综述现代测控仪表的研究现况特点和发展趋势修订稿

综述现代测控仪表的研究现况特点和发展趋势集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]

现代控制仪表的研究现状、特点和发展趋势过程控制是满足过程工业自动化需求的一门科学技术，它渗透在石油、化工、电力,冶金、食品、饮料等几乎任何工业领域里。

控制仪表和装置是自动控制系统的重要设备(硬件)，在自动控制系统中，由检测仪表将生产工艺参数变为电信号或气压信号后，不仅要由显示仪表显示或记录，让人们了解生产过程的情况，还需将信号传送给控制仪表和装置，对生产过程进行自动控制，使工艺参数符合预期要求，因此他们是实际生产过程自动化的重要工具。

我们接下来主要是从它的研究现状、特点和发展趋势来说明它对现今社会的影响，以及以后的发展和作用。

一、研究现状

随着自动控制理论的产生和自动控制技术的成熟,以A /D (数字/模拟转换)环节为基础的数字式仪器得到快速发展。伴随着计算机、通讯、软件和新材料、新技术等的快速发展与成熟,人工智能、在线测控成为可能,使仪器走向智能化、虚拟化、网络化。数字仪器、智能仪器、个人计算机仪器、虚拟仪器和网络仪器代表了20世纪现代科学仪器发展的主流与方向。下图为测量仪器发展历程示意图。

1 模拟仪器

以模拟电子技术为基础，其一般有两部分组成：转换装置和指示装置。

转换装置：是把输入信号装换成标准的模拟量信号。

指示装置：是把标准的模拟量信号转换成仪表指针指示的相对应的测量数值。

2 数字仪器

以数字技术为基础，以大规模集成电路为主体构成数字式仪器。对被测量的模拟信号进行A /D转换后。传输、处理、存贮和显示的信号均为数字信号。使测试速度快，准确性也大大提高。数字化是智能仪器、个人仪器和虚拟仪器的基础，是计算机技术进入测量仪器的前提。

3 智能仪器

智能仪器是把一个微型计算机系统嵌入到数字式电子测量仪器中而构成的独立式仪器。嵌入的计算机系统可以是芯片级。如单片机、数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)等。模板级如PC - 4.，也可以是系统级，如微型计算机系统，可编程单芯片系统( System on a Programmable Chip, SOPC)等。智能仪器在结构上自成一体，有的仪器内部还带有专用的微型计算机系统和通用接口总线( General Purpose Interface Bus,GP IB)接口，能独立完成测试。智能仪器由于引入了计算机，功能强大、性能优异、使用灵活、方便，是现阶段高档电子仪器的主体。随着新技术、新工艺和嵌入式系统技术的不断进步，智能仪器还在不断发展，不断推陈出新，不断提高智能水平。

4 个人仪器

把测试功能的硬件模块做成一个I/O插卡(仪器卡) ，直接插入个人计算机( PC)扩展插槽，再配置相应的测试软件使计算机能够完成测量仪器的功能，构成一个以PC为基础的个人计算机仪器。个人计算机仪器充分吸取了GP或IB标准化和智能仪器智能化的优点，同时又能共享PC机的硬件、外设和软件资源，使其显示出强大的生命力。

5 虚拟仪器

虚拟技术是利用计算机界面和在线帮助功能，建立仪器虚拟板面，通过计算操作完成对对象的测试分析功能。虚拟仪器实质上是“软硬结合”、“虚实结合”的产物。它充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。在虚拟仪器中，硬件只是信号传输的介质。软件才是整个仪器系统的关键，用户可根据自己的需要通过编制不同的测试软件来构建不同功能的测试系统.。其中，许多硬件功能可直接由软件实现。系统具有极强的通用性和多功能性。

6 网络仪器

基于Internet和Intranet的网络仪器是计算机技术、虚拟技术、网络技术的完美结合。代表了当前和今后仪器仪表领域的发展潮流，已在测量与测控领域内显现。如网络化流量计、网络化传感器、网络化示波器、网络化分析仪和网络化计量表等，都成为人们的新宠。网络化仪器可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问，实时获得仪器的工作状态；通过友好的用户界面，不仅可

对远程仪器进行功能控制和状态检测，还能将远程仪器测得的数据快速传递给本地计算机。与传统的仪器相比，网络仪器具有无可比拟的优势：如功能分散、危险分散、地理分散、管理集中、通信功能强、网络隔离度高、分布广泛；系统操作简单，人机界面友好，便于扩展和维护；通信标准公开、一致、开放，仪器间信息资源共享，具有互操作性，可组建大规模分布式测控网络等等。因此，网络仪器已成为现代仪器仪表发展的突出方向。

二、特点

1、术指标不断提高

就如奥林匹克运动的口号是更高、更快、更强一样，仪器仪表在提高检测控制技术指标上是永远的追求。以仪器仪表和测量控制的技术范围指标来说，如电压从纳伏~100万伏；电阻从超导至1014Ω；谐波测量到51次；加速度从10-4―104g；频率测量至1010HZ；压力测量至108Pa；温度测量从接近绝对零度至1010℃等。以提高测量精度指标来说，工业参数测量提高至%以上，航空航天参数测量达到%以上，计量精度和科学仪器达到的精度更是与时俱进。以提高测量的灵敏度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。提高测量速度（响应速度），静态~，动态为Lμs。提高可靠性，一般要求为2~5万小时，高可靠要求25万小时。稳定性（年变化）＜±%（高精度仪器）或＜±%（一般仪器）。此外还不断提高产品环境适应性。

2、最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用

现代仪器仪表作为人类认识物质世界、改造物质世界的第一手工具，是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。人类很早就懂得“工欲善其事，必先利其器”的道理，新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为仪器仪表和测量控制科学技术发展的重要动力，现代仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技术成果集成的装置和系统层出不穷。