه‌گیری «در خارج از افق» را درک کند. و سیستم کنترل

3. کوچک سازی
مقدار کوچک سازی سنسور به میزان زیادی حجم سنسور را در شرایطی که عملکرد بدون تغییر یا حتی افزایش یافته است کاهش می دهد.کوچک سازی نیاز اندازه گیری و کنترل دقیق مدرن است.در اصل، هرچه اندازه سنسور کوچکتر باشد، تأثیر کمتری بر جسم اندازه گیری شده و محیط، مصرف انرژی کمتر و دستیابی به اندازه گیری دقیق آسان تر است.

4. یکپارچه سازی
ادغام سنسورها به ادغام دو جهت زیر اشاره دارد:
(1) ادغام پارامترهای اندازه گیری چندگانه می تواند چندین پارامتر را اندازه گیری کند.
(2) ادغام مدارهای حسگر و متعاقب آن، یعنی ادغام اجزای حساس، اجزای تبدیل، مدارهای تبدیل و حتی منابع تغذیه روی یک تراشه، به طوری که عملکرد بالایی داشته باشد.

5. دیجیتال سازی
ارزش دیجیتالی سنسور این است که اطلاعات خروجی توسط سنسور یک کمیت دیجیتالی است که می تواند انتقال از راه دور و با دقت بالا را انجام دهد و می تواند به تجهیزات پردازش دیجیتال مانند رایانه بدون پیوندهای میانی متصل شود.
یکپارچه‌سازی، هوشمندسازی، کوچک‌سازی، شبکه‌سازی و دیجیتالی شدن حسگرها مستقل نیستند، بلکه مکمل و به هم مرتبط هستند و مرز مشخصی بین آنها وجود ندارد.
فناوری کنترل در سیستم اندازه گیری و کنترل

تئوری کنترل پایه
1. نظریه کنترل کلاسیک
تئوری کنترل کلاسیک شامل سه بخش است: تئوری کنترل خطی، نظریه کنترل نمونه گیری و نظریه کنترل غیرخطی.سایبرنتیک کلاسیک تبدیل لاپلاس و تبدیل Z را به عنوان ابزار ریاضی می گیرد و سیستم ثابت خطی تک ورودی-تک خروجی را به عنوان هدف اصلی تحقیق در نظر می گیرد.معادله دیفرانسیل توصیف کننده سیستم با تبدیل لاپلاس یا تبدیل Z به حوزه اعداد مختلط تبدیل می شود و تابع انتقال سیستم به دست می آید.و بر اساس تابع انتقال، یک روش تحقیق از مسیر و فرکانس، با تمرکز بر تجزیه و تحلیل ثبات و دقت حالت پایدار سیستم کنترل بازخورد.

2. تئوری کنترل مدرن
تئوری کنترل مدرن یک نظریه کنترل مبتنی بر روش فضای حالت است که جزء اصلی تئوری کنترل خودکار است.در تئوری کنترل مدرن، تجزیه و تحلیل و طراحی سیستم کنترل عمدتاً با توصیف متغیرهای حالت سیستم انجام می شود و روش اساسی روش حوزه زمانی است.تئوری کنترل مدرن می تواند با طیف وسیع تری از مسائل کنترلی نسبت به نظریه کنترل کلاسیک، از جمله سیستم های خطی و غیرخطی، سیستم های ثابت و متغیر زمان، سیستم های تک متغیره و سیستم های چند متغیره مقابله کند.روش‌ها و الگوریتم‌هایی که به کار می‌گیرد برای رایانه‌های دیجیتال نیز مناسب‌تر است.تئوری کنترل مدرن همچنین امکان طراحی و ساخت سیستم های کنترل بهینه با شاخص های عملکرد مشخص را ارائه می دهد.

سیستم کنترل
سیستم کنترل از دستگاه های کنترل (شامل کنترل کننده ها، محرک ها و حسگرها) و اشیاء کنترل شده تشکیل شده است.دستگاه کنترل می تواند یک فرد یا یک ماشین باشد که تفاوت بین کنترل خودکار و کنترل دستی است.برای سیستم کنترل اتوماتیک، با توجه به اصول کنترل مختلف، می توان آن را به سیستم کنترل حلقه باز و سیستم کنترل حلقه بسته تقسیم کرد.با توجه به طبقه بندی سیگنال های داده شده، می توان آن را به سیستم کنترل ارزش ثابت، سیستم کنترل پیگیری و سیستم کنترل برنامه تقسیم کرد.

فناوری ابزار مجازی
ابزار اندازه گیری بخش مهمی از سیستم اندازه گیری و کنترل است که به دو نوع ابزار مستقل و ابزار مجازی تقسیم می شود.
ابزار مستقل سیگنال دستگاه را در یک شاسی مستقل جمع‌آوری، پردازش و خروجی می‌کند، دارای پانل عملیات و پورت‌های مختلف است و همه عملکردها به صورت سخت‌افزار یا سیستم‌افزار وجود دارند که مشخص می‌کند که ابزار مستقل فقط با سازنده.، مجوزی که کاربر نمی تواند آن را تغییر دهد.
ابزار مجازی تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنال، بیان و خروجی نتیجه را در رایانه کامل می کند، یا کارت جمع آوری داده ها را در رایانه قرار می دهد و سه قسمت دستگاه را روی رایانه حذف می کند، که از طریق سنتی شکسته می شود. سازهامحدودیت

ویژگی های فنی ابزارهای مجازی
1. توابع قدرتمند، یکپارچه سازی پشتیبانی سخت افزاری قدرتمند رایانه ها، شکستن محدودیت های ابزار سنتی در پردازش، نمایش و ذخیره سازی.پیکربندی استاندارد عبارت است از: پردازنده با کارایی بالا، صفحه نمایش با وضوح بالا، هارد دیسک با ظرفیت بالا.
2. منابع نرم افزاری رایانه، نرم افزارسازی برخی از سخت افزارهای ماشین را درک می کنند، منابع مادی را ذخیره می کنند و انعطاف پذیری سیستم را افزایش می دهند.از طریق الگوریتم‌های عددی مربوطه، تجزیه و تحلیل و پردازش مختلف داده‌های آزمایشی را می‌توان مستقیماً در زمان واقعی انجام داد.از طریق فناوری رابط کاربری گرافیکی (رابط کاربری گرافیکی) برای دستیابی به یک رابط دوستانه و تعامل انسان و رایانه.
3. با توجه به گذرگاه کامپیوتر و گذرگاه ابزار مدولار، سخت افزار ابزار ماژولار و سریالی شده است که اندازه سیستم را تا حد زیادی کاهش می دهد و ساخت ابزارهای مدولار را تسهیل می کند.
ترکیب سیستم ابزار مجازی
ابزار مجازی شامل دستگاه ها و رابط های سخت افزاری، نرم افزار درایور دستگاه و پنل ابزار مجازی است.در میان آنها، دستگاه‌ها و رابط‌های سخت‌افزاری می‌توانند کارت‌های عملکرد داخلی مبتنی بر رایانه شخصی، کارت‌های رابط اتوبوس رابط جهانی، پورت‌های سریال، رابط‌های ابزار باس VXI و غیره یا سایر تجهیزات تست خارجی قابل برنامه‌ریزی مختلف باشند، نرم‌افزار درایور دستگاه یک برنامه درایور که مستقیماً رابط های سخت افزاری مختلف را کنترل می کند.ابزار مجازی از طریق نرم افزار درایور دستگاه زیرین با سیستم ابزار واقعی ارتباط برقرار می کند و عناصر عملیاتی مربوط به پانل ابزار واقعی را در قالب یک صفحه ابزار مجازی بر روی صفحه کامپیوتر نمایش می دهد.کنترل های مختلفکاربر پنل ابزار مجازی را با ماوس به همان اندازه واقعی و راحت کار می کند که ابزار واقعی را کار می کند.
گرایش فناوری اندازه گیری و کنترل و ابزار دقیق، سنتی و پر از چشم انداز توسعه است.گفته می شود سنتی است زیرا منشأ باستانی دارد، صدها سال توسعه را تجربه کرده و نقش مهمی در توسعه اجتماعی داشته است.به عنوان یک رشته سنتی، رشته های بسیاری را به طور همزمان در بر می گیرد، که باعث می شود هنوز سرزندگی بالایی داشته باشد.
با توسعه بیشتر فناوری اندازه گیری و کنترل مدرن، فناوری اطلاعات الکترونیک و فناوری رایانه، فرصت جدیدی برای نوآوری و توسعه ایجاد کرده است که مطمئناً کاربردهای حیاتی بیشتری در زمینه های مختلف ایجاد خواهد کرد.