測控技術(shù)與儀器是一門研究信息的獲取和處理，以及對相關要素進行控制的理論與技術(shù)。“測控技術(shù)與儀器”是指對信息進行采集、測量、存儲、傳輸、處理和控制的手段與設備，包含測量技術(shù)、控制技術(shù)和實現(xiàn)這些技術(shù)的儀器儀表及系統(tǒng)
測控技術(shù)
測控技術(shù)與儀器，是建立在精密機械、電子技術(shù)、光學、自動控制和計算機技術(shù)的基礎上，主要研究各種精密測試和控制技術(shù)的新原理、、新方法和新工藝。近年來，計算機技術(shù)在測控技術(shù)的應用研究中呈現(xiàn)出越來越重要的地位。
測控技術(shù)是直接應用于生產(chǎn)生活的應用技術(shù)，它的應用涵蓋了“農(nóng)輕重、海陸空、吃穿用”等社會生活各個領域。儀器儀表技術(shù)是國民經(jīng)濟的“倍增器”，科學研究的“先行官”，軍事上的“戰(zhàn)斗力”以及法制法規(guī)中的“物化法官”。計算機化的測試與控制技術(shù)以及智能化得精密測控儀器與系統(tǒng)是現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學技術(shù)研究、管理檢測監(jiān)控等領域的重要標志和手段，發(fā)揮著越來越重要的作用。
測控技術(shù)與儀器儀表技術(shù)的應用
測控技術(shù)是一門應用性技術(shù)，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、航海、航空、軍事、電力和民用生活各個領域。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展需要，測控技術(shù)從初的控制單個及其、設備，到控制整個過程，乃至系統(tǒng)，特別是在當今現(xiàn)代科技領域的技術(shù)中，測控技術(shù)起著至關重要的作用。
冶金工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有：煉鐵過程的熱風爐控制、裝料控制與高爐控制，軋鋼過程的壓力控制、軋機速度控制、卷曲控制等及其中使用的多種檢測儀表等。
電力工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)、汽輪機的自動監(jiān)控、自動保護、自動調(diào)節(jié)與自動程序控制系統(tǒng)與發(fā)動機的電力輸入輸出控制系統(tǒng)等。
煤炭工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有：采煤過程的煤層氣測井儀器、礦井空氣成分檢測儀器、礦井瓦斯檢測儀、井下安全保障監(jiān)控系統(tǒng)等，煤精煉過程的熄焦過程控制、煤氣回收控制、精煉過程控制、生產(chǎn)機械傳動控制等。
石油工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有：采油過程的磁性定位儀、含水儀、壓力計等支撐測井技術(shù)的各種測量儀表，煉油過程的供電系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供蒸汽系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、儲運系統(tǒng)和三廢處理系統(tǒng)與其連續(xù)生產(chǎn)過程中大量參數(shù)的檢測儀表等。
化學工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有：溫度測量、流量測量、液位測量、濃度、酸度、濕度、密度、濁度、熱值及各種混合氣體組分等參數(shù)測量需要的測量儀表與按照預定規(guī)律控制被控參數(shù)的控制儀表等。
機械工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有：精密數(shù)字控制機床、自動生產(chǎn)線、工業(yè)機器人等。
航空航天工業(yè)中，測控技術(shù)的應用有：飛行器的飛行高度、飛行速度、飛行狀態(tài)與方向、加速度、過載以及發(fā)動機狀態(tài)等參數(shù)的測量，航天技術(shù)的航天運載器技術(shù)、航天器技術(shù)、航天測控技術(shù)等。
軍事裝備中，測控技術(shù)的應用有：制導武器、智能型彈藥、軍dui自動化指揮系統(tǒng)（C4IRS系統(tǒng)）、外層空間軍事裝備（如各種軍用偵察、通信、預警、導航衛(wèi)星等等）。
測控技術(shù)的形成與發(fā)展
科學技術(shù)發(fā)展史實人類認識自然、改造自然的歷史、也是人類文明史的重要組成部分。科學技術(shù)的發(fā)展首先取決于測量技術(shù)的發(fā)展。近代自然科學是從真正意義上的測量開始的。許多杰出的科學家夢都是科學儀器的發(fā)明家和測量方法的創(chuàng)立者。測量技術(shù)的進步直接帶動著科學技術(shù)的進步。
·次科技革命時期
17~18世紀，測控技術(shù)初見端倪，歐洲的一些物理學家開始利用電流與磁場作用力制成簡單的檢流計，利用光學透鏡制成望遠鏡，從而奠定了電學和光學儀器的基礎。18世紀60年代，次科技革命開始于英國，直到19世紀，次科技革命擴展到歐美、日本，其間，一些簡單的測量器具，如測量長度、溫度、壓力等的器具已經(jīng)用于生活當中，創(chuàng)造了巨大的生產(chǎn)力。
·第二次科技革命時期
19世紀初電磁領域的一系列發(fā)展，引發(fā)了第二次科技革命。由于發(fā)明了測量電流的儀表，才使電磁學迅速走上正軌，獲得了一個又一個長大的發(fā)現(xiàn)。電磁學領域的許多發(fā)明，如電報、電話、發(fā)電機等，促進了電氣時代的到來。同時，其他各種用于測量和觀察的儀器也不斷涌現(xiàn)，如使用于1891年以前的用于高程測量的精密一等經(jīng)緯儀等。
·第三次科技革命時期
二戰(zhàn)后，各國對高科技的迫切需要，推動了生產(chǎn)技術(shù)有一般的機械化帶電氣化、自動化轉(zhuǎn)變，科學理論研究取得一系列重大突破。
在此期間，以機電產(chǎn)品為典型代表的制造業(yè)開始產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的特點是循環(huán)作業(yè)和流水作業(yè)，要讓這些自動起來，就要求加工生產(chǎn)的滅個階段自動檢測工件的位置、尺寸、形狀、姿態(tài)或性能等。為此，需要大量的測控裝置。另一方面，以石油為原料的化工工業(yè)興起，就需要大量的測控儀表。自動化儀表開始標準化生產(chǎn)，按需構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。同時，此期間還誕生了數(shù)控機床和機器人技術(shù)，測控技術(shù)與儀器在其中都有重要的應用。
·隨著科學技術(shù)的發(fā)展，儀器儀表從只能進行簡單的測量、觀察開始，已成為測量、控制和實現(xiàn)自動化必不可少的技術(shù)工具。為了滿足各方面的需求，儀器儀表已從傳統(tǒng)的應用領域擴展到了生物醫(yī)學、生態(tài)環(huán)境、生物工程等非傳統(tǒng)應用領域。
21世紀以來，一大批當代的技術(shù)成果，如納米級的精密機械研究成果、分子層次的現(xiàn)代化學研究成果、基因?qū)哟蔚纳飳W研究成果，以及高精密超性能特張功能材料研究成果和全球網(wǎng)絡技術(shù)推廣應用成果等相繼問世，是儀器儀表領域發(fā)生了根本性的變革，促進了高科技化、智能花的新型儀器儀表時代的來臨。
測控系統(tǒng)中的傳感器
一般測控系統(tǒng)有傳感器、中間變換器和顯示記錄儀組成。傳感器將被測量檢出并轉(zhuǎn)換成已與測量的物理量，中間變換器對傳感器的輸出量進行分析、處理、轉(zhuǎn)換成后級儀表能接受的信號，輸出給其他系統(tǒng)，或由顯示記錄儀對測量結(jié)果進行顯示、記錄。
傳感器是測量系統(tǒng)的的環(huán)節(jié)，對于控制系統(tǒng)來說，如果把計算機比作大腦，那么傳感器就相當于五官，直接影響到系統(tǒng)的控制精度。
傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換文件、轉(zhuǎn)換電路組成。由敏感元件直接感受被測量，同時它自身的某一參數(shù)值變化與被測量值的變化有確定的關系，且這一參數(shù)容易測量輸出；然后由轉(zhuǎn)換元件將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成電參數(shù)；后又轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參數(shù)放大，轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄、處理、控制的有用電信號。
新型傳感器的現(xiàn)狀與發(fā)展
傳感技術(shù)是當今世界發(fā)展為迅速的高新技術(shù)之一。新型傳感器不僅追求高精度、大量程、高可靠、低功耗，還向著集成化、微型化、數(shù)字化、智能化發(fā)展。
1.智能化
傳感器的智能化指把常規(guī)傳感器的功能同計算機或其他元件的功能相結(jié)合構(gòu)成一個獨立的組合體，使其既具有信息拾取和信號轉(zhuǎn)化功能，又有數(shù)據(jù)處理、補償分析和決策能力。
2.網(wǎng)絡化
傳感器的網(wǎng)絡化就是使傳感器具備和計算機網(wǎng)絡連接的功能，實現(xiàn)遠距離的信息傳遞和處理能力，即實現(xiàn)測控系統(tǒng)的“超視距”測量。
3.微型化
傳感器的微型化值在功能不變甚至增強的條件下，大幅度減小傳感器的體積。微型化是現(xiàn)代精密測量與控制的要求，原則上將，傳感器的尺寸越小對被測對象及環(huán)境的影響越小，對能量的消耗越少，越易實現(xiàn)測量。
4.集成化
傳感器的集成化指下面兩個方向的集成：
（1）多測量參數(shù)的集成，即可測量多種參數(shù)。
（2）傳感去與后續(xù)電路的集成，即將敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路乃至電源等集成在同一塊芯片上，使其具有很高的性能。
5.數(shù)字化
傳感器的數(shù)字化值的是傳感器輸出的信息為數(shù)字量，可以實現(xiàn)遠距離、高精度傳輸，同時可無需中間環(huán)節(jié)接入計算機等數(shù)字處理設備。
傳感器的集成化、智能化、微型化、網(wǎng)絡化和數(shù)字化等不是獨立的，而是相輔相成、相互關聯(lián)的，它們之間并沒有明確的界限。
測控系統(tǒng)中的控制技術(shù)
基本控制理論
1.經(jīng)典的控制理論
經(jīng)典控制論包括線性控制理論、采樣控制理論、非線性控制理論三個部分。經(jīng)典控制論以拉普拉斯變換和Z變換為數(shù)學工具，以單輸入-單輸出的線性定常系統(tǒng)為主要的研究對象。通過拉普拉斯變換或者Z變換將描述系統(tǒng)的微分方程變換到復數(shù)域中，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。并以傳遞函數(shù)為基礎，一根軌跡發(fā)和頻率發(fā)威研究手段，重點分析反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度。
2.現(xiàn)代控制理論
現(xiàn)代控制理論使建立在狀態(tài)空間法基礎上的一種控制理論，是自動控制理論的一個主要組成部分。在現(xiàn)代控制理論中，對控制系統(tǒng)的分析和設計主要是通過對系統(tǒng)的狀態(tài)變量的描述來進行的，基本的方法是時間域方法?，F(xiàn)代控制理論比經(jīng)典控制理論所能處理的控制問題要廣泛得多，包括線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)，單變量系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)。它所采用的方法和算法也更適合于在數(shù)字計算機上進行?，F(xiàn)代控制理論還為設計和構(gòu)造具有指定的性能指標的zui優(yōu)控制系統(tǒng)提供了可能性。
控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是由控制裝置（包括控制器、執(zhí)行器和傳感器）與被控制對象組成?？刂蒲b置可以是人，也可以是一臺機器，這就是自動控制與人工控制的不同。對于自動控制系統(tǒng)，按照控制原理的不同，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；按給定信號分類，可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。
虛擬儀器技術(shù)
測量儀器是測控系統(tǒng)的重要組成部分，它分為獨立儀器與虛擬儀器兩種。
獨立儀器把儀器的信號收集、處理、輸出放在獨立的機箱內(nèi)，有操作面板和各種端口，全部的功能以硬件或固化軟件的形式存在，這就決定了獨立儀器只能由廠家來定義、執(zhí)照，而用戶無法改變。
虛擬儀器則把信號的分析與處理、結(jié)果的表達和輸出放到計算機上來完成，或在計算機上插上數(shù)據(jù)采集卡，把儀器的三個部分去不放到計算機上來實現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)儀器的局限性。
虛擬儀器技術(shù)特點
1.功能強大，融合了計算機強大的硬件支援，突破了傳統(tǒng)儀器在處理、顯示、存儲方面的限制。標準配置為：高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤。
2.計算機軟件資源實現(xiàn)了部分機器硬件的軟件化，節(jié)省了物質(zhì)資源，由增強了系統(tǒng)的靈活性；通過相應數(shù)值算法，實時直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理；通過GUI（圖形用戶界面）技術(shù)，真正做到界面友好，人機交互。
3.給予計算機總線和模塊化儀器總線，儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小了系統(tǒng)尺寸，可方便的構(gòu)建模塊化儀器。
虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成
虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅(qū)動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設備與接口可以是各種以PC為基礎的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、VXI總線儀器接口等設備，或者是其它各種可程控的外置測試設備，設備驅(qū)動軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動程序，虛擬儀器通過底層設備驅(qū)動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應的各種控件。用戶用鼠標操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣真實與方便。
測控技術(shù)與儀器專業(yè)，是一個傳統(tǒng)，而又充滿著發(fā)展前景的專業(yè)。說它傳統(tǒng)，是因為它有著古老的起源，經(jīng)歷了數(shù)百年的發(fā)展，對社會發(fā)展起了重要的作用。作為一個傳統(tǒng)的專業(yè)，它同時涉及到了許多學科，這使它仍然具有強大的生命力。
隨著現(xiàn)代測控技術(shù)、電子信息技術(shù)和計算機技術(shù)等的進一步發(fā)展，它迎來了一個創(chuàng)新發(fā)展的新機遇，必將在各領域產(chǎn)生更多更關鍵的應用。
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差熱分析操作簡單，但在實際工作中常常發(fā)現(xiàn)同一試樣在不同上測量，或不同的人在同一儀器上測量，所得到的差熱曲線結(jié)果有差異。峰的最高溫度、形狀、面積和峰值大小都會發(fā)生一定變化。其主要原因是因為熱量與許多因素有關，傳熱情況比較復雜所造成的。一般說來，一是儀器，二是樣品。雖然影響因素很多，但只要嚴格控制某種條件，仍可獲得較好的重現(xiàn)性。
1.氣氛和壓力的選擇
氣氛和壓力可以影響樣品化學反應和物理變化的平衡溫度、峰形。因此，必須根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇適當?shù)臍夥蘸蛪毫?，有的樣品易氧化，可以通入N2、Ne等惰性氣體。
2.升溫速率的影響和選擇
升溫速率不僅影響峰溫的位置，而且影響峰面積的大小，一般來說，在較快的升溫速率下峰面積變大，峰變尖銳。但是快的升溫速率使試樣分解偏離平衡條件的程度也大，因而易使基線漂移。更主要的可能導致相鄰兩個峰重疊，分辨力下降。較慢的升溫速率，基線漂移小，使體系接近平衡條件，得到寬而淺的峰，也能使相鄰兩峰更好地分離，因而分辨力高。但測定時間長，需要儀器的靈敏度高。一般情況下選擇8度·min-1～12度·min-1為宜。
3.試樣的預處理及用量
試樣用量大，易使相鄰兩峰重疊，降低了分辨力。一般盡可能減少用量，較多大至毫克。樣品的顆粒度在100目～200目左右，顆粒小可以改善導熱條件，但太細可能會破壞樣品的結(jié)晶度。對易分解產(chǎn)生氣體的樣品，顆粒應大一些。參比物的顆粒、裝填情況及緊密程度應與試樣一致，以減少基線的漂移。
4.紙速的選擇
在相同的實驗條件下，同一試樣如走紙速度快，峰的面積大，但峰的形狀平坦，誤差小;走紙速率小，峰面積小。因此，要根據(jù)不同樣品選擇適當?shù)淖呒埶俣取２煌瑮l件的選擇都會影響差熱曲線，除上述外還有許多因素，諸如樣品管的材料、大小和形狀、熱電偶的材質(zhì)以及熱電偶插在試樣和參比物中的位置等。市售的差熱儀，以上因素都已固定，但自己裝配的差熱儀就要考慮這些因素。
5.參比物的選擇
要獲得平穩(wěn)的基線，參比物的選擇很重要。要求參比物在加熱或冷卻過程中不發(fā)生任何變化，在整個升溫過程中參比物的比熱、導熱系數(shù)、粒度盡可能與試樣一致或相近。
常用α-三氧化二鋁Al2O3)或煅燒過的氧化鎂(MgO)或石英砂作參比物。如分析試樣為金屬，也可以用金屬鎳粉作參比物。如果試樣與參比物的熱性質(zhì)相差很遠，則可用稀釋試樣的方法解決，主要是減少反應劇烈程度;如果試樣加熱過程中有氣體產(chǎn)生時，可以減少氣體大量出現(xiàn)，以免使試樣沖出。選擇的稀釋劑不能與試樣有任何化學反應或催化反應，常用的稀釋劑有SiC、鐵粉、Fe2O3、玻璃珠Al2O等。
第一原則：安全使用原則 如果詳細來說又可以分為下面4點： 1.安全用電原則 每年由于亂接電路引起的事故，是非常之多的，所以安全用電是使用儀器中首先要注意的，一定要做到正確的接地，不亂接電。 接地時要注意不能形成電路回路，有接地的儀器和交流電源有連接的被測電路時特別要注意這一點。 比如：彩色電視機的電源部分通常與交流電有熱鏈接，即踩點的電源電路與交流電的火線沒有隔離，電路上包括電路的地上帶有220V的電壓，俗稱“熱地”，如果此時用帶有地線的示波器測量其某點的波形時，會造成短路，燒毀儀器和電池。為了避免這疑問，應對儀器和電視機的任意方與市電進行隔離，方法是1:1的隔離變壓器給電視機供電，即可消除這一問題，由于隔離變壓器比較昂貴，有的維修人員采用取掉示波器的底線方式進行個隔離，在一般情況下這種方法是可行的，但它會增加示波器帶電而導致人身安全事故的可能，不值得推薦。 2.量程裕量原則 如果被測量超過儀器的量程，會給儀器儀表帶來不安全的因素，還可以能導致性能下降，嚴重時會損壞產(chǎn)品，所以使用儀器儀表的量程應大于被測，但不要過大，否則會造成測量精度下降。 一般來說，不知道被測量值大小的奇怪況下，應該選擇高檔位，然后慢慢減小量程。 3.降低沖擊電流或瞬時高壓的影響 在電源開關的瞬間，多多少少都會產(chǎn)生電流或瞬時高壓，特別是在一些電感和電容電路中，常常都會產(chǎn)生這些沖擊電流或瞬時高壓，這個電流可能會對儀器和電路帶來危害，所以在使用的時候，應先分析電路，同時在接入儀器時，可以先將電路斷電，最大限度地降低沖擊電流貨瞬時高壓的影響。 4.儀器和被測電路安全原則 一些儀器，如穩(wěn)壓電源，信號發(fā)生器等，會向電路提供電源或信號，如果提供的電源信號超過電路的承受能力，也可能會對電路造成尾號，因此在使用這些儀器時，應該先分析電路，在選擇合適的檔位。 在實際電路中，由于電路板的焊點很接近或?qū)Ь€位置很近，測量時極易導致短路而損壞電路或儀器，因此在儀器儀表接入電路時，應先斷開電路的電源，如果有大電容等儲能原件，還應用安全的方法將其中儲存的電能放掉，在進行測量。例如：用萬用表的歐姆檔測量穩(wěn)壓電路輸入端的電阻，由于沒有將濾波器電容中的電荷放掉，導致大電流流過萬用表造成萬用表的損壞。 5.正確運輸和保管 一般賴誰，儀器儀表在運輸以及搬動和移動時，應輕拿輕放，避免劇烈振動，在儲放時，應保持低溫度，同事避免高溫和低溫，儲存室的地面和放置架應有防靜電措施，并且儲存室和使用儀器的實驗室不能離避雷針的接地線過近。 二、儀器儀表正確測量原則 正確使用時應該規(guī)范要求和程序進行，來提高測量的精度，避免誤差等。正確測量包括有效性，主要考慮到頻率范圍和噪聲等因素的影響，例如：使用萬用表測量交流電壓時，如果被測交流電的頻率超過了萬用表的最高測量頻率，或信號不是正弦波，都會導致測量結(jié)果錯誤，在測量信號時，應保證比噪聲要強得多，則否會因噪聲的影響而導致測量結(jié)果錯誤。 三、儀器儀表有效使用原則 儀器儀表的精度是其重要的重要指標之一，要保證儀器儀表的有效使用，應定期對儀器儀表驚醒校準，以保證增其使用的有效性。 遵循以上三種使用原則，相信能更好地使儀器儀表，防止危險事故的發(fā)生，大家平時在使用的時候一定要規(guī)范操作，規(guī)范操作！儀器儀表使用三大原則
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