關(guān)于儀器儀表基礎(chǔ)知識的介紹說明

發(fā)布時間:2024-01-29
關(guān)于儀器儀表基礎(chǔ)知識的介紹說明 關(guān)于儀器儀表基礎(chǔ)知識的介紹說明,檢測與過程控制儀表(通常稱自動化儀表)分類方法很多,根據(jù)不同原則可以進行相應(yīng)的分類。例如按儀表所使用的能源分類,可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表(很少見);按儀表組合形式,可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置;按儀表安裝形式,可以分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表;隨著微處理機的蓬勃好燕尾服,根據(jù)儀表有否引入微處理機(器)又可分為智能儀表與非智能儀表。根據(jù)儀表信號的形式可分為模似儀表和數(shù)字儀表。
顯示儀表根據(jù)記錄和指示、模擬與數(shù)字等功能,又可分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表,其中記錄儀表又可分為單點記錄和多點記錄(指示亦可以有單點和多點),其中又有在紙記錄或無紙記錄,若是有紙記錄又分筆錄和打印記錄。
調(diào)節(jié)儀表可是以分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表。由于微處理機引入,又有可編程調(diào)節(jié)器與固定程序調(diào)節(jié)器之分。
執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)按能源劃分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器,按結(jié)構(gòu)形式可以分為薄膜式、活塞式(氣缸式)和長行程執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)閥根據(jù)其結(jié)構(gòu)特噗和流量特性不同進行分類,按結(jié)構(gòu)特點分通常有直通單座、直通雙座、三通、角形、隔膜、蝶形、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)、套筒(籠式)、閥體分離等,按流量特性分為直線、對數(shù)(等面分比)、拋物線、快開等。
這類分類方法相對比較合理,儀表覆蓋面也比較廣,但任何一種分類方法均不能將所有儀表分門別類地劃分得井井有序,它們中間互有滲透,彼此溝通。例如變送器具有多種功能,溫度變送器可以劃歸溫度檢測儀表,差壓變送器可以劃歸流量檢測儀表,壓力變送器可以劃歸壓檢測儀表,若用兀壓法測液位可以劃歸物位檢測儀表,很難確切劃歸哪一類,中外單元組合儀表中的計算和輔助單元也很難歸并。
壓力的解釋:
1、大氣壓:地球表面上的空氣柱因重力而產(chǎn)生的壓力。它和所處的海拔高度、緯度及氣象狀況有關(guān)。
2、差壓(壓差):兩個壓力之間的相對差值。
3、壓力:介質(zhì)(液體、氣體或蒸汽)所處空間的所有壓力。壓力是相對零壓力而言的壓力。
4、表壓力(相對壓力):如果壓力和大氣壓的差值是一個正值,那么這個正值就是表壓力,即表壓力=壓力-大氣壓>0。
5、負壓(真空表壓力):和“表壓力“相對應(yīng),如果壓力和大氣壓的差值是一個負值,那么這個負值就是負壓力,即負壓力=壓力-大氣壓<0。
6、靜態(tài)壓力:一般理解為“不隨時間變化的壓力,或者是隨時間變化較緩慢的壓力,即在流體中不受流速影響而測得的表壓力值”。
7、動態(tài)壓力:和“靜態(tài)壓力”相對應(yīng),“隨時間快速變化的壓力,即動壓是指單位體積的流體所具有的動能大小。”通常用1/2ρν2計算。式中ρ—流體密度;v—流體運動速度。”
協(xié)議和現(xiàn)場總線技術(shù)有哪些異同?
和現(xiàn)場總線技術(shù)都可以實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)、參數(shù)等進行遠程訪問。同時,兩種技術(shù)都支持在一條總線上連接多臺設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)方式。hart和現(xiàn)場總線都采用設(shè)備描述,實現(xiàn)設(shè)備的互操作和綜合運用。所以,它們之間有一定的相似之處。
智能壓力/差壓變送器較模擬變送器有什么優(yōu)越性?
智能化儀表的優(yōu)越性主要有:
對儀表制造過程——簡化調(diào)校過程、補償傳感器缺陷(如線性化、環(huán)境因素補償?shù)龋⑻岣邇x表性能、降低制造成本、可形成多參數(shù)復(fù)合儀表。
對儀表安裝調(diào)試過程——簡化安裝調(diào)試過程(如對線、清零)、降低安裝調(diào)試成本。
對儀表運行過程——提高測量質(zhì)量、有利于進行軟測量、便于儀表的維護校驗和資產(chǎn)管理(需要系統(tǒng)和設(shè)備管理軟件的支持)。
壓力/差壓變送器有哪些選型原則?
在壓力/差壓變送器的選用上主要依據(jù):以被測介質(zhì)的性質(zhì)指標為準,以節(jié)約資金、便于安裝和維護為參考。如被測介質(zhì)為高黏度易結(jié)晶強腐蝕的場合,必須選用隔離型變送器。
在選型時要考慮它的介質(zhì)對膜盒金屬的腐蝕,一定要選好膜盒材質(zhì),變送器的膜盒材質(zhì)有普通不銹鋼、304不銹鋼、316l不銹鋼、鉭膜盒材質(zhì)等。
在選型時要考慮被測介質(zhì)的溫度,如果溫度高一般為200℃~400℃,要選用高溫型,否則硅油會產(chǎn)生汽化膨脹,使測量不準。
在選型時要考慮設(shè)備工作壓力等級,變送器的壓力等級必須與應(yīng)用場合相符合。從選用變送器測量范圍上來說,一般變送器都具有一定的量程可調(diào)范圍,將使用的量程范圍設(shè)在它量程的1/4~3/4段,這樣精度會有保證,對于微差壓變送器來說更是重要。實踐中有些應(yīng)用場合(液位測量)需要對變送器的測量范圍遷移,根據(jù)現(xiàn)場安裝位置計算出測量范圍和遷移量,遷移有正遷移和負遷移之分。
變送器的維護工作主要包括以下幾個方面:
巡回檢查:
儀表指示情況,儀表示值有無異常;
氣動變送器氣源壓力是否正常;
電動變送器電源電壓是否正常;
環(huán)境溫度、濕度、清潔狀況;儀表和工藝接口、導(dǎo)壓管和閥門之間有無泄漏、腐蝕。
定期維護:
定期檢查零點,定期進行校驗;
定期進行排污、排凝、放空;
定期對易堵介質(zhì)的導(dǎo)壓管進行吹掃,定期灌隔離液。
設(shè)備大檢查:
檢查儀表使用質(zhì)量,達到準確、靈敏,指示誤差、靜壓誤差符合要求,零位正確;儀表零部件完整無缺,無嚴重銹垢、損壞,銘牌清晰無誤,緊固件不得松動,接插件接觸良好,端子接線牢固;技術(shù)資料齊全、準確、符合管理要求。
質(zhì)量流量控制器的工作壓差范圍是個什么概念
質(zhì)量流量控制器(mfc)中設(shè)置有一個氣體流量調(diào)節(jié)閥門,閥門能使通過控制器的流量從零調(diào)節(jié)到測量的滿量程,在工作的過程當中,控制器的入口和出口之間會產(chǎn)生一個氣壓降,即壓差。mfc的工作壓差范圍通常為0.1~0.3mpa,若壓差低于值(0.1 mpa),有可能控制達不到滿量程值;若高于值(0.3mpa),有可能關(guān)閉時流量不能小于2%f.s。用戶使用mfc時,無論用戶工作的反應(yīng)室是真空還是高壓,應(yīng)做到使mfc進出氣兩端的壓差保持在所要求壓差范圍之內(nèi),并且要求氣壓要相對穩(wěn)定。
電磁流量計常見故障現(xiàn)象有:
(1)無流量信號;(2)輸出晃動;(3)零點不穩(wěn);(4)流量測量值與實際值不符;(5)輸山信號超滿度值5類。
經(jīng)常采用的檢查手段或方法及其檢查內(nèi)容有哪些?
(1)通用常規(guī)儀器檢查
(2)替代法利用轉(zhuǎn)換器和傳感器間以及轉(zhuǎn)換器內(nèi)務(wù)線路板部件間的互換性,以替代法判別故障所在位置。
(3)信號蹤跡法用模擬信號器替代傳感器,在液體未流動條件下提供流量信號,以測試電磁流量轉(zhuǎn)換器。
檢查首先從顯示儀表工作是否正常開始,逆流量信號傳送的方向進行。用模擬信號器測試轉(zhuǎn)換器,以判斷故障發(fā)生在轉(zhuǎn)換器及其后位儀表還足在轉(zhuǎn)換器的上位傳感器發(fā)生的。若足轉(zhuǎn)換器故障,如有條件可方便地借用轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器內(nèi)線路板作替代法調(diào)試;若是傳感器故障需要試調(diào)換時,因必須停止運行,關(guān)閉管道系統(tǒng),因涉及面廣,常不易辦到。特別是大口徑流量傳感器,試換工程量大,通常只有在作完其他各項檢查,最后才下決心,卸下管道檢查傳感器測量管內(nèi)部狀況或調(diào)換。
使用超聲波流量計應(yīng)注意哪些問題?
(1)根據(jù)介質(zhì)、流量及工作場地的不同,選擇合適的流量計型式;
(2)根據(jù)不同型式的超聲波流量計以合理的方式安裝換能器;
(3)定期維護,經(jīng)常檢查流量計工作狀態(tài)、顯示器的連接;
(4)定期校準流量計。
我廠污水排放測量用的是電磁流量計,流量計安裝前經(jīng)過了檢定,可計量數(shù)據(jù)一直和其他流量計指示的量值不一致,原因何在?
極有可能是安裝位置不對。若流量計裝于系統(tǒng)的處,管道中的氣泡會嚴重影響計量精度;或流量計裝在流體向下流動的垂直管道上,有可能產(chǎn)生非滿管流。建議將流量計裝在系統(tǒng)位置較低的水平管道上或向上流動的垂直管道上,在系統(tǒng)中安裝消氣器或排氣閥什么是質(zhì)量流量計?什么是質(zhì)量流量控制器?
質(zhì)量流量計,即massflow meter(縮寫為mfm), 是一種精確測量氣體流量的儀表,其測量值不因溫度或壓力的波動而失準,不需要溫度壓力補償。
質(zhì)量流量控制器, 即mass flow controller(縮寫為mfc), 不但具有質(zhì)量流量計的功能,更重要的是,它能自動控制氣體流量,即用戶可根據(jù)需要進行流量設(shè)定,mfc自動地將流量恒定在設(shè)定值上,即使系統(tǒng)壓力有波動或環(huán)境溫度有變化,也不會使其偏離設(shè)定值。簡單地說,質(zhì)量流量控制器就是一個穩(wěn)流裝置, 是一個可以手動設(shè)定或與計算機聯(lián)接自動控制的氣體穩(wěn)流裝置。
質(zhì)量流量計/質(zhì)量流量控制器的主要優(yōu)點是什么?
流量的測量和控制不因溫度或壓力的波動而失準。
對于多數(shù)流量測控系統(tǒng)而言,很難避免系統(tǒng)的壓力波動及環(huán)境和介質(zhì)的溫度變化。對于普通的流量計,壓力及溫度的波動將導(dǎo)致較大的誤差;對于質(zhì)量流量計/質(zhì)量流量控制器,則一般可以忽略不計。
測量控制的自動化
質(zhì)量流量計/質(zhì)量流量控制器可以將流量測量值以輸出標準電信號輸出。這樣很容易實現(xiàn)對流量的數(shù)字顯示﹑累積流量自動計量﹑數(shù)據(jù)自動記錄﹑計算機管理等。對質(zhì)量流量控制器而言,還可以實現(xiàn)流量的自動控制。通常, 模擬的mfc/mfm輸入輸出信號為0~+5v或4~20ma,數(shù)字式mfc/mfm還配有rs232或rs485數(shù)字串行通訊口, 能非常方便地與計算機連接, 進行自動控制。
精確地定量控制流量
質(zhì)量流量控制器可以精確地控制氣體的給定量,這對很多工藝過程的流量控制﹑對于不同氣體的比例控制等特別有用。
適用范圍寬
有很寬的工作壓力范圍,我們的產(chǎn)品可以從真空直到10mpa;可以適用于多種氣體介質(zhì)(包括一些腐蝕性氣體,如hcl);有很寬的流量范圍,我們的產(chǎn)品最小流量范圍可達0~5 sccm,流量范圍可達0~200 slm。流量顯示的分辨率可達滿量程的0.1%, 流量控制范圍是滿量程的2~99% (量程比為-- 50:1), 因此在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
雷達物位測量裝置前景廣闊
我國這些年工業(yè)發(fā)展迅速,種類逐漸齊全,而物位測量儀表作為工業(yè)生產(chǎn)*的重要儀表,需求量很大。巨大市吸引力也造成了激烈的競爭。雖然目前國內(nèi)物位儀表生產(chǎn)廠家眾多,但大多是技術(shù)含量較低、精度比較低的產(chǎn)品,即便銷量可觀,經(jīng)濟效益也不可觀。怎樣的產(chǎn)品才能有效的占領(lǐng)國內(nèi)物位儀表市場呢,關(guān)鍵在于開發(fā)和生產(chǎn)先進,精確的高檔產(chǎn)品。
根據(jù)有關(guān)機構(gòu)的調(diào)查顯示,在物位測量裝置的選購標準中,人們關(guān)注的因素依次是:精度,可靠性,耐久性,操作簡易度,價格,技術(shù)支持等。很明顯,精度是人們關(guān)心的首要參數(shù)。而很多市場預(yù)測也驗證了這一觀點。
根據(jù)arc咨詢集團的研究報告顯示,雷達物位測量裝置將是連續(xù)物位測量領(lǐng)域前景最被看好的測量裝置。當有效的控制成本和提高效益對于使用者越來越重要的時候,高精度的測量裝置變得越來越受歡迎。隨著價格的下降和人們對其技術(shù)的認可度不斷提高,雷達測量裝置在工業(yè)上的使用也變得越來越廣泛,而不是僅僅在油箱中使用。因此,雷達物位測量裝置以其技術(shù)上的不斷革新而占領(lǐng)著越來越大的。arc預(yù)計雷達式物位儀表市場到2007年將達到3.88億美元,年增長率為10.3%。雷達式物位儀表取得這一可觀增長率時,其他物位測量技術(shù)正奮力爭取一位數(shù)的年增長率和許多傳統(tǒng)的水平測量工藝不同,雷達測量裝置具有非常高的精度,并能夠適應(yīng)各種非常惡劣的測量環(huán)境,測量時不依賴過程密度,壓力和溫度等環(huán)境因素,制造商們利用這些優(yōu)點給使用者提供越來越好的產(chǎn)品。隨著雷達式物位技術(shù)進入其生命周期成熟期,其廣泛采用在很大程度上受其快速roi(投資回報)、低維護及高可靠性特點的驅(qū)動。用戶相信,雷達式物位儀表能提供高性價比,且即使在數(shù)量不斷增加的情況下也能順利實施。而作為一種用于罐儲量測量的物位測量技術(shù),標志著雷達物位裝置已在更廣闊的過程物位測量領(lǐng)域中取得了重大進展。
在arc的研究報告中,接觸式和非接觸式物位測量裝置總體被分為3類:產(chǎn)品,中端產(chǎn)品和低端產(chǎn)品。總的來說,雷達測量裝置會有很好的市場前景,但仍然會受到傳統(tǒng)測量裝置的“挑戰(zhàn)”,供應(yīng)商們根據(jù)自己的和整個市場的增長速度來制定自己的市場策略。目前被過程控制行業(yè)看好的回路供電測量儀表(looppowered devices),目前已經(jīng)非常普遍。此外,電池供電及無線雷達式物位儀表亦開始在市場上出現(xiàn)。各種相關(guān)技術(shù)的不斷進步和雷達式物位計的成本的有效控制,正有效的促進著雷達式物位儀表市場的不斷增長。用雷達式物位儀表來取代傳統(tǒng)物位測量技術(shù),將為雷達供應(yīng)商帶來巨大的商機。
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目前國內(nèi)常用的氣體傳感器有哪些?
目前按照氣敏特性來分,主要分為:半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器,又以前兩種普遍。
請介紹一下半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點。
自從1962年半導(dǎo)體金屬氧化物陶瓷氣體傳感器問世以來,半導(dǎo)體氣體傳感器已經(jīng)成為當今應(yīng)用、的一類氣體傳感器。它具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對濕度敏感低和電路簡單等優(yōu)點。不足之處是必須在高溫下工作、對氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。
半導(dǎo)體傳感器為什么需要加熱?
半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件,其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣體分子在薄膜表面進行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。為了消除氣體分子達到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程,這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定,其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分。
電化學(xué)氣體傳感器是怎樣工作的?
電化學(xué)氣體傳感器是通過檢測電流來檢測氣體的濃度,分為不需供電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式,目前可以檢測許多有毒氣體和氧氣,后者還能檢測血液中的氧濃度。電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。
半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別?
半導(dǎo)體傳感器因其簡單低價已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,但是又因為它的選擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級別使用。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場合。
固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器是怎樣的?
顧名思義,固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。選擇性,靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長于電化學(xué),所以也得到了很多的應(yīng)用,不足之處就是響應(yīng)時間過長。
接觸燃燒式氣體傳感器是怎樣的?
接觸燃燒式氣體傳感器只能測量可燃氣體。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式,原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下,可燃氣體在表面或者在催化劑作用下燃燒,由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。后者因為催化劑的關(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。
光學(xué)式氣體傳感器是怎樣的?
光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等,主要以紅外吸收型為主。由于不同氣體對紅外波吸收程度不同,通過測量紅外吸收波長來檢測氣體。目前因為它的結(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價頗高。
年代初期,儀器儀表取得了重大突破,數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)使各種數(shù)字儀器得以問世,把模擬儀器的精度、分辨力與測量速度提高了幾個量級,為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基點。60年代中期,測量技術(shù)又一次取得了進展,計算機的引入,使儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化,從個別電量的測量轉(zhuǎn)變成測量整個系統(tǒng)的待征參數(shù),從單純的接收、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂?、分析、處理、計算與顯示輸出,從用單個儀器進行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進行測量。70年代,計算機技術(shù)在儀器儀表中的進一步滲透,使電子儀器在傳統(tǒng)的時域與頻域之外,又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)或(data domain)測試。80年代,由于微處理器被用到儀器中,儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展,過去直觀的用于調(diào)節(jié)時基或幅度的旋轉(zhuǎn)度盤,選擇電壓電流等量程或功能的滑動開關(guān),通、斷開關(guān)鍵已經(jīng)消失。測量系統(tǒng)的主要模式,是采用機柜形式,全部通過ieee-488總線送到一個控制品上。測試時,可用豐富的basic語言程序來高速測試。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器已經(jīng)得到了發(fā)展。90年代,儀器儀表與測量科學(xué)進步取得重大的突破性進展。這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高。突出表現(xiàn)在以下幾個方面:微電子技術(shù)的進步將更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計:dsp芯片的大量問世,使儀器儀表數(shù)字信號處理功能大大加強;微型機的發(fā)展,使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力;圖像處理功能的增加十分普遍;vxi總線得到廣泛的應(yīng)用。
一、國外儀器儀表發(fā)展特點:
1、新技術(shù)的應(yīng)用。目前普遍采用eda(電子設(shè)計自動化)、cam(計算機輔助制造)、cat(計算機輔助測試)、dsp(數(shù)字信號處理)、asic(專用集成電路)及smt(表面貼裝技術(shù))等。
2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化。注重性能價格化。在重視高檔儀器開發(fā)的同時,注重*和量大面廣產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。
注重系統(tǒng)集成,不僅著眼于單機,更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟化,隨著各類儀器裝上了cpu,實現(xiàn)了數(shù)字化后,軟件上投入了巨大的人力、財力、今后的儀器歸納成一個簡單的公式:儀器=ad/da+cpu+軟件,ad芯片將模擬信號變成數(shù)字信號,再經(jīng)過軟件處理變換后用da輸出。
3、產(chǎn)品開發(fā)準則發(fā)生了變化。從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)為市場驅(qū)動,從一味追求高精尖轉(zhuǎn)為“恰到好處”。開發(fā)一項成功產(chǎn)品的準則是,用戶有明確的需求;能用最短的開發(fā)時間投放市場;功能與性能要恰到好處;產(chǎn)品開發(fā)準則的另一變化是收縮方向,集中優(yōu)勢。
4、生產(chǎn)技術(shù)注重專業(yè)生產(chǎn),不大而全。生產(chǎn)過程采用自動測試系統(tǒng)。目前多以gp-ib儀器組建自動測試系統(tǒng)。生產(chǎn)線上盡是一個個大的測試柜,快速地進行自動測試、統(tǒng)計、分析、打印出結(jié)果。
二、國外儀器儀表發(fā)展趨勢
1、自動化儀器的發(fā)展趨勢
工業(yè)自動化控制儀表主要包括變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備,控制儀表從基地式調(diào)節(jié)器(變送、指示、調(diào)節(jié)一體化的儀表)開始,經(jīng)歷了氣功、電動單元組合儀表到計算機控制系統(tǒng)(ddc),直到今日的分散控制系統(tǒng)dcs。dcs已經(jīng)走過了20多年的里程,dcs,以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點,得到迅速的發(fā)展,成為計算機工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。plc以其結(jié)構(gòu)緊湊、功能簡單、速度快、可靠性高、價格低等優(yōu)點,迅速獲得廣泛應(yīng)用,已成為與dcs并駕齊驅(qū)的另一種主流工業(yè)控制系統(tǒng)。目前以plc為基礎(chǔ)的dcs發(fā)展很快,plc與dcs相互滲透、相互融合、相互競爭,已成為當前工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。dcs經(jīng)歷了初創(chuàng)(1975-1980)、成熟(1980-1985)、擴展(1985年以后)幾個發(fā)展時期,在控制功能完善、信息處理能力、速度及組態(tài)軟件等方面取得令人矚目的成就,已經(jīng)成為計算機控制系統(tǒng)的主流。當今幾乎每個發(fā)達國家都生產(chǎn)自己的dcs,生產(chǎn)廠家一百多家,已銷售幾萬臺套。主要生產(chǎn)廠家集中在美國、日本、德國等多家公司,如美國霍尼韋爾(honewell)的tdc300、tdc3000x、s9000;foxboro的i/as;westing house的wdpf;abb的mod300;日本橫河(yokoy2 w2)的cenum、mxl;日立的hiacs3000、5000;德國西門子(siemens)的telenermm、sipaos200;貝萊(bailey)的n90。
目前世界上約有200家plc生產(chǎn)廠家,目前占控制30%。主要生產(chǎn)廠家有美國的ab公司、康公司、ge公司、德國的西門子公司、法國的teteme cangue公司、日本的歐姆龍公司;三菱電機公司。plc將與ipc、dcs集成,plc逐漸成為占自動化裝置及過程控制系統(tǒng)的產(chǎn)品。據(jù)美國,到2000年plc占控制將超過50%。
現(xiàn)場總線技術(shù)是九十年代迅速發(fā)展起來的一種用于各種現(xiàn)場自動化設(shè)備與其控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),是一種用于各種現(xiàn)場儀表(包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀、單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、流程分析器等)與基于計算機的控制系統(tǒng)之間進行的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。有人預(yù)測:基于現(xiàn)場總線fcs(fieidbus controlsystem)將取代dcs成為控制系統(tǒng)的主角,internet和intranet技術(shù)也將進入控制領(lǐng)域,計算機自動化系統(tǒng)滲透到企業(yè)從生產(chǎn)到管理、直到經(jīng)營的方方面面。
的自動化儀表產(chǎn)品市場需求將快速增長。過程自動化儀表產(chǎn)品市場銷售額,在1996年達到461億美元,到2001年將增長到599億美元,預(yù)計到2006年將達到700億美元。從1996年到2001年間的年平均增長率為3.9%,而從2001年到2006年年平均增長率將達到4.6%,以不變價格計算,則2006年的銷售額為761億美元。主要應(yīng)用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有限金屬工業(yè)、軋鋼和鋁板材工業(yè)、化學(xué)、食品和制藥業(yè)、石化工業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、環(huán)保、礦山、石油和天燃氣工業(yè)等。
在1996年的自動化產(chǎn)品,系統(tǒng)和維修的461億美元中,有406億美元是屬于自動化工程項目方面,有54億美元是用于操作方面。測量和自動化技術(shù)作為新的投資,在工廠現(xiàn)代化技資中將增長2~3倍。到2006年過程自動化產(chǎn)品的市場需求情況為:礦山工業(yè)為70億美元、原材料工業(yè)為90億美元、過程工業(yè)為360億美元、電站為110億美元、環(huán)保工業(yè)為70億美元。就地區(qū)而言,北美占27.2%、西歐占26%、亞非(不包括日本)占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%,其它地區(qū)占3.7%,從中看出亞非地區(qū)的市場發(fā)展前景。
現(xiàn)代光學(xué)儀器的發(fā)展趨勢
從傳統(tǒng)光學(xué)儀器轉(zhuǎn)變現(xiàn)代光學(xué)儀器,關(guān)鍵在于計算機化,而微電子技術(shù)是基礎(chǔ)。光譜儀器發(fā)展,發(fā)達國家80年代巳實現(xiàn)微機化,現(xiàn)已向聯(lián)用技術(shù)、全自動化(如內(nèi)裝機械手等機器人系統(tǒng),實現(xiàn)元人操作),實驗室信息管理系統(tǒng)自動化及智能化方向發(fā)展。光學(xué)計量儀器從大型精密儀器——三座標測量機到傳統(tǒng)的自準直儀和投影儀都已實現(xiàn)微機化、光電化;激光技術(shù)的結(jié)合和ccd等光電器件的引人,更為快速、準確、可靠的在線檢測和監(jiān)控創(chuàng)造了條件。
未來10年,由于*的發(fā)展和應(yīng)用,將進一步推動光學(xué)儀器實現(xiàn)光機電算一體化和智能化?,F(xiàn)今的智能化儀器更確切地應(yīng)稱為“微機化”儀器。而更高程度的智能化是信息技術(shù)的層次,應(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能,是數(shù)值、邏輯與知識的結(jié)合分析結(jié)果,智能化的標志是知識的表達與應(yīng)用。電子技術(shù)、計算機技術(shù)和光電器件的不斷發(fā)展和功能的完善,為儀器向更高檔次的智能發(fā)展創(chuàng)造了條件。
未來10年,光和電的滲透會進一步強化,更多的新技術(shù)、新器件推廣應(yīng)用,因而在光機電算一體化的基礎(chǔ)上融入不同原理,派生出新用途的產(chǎn)品,以滿足各領(lǐng)域日益增長的需求。具有優(yōu)異性能的光電器件和功能材料的開發(fā)和應(yīng)用,將加速現(xiàn)代光學(xué)儀器的發(fā)展。如ccd器件、半導(dǎo)體激光器、光纖傳感器等制造技術(shù)趨于成熟,實現(xiàn)應(yīng)用已獲突破,顯示了廣泛的應(yīng)用前景。它必將使光學(xué)儀器領(lǐng)域發(fā)生重要變革,推動產(chǎn)品向小型化、高分辨、光電化和自動化發(fā)展。
光學(xué)計量儀器的發(fā)展趨勢
●未來的光學(xué)計量儀器儀表是簡化設(shè)計,大量壓縮零部件,提高智能化和便于操作,發(fā)展在線計量測試儀器儀表。
●利用物理學(xué)的新效應(yīng)和*及其成就開發(fā)新型計量測試儀器儀表和新型高靈敏度、高穩(wěn)定性、強抗力的新型傳感器技術(shù)。
如:利用高溫超導(dǎo)量子干涉器(sguid)開發(fā)計量測試儀器、物理學(xué)測試儀器、地學(xué)和地質(zhì)學(xué)儀器、化學(xué)分析儀器、醫(yī)學(xué)儀器、無損材料檢驗儀器等。利用橢偏技術(shù)來檢測光纖、光學(xué)玻璃等,這是大家所共知的,它與近場光學(xué)相結(jié)合,不僅可以測量表面精細結(jié)構(gòu),同時根據(jù)近場光學(xué)反射偏振信息可以分辨出被測物體的材料,這是目前實驗研究的新探索。將可調(diào)諧穩(wěn)頻激光光譜儀的技術(shù)用于高精密的幾何量與機械量和多種無形態(tài)的量的測量。開發(fā)以新一代微型光纖傳導(dǎo)激光干涉儀,它的測量范圍可以從納米到幾米或更大的范圍,分辨率可達1onm,并且克服了hp激光干涉儀的缺點,它具有四激光干涉儀的一切功能;另外,它還可用于稱重,研制新型電子天平、高精度的電子皮帶稱、高分辨率的壓力計等。發(fā)展納米測量技術(shù),建立納米計量測試標準,這是當今在計量與測量技術(shù)研究中十分活躍的課題。
●發(fā)展微量機器人。類似的測量儀器己出現(xiàn),即zeiss的scan max三坐標測量機。
它是利用了智能機器人技術(shù),但要保證測量量值的計量正確性是一個十分復(fù)雜理論和技術(shù)問題。目前已得到了初步解決。
●環(huán)境保護科學(xué)儀器儀表的發(fā)展與進步,將是當今和21世紀的重點研究領(lǐng)域。有關(guān)環(huán)??茖W(xué)儀器儀表的檢測和有關(guān)這方面的配套的計量儀器儀表還缺乏。
●用于生產(chǎn)安全與防護的科學(xué)儀器儀表也還需大力開發(fā)與發(fā)展。它將成為儀器儀表行業(yè)的新分支。
分析儀器的發(fā)展趨勢
分析儀器正向智能化方向發(fā)展,發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)是:基于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)分析儀器的自動化,通過計算機控制器和數(shù)字模型進行數(shù)據(jù)采集、運算、統(tǒng)計、分析、處理,提高分析儀器數(shù)據(jù)處理能力,數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)了分析儀器數(shù)字圖像處理功能的發(fā)展;分析儀器的聯(lián)用技術(shù)向測試速度超高速化、分析試樣超微量化、分析儀器超小型化的方向發(fā)展。
●世界分析儀器事業(yè)持續(xù)快速發(fā)展從技術(shù)發(fā)展角度來看,世紀之交的世界分析儀器技術(shù)可以說正在經(jīng)歷一場革命性的變化,傳統(tǒng)的光學(xué)、熱學(xué)、電化學(xué)、色譜、波譜類分析技術(shù)都已從經(jīng)典的化學(xué)精密機械電子學(xué)結(jié)構(gòu)、實驗室內(nèi)人工操作應(yīng)用模式,轉(zhuǎn)化為光、機、電、算(計算機)一體化、自動化的結(jié)構(gòu),并正向更名副其實的智能系統(tǒng)發(fā)展(帶動有自診斷自控、自調(diào)、自行判斷決策等高智能功能)。
多臺儀器、多個實驗室結(jié)合的綜合分析管理系統(tǒng)(lims,laboratoryinformation management system)已經(jīng)推廣應(yīng)用;儀器計算機內(nèi)裝上調(diào)制解調(diào)器可以上網(wǎng)、制造廠商可與用戶或用戶之間實現(xiàn)信息交流(例如廠商對用戶正在使用的儀器進行遠距診斷、指導(dǎo)正確使用或提出維修指導(dǎo),各同類儀器用戶或相同分析工作用戶直接進行數(shù)據(jù)交換、情報共享等),已經(jīng)不是研究開發(fā)的方向,普遍應(yīng)用已指日可待。
從世界分析儀器銷售增勢來看,世紀之交在農(nóng)業(yè)、能源、信息、環(huán)境、材料、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域快速發(fā)展的需求刺激下,加上分析儀器技術(shù)發(fā)展推動的分析儀器更新?lián)Q代周期不斷縮短,使多年來世界分析儀器市場銷售額保持10%左右甚至更高的年增長率,這說明分析儀器行業(yè)不是“夕陽產(chǎn)業(yè)”,而是能不斷更新保持ⅵ盛的生命力。
●世界分析儀器技術(shù)更新快、高科技含量增長迅猛。
為適應(yīng)現(xiàn)代高科技研究和產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,作為信息時代信息獲取——處理——傳輸鏈的源頭技術(shù),分析儀器技術(shù)的發(fā)展是必然的。沒有新的分析方法、分析技術(shù)和相應(yīng)的全新分析儀器,不能更高、更全面、更靈敏、更可靠、更方便地獲取研究、生產(chǎn)、社會、環(huán)境等領(lǐng)域中的分析檢測信息,21世紀的信息時代就無從談起。這是我們在世紀之交期間面臨新形勢的一個特征,也是分析儀器新技術(shù)、新元器件、新產(chǎn)品會不斷涌現(xiàn)、高科技含量越來越大的緣由。從另一個角度來說,也是被世界科技和產(chǎn)業(yè)、人類社會發(fā)展大形勢的要求逼出來的,是分析儀器技術(shù)適應(yīng)大形勢發(fā)展的結(jié)果。
●分析技術(shù)和分析儀器的應(yīng)用日益拓展
在20世紀前些年經(jīng)典的分析技術(shù)和分析儀器主要是為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)大生產(chǎn)服務(wù),主要為了適應(yīng)分析、監(jiān)控工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障大生產(chǎn)流程安全高效的要求而發(fā)展、提高的;當今世紀之交分析技術(shù)和分析儀器的“用武之地”已經(jīng)大大拓展,最引人注目的是在生物、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等有關(guān)人的生存、發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異,現(xiàn)代高科技在軍事方面的發(fā)展也促進了分析技術(shù)和分析儀器的應(yīng)用拓展(例如生物、化學(xué)戰(zhàn)爭中調(diào)整、靈敏、準確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務(wù)也大大擴大了分析儀器的應(yīng)用領(lǐng)域)。
可以肯定:在新世紀到來后,分析技術(shù)和分析儀器的應(yīng)用由“物”到“人”的拓展趨勢將更加顯著。我們必須看準這個發(fā)展潮流,在分析儀器事業(yè)的發(fā)展思路中擺正位置、選好方向。
世紀初,世界分析儀器市場的年銷售額遞增率為8-10%。2000年世界市場將達300億美元,世界分析儀器的市場是美國,約占總銷售額的4096,其次是歐洲約占27%島,第三是日本,約占20%,中國進口分析儀器僅占世界銷售額的1.4%。
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