现代仪器仪表的产品分类、发展趋势及关键技术

消息来源:沃顿机电,发布时间:2008-2-16
仪器仪表的基础知识
  检测与过程控制仪表(通常称自动化仪表)分类方法很多,根据不同原则可以进行相应的分类。例如按仪表所使用的能源分类,可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(很少见);按仪表组合形式,可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置;按仪表安装形式,可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表;随着微处理机的蓬勃好燕尾服,根据仪表有否引入微处理机(器)又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。
  显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能,又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表,其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录(指示亦可以有单点和多点),其中又有在纸记录或无纸记录,若是有纸记录又分笔录和打印记录。
  调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入,又有可编程调节器与固定程序调节器之分。
  执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器,按结构形式可以分为薄膜式、活塞式(气缸式)和长行程执行机构。调节阀根据其结构特点和流量特性不同进行分类,按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒(笼式)、阀体分离等,按流量特性可以分为直线、对数(等面分比)、抛物线、快开等。
  这类分类方法相对比较合理,仪表覆盖面也比较广,但任何一种分类方法均不能将所有的仪表分门别类地划分得井井有序,它们中间互有渗透,彼此沟通。例如变送器具有多种功能,温度变送器可以划归温度检测仪表,差压变送器可以划归流量检测仪表,压力变送器可以划归压检测仪表,若用兀压法测液位可以划归物位检测仪表,很难确切划归哪一类,中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。

现代仪器仪表的产品分类

  根据国际发展潮流和我国的现状,现代仪器仪表按其应用领域和自身技术特性大致划分为6个大类,即工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、电子与电工测量、仪器、医疗仪器、各类专用仪器,传感器与仪器仪表元器件及材料。
  工业自动化仪表与控制系统,主要指工业,特别是流程产业生产过程中应用的各类检测仪表、执行机构与自动控制系统装置。科学仪器主要指应用于科学研究、教学实验、计量测试、环境监测、质量和安全检查等各个方面的仪器仪表。电子与电工测量仪器,主要指低频、高频、超高频、微波等各个频段测试计量专用和通用仪器仪表。医疗仪器主要指用于生命科学研究和临床诊断治疗的仪器。各类专用仪器指农业、气象、水文、地质、海洋、核工业、航空、航天等各个领域应用的专用仪器。科学仪器可以细分为14个小类,即电子光学仪器,离子光学仪器,X射线仪器,光谱仪器,色谱仪器,波谱仪器,电化学仪器,生化分离分析仪器,气体分析仪器,显微镜和成像系统,化学反应及热分析仪器,声学振动仪器,力学性能测试仪器(材料试验机),光电测量仪器。其中,发展最快,应用最广和市场容量最大的是各类光学仪器和分析仪器。现代仪器仪表虽然作了大致分类,实际上存在着许多交叉,比如各类专用仪器中许多都是科学仪器。
现代仪器仪表的发展趋势
  国际仪器仪表发展极为迅速,仅以科学仪器中的分析仪器为例,世界分析仪器市场的年销售总额由2000年的256亿美圆到2002年增至316亿美圆,年增长11%以上,是全球经济增长速度的3—4倍。近10几年来国际仪器仪表发展的主要趋势是:
  数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级,为实现测试自动化打下了良好的基础。计算机的引入,使仪器的功能发生了质的变化,从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数,从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出,从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透,使电子仪器在传统的时域与频域之外,又出现了数据域测试。
  90年代,仪器仪表与测量科学技术突破性进展是仪器仪表智能化程度的提高;DSP芯片的大量问世,使仪器仪表数字信号处理功能大大加强;微型机的发展,使仪器仪表具有更强的数据处理能力和图象处理功能;现场总线技术是90年代迅速发展起来的,一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术,Internet和Internet技术也将进入控制领域。现代仪器仪表产品将向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向发展,跨学科的综合设计、高精尖的制造技术使得它能更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象的全方位信息。
  未来10年,而更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能,是数值、逻辑与知识的结合分析结果,智能化的标志是知识的表达与应用。利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力传感器技术和测试仪器仪表。如:利用高温超导量子干涉仪(SGUID)开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地理和地质学仪器、化学分析仪器、医疗仪器、无损材料检测仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等,它与近场光学相结合,不仅可以测量表面精细结构,同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料,这是目前实验研究新探索。将可调谐稳频激光光谱仪技术用于高精密的几何量与机械量和多种无形态的量的测量,开发以新一代微型光纤传导激光干涉仪,它的测量范围可以从纳米到几米或更大的范围,分辨率可达10mm。