测控技术与仪器仪表技术的应用

冶金工业中,测控技术的应用有:炼铁过程的热风炉控制、装料控制与高炉控制,轧钢过程的压力控制、轧机速度控制、卷曲控制等及其中使用的多种检测仪表等。

化学工业中,测控技术的应用有:温度测量、流量测量、液位测量、浓度、酸度、湿度、密度、浊度、热值及各种混合气体组分等参数测量需要的测量仪表与按照预定规律控制被控参数的控制仪表等。

航空航天工业中,测控技术的应用有:飞行器的飞行高度、飞行速度、飞行状态与方向、加速度、过载以及发动机状态等参数的测量,航天技术的航天运载器技术、航天器技术、航天测控技术等。

测控技术的形成与发展

科学技术发展史实人类认识自然、改造自然的历史、也是人类文明史的重要组成部分。科学技术的发展首先取决于测量技术的发展。近代自然科学是从真正意义上的测量开始的。许多杰出的科学家梦都是科学仪器的发明家和测量方法的创立者。测量技术的进步直接带动着科学技术的进步。

·第一次科技革命时期

·第二次科技革命时期

·第三次科技革命时期

二战后,各国对高科技的迫切需要,推动了生产技术有一般的机械化带电气化、自动化转变,科学理论研究取得一系列重大突破。

·随着科学技术的发展,仪器仪表从只能进行简单的测量、观察开始,已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。为了满足各方面的需求,仪器仪表已从传统的应用领域扩展到了生物医学、生态环境、生物工程等非传统应用领域。

传感器是测量系统的第一的环节,对于控制系统来说,如果把计算机比作大脑,那么传感器就相当于五官,直接影响到系统的控制精度。

传感器一般由敏感元件、转换文件、转换电路组成。由敏感元件直接感受被测量,同时它自身的某一参数值变化与被测量值的变化有确定的关系,且这一参数容易测量输出;然后由转换元件将敏感元件的输出转换成电参数;最后又转换电路将转换元件输出的电参数放大,转换成便于显示、记录、处理、控制的有用电信号。

新型传感器的现状与发展

1.智能化

传感器的智能化指把常规传感器的功能同计算机或其他元件的功能相结合构成一个独立的组合体,使其既具有信息拾取和信号转化功能,又有数据处理、补偿分析和决策能力。

2.网络化

传感器的网络化就是使传感器具备和计算机网络连接的功能,实现远距离的信息传递和处理能力,即实现测控系统的“超视距”测量。

3.微型化

传感器的微型化值在功能不变甚至增强的条件下,大幅度减小传感器的体积。微型化是现代精密测量与控制的要求,原则上将,传感器的尺寸越小对被测对象及环境的影响越小,对能量的消耗越少,越易实现精确测量。

4.集成化

传感器的集成化指下面两个方向的集成:

(1)多测量参数的集成,即可测量多种参数。

5.数字化

传感器的数字化值的是传感器输出的信息为数字量,可以实现远距离、高精度传输,同时可无需中间环节接入计算机等数字处理设备。

传感器的集成化、智能化、微型化、网络化和数字化等不是独立的,而是相辅相成、相互关联的,它们之间并没有明确的界限。

测控系统中的控制技术

基本控制理论

1.经典的控制理论

经典控制论包括线性控制理论、采样控制理论、非线性控制理论三个部分。经典控制论以拉普拉斯变换和Z变换为数学工具,以单输入-单输出的线性定常系统为主要的研究对象。通过拉普拉斯变换或者Z变换将描述系统的微分方程变换到复数域中,得到系统的传递函数。并以传递函数为基础,一根轨迹发和频率发威研究手段,重点分析反馈控制系统的稳定性和稳态精度。

2.现代控制理论

控制系统

虚拟仪器技术

测量仪器是测控系统的重要组成部分,它分为独立仪器与虚拟仪器两种。

虚拟仪器则把信号的分析与处理、结果的表达和输出放到计算机上来完成,或在计算机上插上数据采集卡,把仪器的三个部分去不放到计算机上来实现,突破了传统仪器的局限性。

虚拟仪器技术特点

1.功能强大,融合了计算机强大的硬件支援,突破了传统仪器在处理、显示、存储方面的限制。标准配置为:高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘。

2.计算机软件资源实现了部分机器硬件的软件化,节省了物质资源,由增强了系统的灵活性;通过相应数值算法,实时直接地对测试数据进行各种分析与处理;通过GUI(图形用户界面)技术,真正做到界面友好,人机交互。

3.给予计算机总线和模块化仪器总线,仪器硬件实现了模块化、系列化,大大缩小了系统尺寸,可方便的构建模块化仪器。

虚拟仪器系统的构成

测控技术与仪器专业,是一个传统,而又充满着发展前景的专业。说它传统,是因为它有着古老的起源,经历了数百年的发展,对社会发展起了重要的作用。作为一个传统的专业,它同时涉及到了许多学科,这使它仍然具有强大的生命力。

随着现代测控技术、电子信息技术和计算机技术等的进一步发展,它迎来了一个创新发展的新机遇,必将在各领域产生更多更关键的应用。

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原文标题:测控技术与仪器仪表技术

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