《测控技术与仪器专业导论 王庆有第2章2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《测控技术与仪器专业导论 王庆有第2章2（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 专业概述,2.2 测控技术的应用,现代人类已经离不开仪器仪表与测控技术提供的支持。尤其是进入21世纪之后，手机的出现和功能的增强，物联网的发展，人类几乎无时无刻都在测控技术与仪器环境中生活，测控技术与仪器成为人类的“伙伴”。,2.2.1 机械制造业中的应用,机械制造业是各行各业的基础，任何仪器、产品都需要机械结构的支撑，需要机械制造。机械制造的特点是产品批量大，自动化或智能化程度高，生产工艺多包含冷、热加工，装配，调整，校正与检验等，其中冷加工包括车、铣、刨、磨和镗等工艺，热加工包括铸造（材料成型）、焊接、锻造和热处理等工艺。 确保产品质量稳定、工效高、成本低，常采用自动化或智能化生产
2、设备，机器人装配手段，自动校正与各种参数检验设备，尽量减少人为因素。,数控机床、自动化生产线、机器人装配加工线和智能生产设备并促进机械制造业的发展。 1、数控机床,机械制造企业通常采用各种专用的加工设备，如车床、铣床、刨床、镗床与磨床等等，技术工人掌握并完成各种机械加工工作。 如图2.2-1所示的数控车铣床。,图2.2-2所示为功能更强大的数控机床常称为“加工中心”。,它将集中更多机械冷加工工艺于一身，通过数控编程来完成。,如图2.2-3所示为锂电池自动焊接生产线，整个锂电池焊接过程在无人监管下自动完成。,图2.2-4所示为汽车装配线上自动焊接机在焊接汽车车身。,多台自动焊接机在测控设备的指挥
3、下完成各项焊接工作，有节奏按部就班有条不紊的完成各种操作。,3、工业机器人 可以把“工业机器人”理解为“靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。” 它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则和纲领行动。 如图2.2-5所示，几台机器人完成汽车装配线的装配工作。,4、自动检测设备,各种产品质量的检测是保障产品质量的关键，很多企业都在研制适合本企业产品的自动检测设备，自动检测设备一般都是针对自身产品的特点进行检验。 自动检测设备的标准化程度并不很高，一些大型企业，规模化生产企业的自动检测设备的规模也是令人吃惊的。 图2.2-6所示为家电
4、产品的自动检测线，用来检测家电的质量。,图2.2-7所示为瓷砖质量检测、分选与包装一体机。,2.2.2 在化学工业生产中的应用 化学工业（chemical industry）泛指生产过程中以化学、物理方法生成各种化工产品的产业，它包括基本化学工业如酸、碱、盐等无机化工产品和塑料、合成纤维、合成橡胶和油漆等有机药剂、石油、染料工业等有机化工产业。 如图2.2-8所示为典型化工企业的外观图。,图2.2-9为化工厂的场景。 由仪器仪表进行实时监测与控制，监测反映过程、管理与控制产品的质量。,2.2.3在电力工业中的应用,电力工业包括各种发电厂、输变电系统、安全用电与电力管理系统等。 1.电厂 如图2
5、.2-11所示为大型汽轮发电机外形图。,如图2.2-12所示的中央控制室监控着发电厂从燃料燃烧、水质监测、蒸汽压力、蒸汽轮机运转状况到发电机组产生的电压、电流等参数的数据，确保设备的正常运行。,图2.2-13所示为我国西部某风力发电厂的外景图。将自然风能转换为电能，环保，又创造了自然景观。,图2.2-14所示为太阳能发电厂，一排排的太阳能电池板接收太阳光，将太阳能直接转换为电能。,从图2.2-15可见，太阳能电池板（光伏组件）只能在白天，在阳光的照射下产生电能，需要用蓄电池组将阳光充足是的电能储备起来，蓄电池组是光伏发电的电能存储系统，使其在阳光能量不足时提供补助电源。,2. 电力输送系统 图
6、2.2-16所示为变电站外景图。,2.2.4 在石油工业生产中的应用,石油工业包括油田、气田的勘测、开发与设计，采油采气，油气聚集与传输，加油、加气等工程，原油的提炼，石油化工等。在国民经济中占有重要地位。 1、采油 如图2.2-18所示为某油田的外景，油井的采油机械设备不断地利用注水、加压的措施将石油挤压出来。,2.2.5 在冶金工业中的应用,冶金工业包括选矿、采矿、冶炼与轧制等企业或生产工艺过程。 选矿要利用光谱分析仪等仪器设备完成石材的鉴定，确认所需金属的含量，判断它的开采价值。 冶炼与轧制属于冶金工业的主干企业，例如钢铁企业。它包含对矿石的精选、烧结或制成易炼球团，再经高炉冶炼成生铁，
7、平炉或转炉炼、铸成钢锭。再将钢锭通过轧机压轧成各种形状的钢材。 图2.2-20所示为京唐钢铁公司炼铁高炉外景图。,冶炼金属过程复杂，需要多种多样的设备，如燃料的添加设备，冶炼辅助原料添加设备，炉温测量与控制设备，燃料、矿石、辅料的比例控制设备等，比例失调，温度控制不准都会造成冶炼的失败，而且，冶炼过程是连续运转的，一旦有失，损失惨重。 需要有可靠的，精确的测控技术保障冶炼质量、生产安全、降低成本与节能环保。 图2.2-21为某钢板厂钢带板轧制过程图。钢带板在一定温度下才能够被轧压成希望的厚度。,2.2.6 在煤炭工业中的应用,煤炭是重要的矿物资源，人类生产、生活的重要能源。由于煤炭埋藏在相当深
8、的地下，需要勘探与找矿，建矿与开采，构成煤炭工业。 煤炭工业除提供能源外还肩负着“煤化工”、“煤焦油”等产品制造，在国民经济中起重要作用。 如图2.2-22所示的“立井”开采方式，图中右侧为直通采煤工作面通道。 立井垂直地面，靠吊车将采煤设备和矿工运到井底采煤面。立井运煤的路径最短，节约时间。,矿井内安装很多如图2.2-23所示的瓦斯报警器，图2.2-23右侧为探测头，可以安装在井内各个工作面，时时检测一氧化碳、煤的粉尘和其他可燃性气体（总称为瓦斯气）的含量是否超过一定的浓度，一旦超标，立即送给左侧的报警器，报警器根据触发信号的地址给井上指挥部发送信息，报送位置信息和超标程度，同时发出声光报警
9、。确保安全生产。,图2.2-24所示为煤矿井下采矿作业面上“联合采煤机”采煤现场图。由图可见，工人（在图左侧）监控着大型螺旋式挖掘机在矿井作业面采煤，采出的煤炭通过传送带传送到运输车上，再由运煤车运出矿井。,2.2.7 在农业生产中的应用,测控技术与仪器在农业生产中起到重要的作用，表现在： 1、选种与育种,种子是农业生产的关键要素，袁隆平培育出亩产超千公斤的水稻良种对国家粮食生产做出巨大贡献。图2.2-25所示为玉米种子色选设备。 采用这套色选设备选出的种子能够确保出苗率，减少玉米生产中的间苗过程，同时节省种子。,图2.2-26所示为典型育种育苗实验室，从图中可以看出秧苗长在充裕的“日光”下，
10、“日光”的照度、光谱等参数对秧苗的成长都有什么影响，需要通过实时测量、记录与数据分析才能获得植物生长规律。,2.2.7 在农业生产中的应用,测控技术与仪器在农业生产中起到重要的作用，表现在：,1、选种与育种,图2.2-25所示为玉米种子色选设备。采用这套色选设备选出的种子能够确保出苗率，减少玉米生产中的间苗过程，同时节省种子。,2、农业自动化与智能化,如图2.2-27所示联合收割机内含有多种仪表监测装入舱内的小麦是否达到转运的程度，以便通知运输汽车前来装运等。,3、工厂化养殖,图2.2-28所示为某养工厂化殖场的监控中心，为养殖场提供温度、湿度、光照等环境参数和被监控的植物、动物和水生物生长与
11、活动信息，以便总部随时掌控。确保养殖产品高效增产。,2.2.8 在国防科学与国防工程中应用,1、航天工程,每当中央电视台现场直播卫星发射、飞船发射过程中，总能够听到“远洋测量船”和“卫星测控中心”相关的词汇，听到“远洋测量船”和“卫星测控中心”测量卫星入轨正常的声音。 入轨正常的依据从何而来？依据是什么？是由行驶在远洋公海的测量船，观测的数据说明卫星、飞船的运行轨道是正常的。,图2.2-30所示为我国西安测控中心外景图，以各种不同的波段对卫星、飞船等航天器进行测控，为测控调度中心提供准确的数据。除西安测控中心外，还有不同位置的远洋测量船和地面测控站。,图2.2-31为归属于西安测控中心的三亚测
12、控站外景图。 三亚测控站安装有跟踪天文望远镜与射电望远镜，不断地跟踪和测量卫星、飞船和空间站航天器的位置，并与测控中心保持密切联系，使测控中心时刻掌握飞行器的状况。,2、海防力量,如图2.2-32所示的辽宁号航空母舰战斗群是我国海军的中坚力量。由图可见，航母战斗群由舰载飞机，巡洋舰，护卫舰，预警飞机等构成。,图2.2-32 辽宁舰航母战斗群,图2.2-33可见，驾驶舱的上下和前方安装了几十个仪表、指示灯和控制（操纵）杆。两位驾驶员的头上带有耳麦，与地面控制塔保持联系，取得命令，都属于测控技术领域。,3、航空工业,图2.2-33 某飞机驾驶舱中的仪器仪表,4、导弹系统,图2.2-34为导弹发射车
13、发射导弹瞬间。导弹发射车的仰角与导弹发射的初速度都影响导弹的射程与弹着点。,图2.2-34 导弹发射车在发射导弹,2.2.9 在医疗卫生系统中应用,1、医药、制剂,图2.2-35为某中成药加工企业的中成药生产线。生产工人在监管中成药 生产设备自动运行过程，确保其正常运行。,2、医疗仪器设备,图2.2-36所示为三维B超诊断仪在大夫的操控下完成腹部异物的扫描成像，帮助判断病因。,3、护理,护理仪器丰富多彩，如图2.2-37所示为一款腕式血压计，能够测量与分析血压心率，帮助中老年朋友了解心率与血压，关注个人身体健康情况。,4、卫生防疫,图2.2-40所示为一款成功阻止埃博拉病毒扩散防护衣。它能够严
14、格的隔绝埃博拉病毒的侵袭，保护医务人员与其他工作人员的安全。,2.2.10 在民生中的应用,图2.2-41为某楼宇的可视化对讲系统。每家室内安装的可视对讲室内机通过交换机发送至交换机堆叠，由交换机堆叠送给各种工作站和大楼门口的可视对讲门口机，由它控制门的开关。,1、民居,2、炊具,现代化为炊具带来很大的发展空间。如图2.2-42所示为一款非常普通电磁炉。,2.3 测控技术的历史渊源,人类文明的历史记载着许多时、空计量器具的历史，说明测控技术源于人类文明，伴随着人类文明。 通过考古可以追溯到公元前476年就出现了依据流体力学和机械原理制造出的“浑天仪”、“水运仪象台”、“漏壶”和“日晷”等计时手段与仪器，另有观星判断方位的技术，有计量长度的方法。 奠定了测量与控制技术基础。,
