浅谈我国智能仪表的发展现状及趋势

刘宁宁 刘一波

摘要：智能仪表广泛应用于工业自动化领域，随着自动化程度的不断提高，对智能仪表的智能化程度提出了更高的要求。本文从智能仪表的工作原理及其典型特点出发，介绍我国智能仪表的发展现状，并对其发展趋势进行探讨。

关键词：智能仪表;发展现状;发展趋势

工业自动化仪表是在工业生产过程中通过对工艺参数的检测、传输、显示、存储、处理与分析实现对生产过程进行控制的仪表。工艺生产过程的检测是了解和控制工业生产的基本手段，只有在任何时刻都能准确地了解工艺过程的全貌，并进行控制，才能保证生产过程顺利，并以高的生产率、小的消耗生产出合格的产品。随着微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表结构的根本性变革，以微型计算机为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”，这类仪表已经实现人脑的一部分功能，例如四则运算、逻辑判断、命令识别等，有的还能够进行自校正、自诊断，并具有自适应、自学习的能力[1]。智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。

1 智能仪表的工作原理

智能仪表就是利用传感器获取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关;由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理;运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印;同时单片机把运算结果与设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号。

2 智能仪表的典型特点

（1）精度高

利用内置的微处理器，实时测量温度、静压变化对测量结果的影响，通过数据处理，对滞后及复现性进行补偿，对非线性进行校正，使得输出信号更精确。

（2）功能强

智能仪表具备多种运算功能，依赖内置的微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及其它多种复杂的运算。

（3）具有自测功能

包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大的方便了仪器的维护。

（4）具有友好的人机对话能力

智能仪表使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员可以实现对仪器的命令输入操作，也可以实现对仪器运行状况及测量数据的结果查看。此外，智能仪表配备有多种标准通信接口，具有可程控操作能力。

3 智能仪表的发展现状

仪器仪表生产进入智能化时代之后，我国在该领域的高新技术研究取得了可喜的成绩，并且目前我国已经成为世界上智能仪表生产大国，虽然我国的仪器仪表产品出口量逐年增加，但从整体上看，与国外先进水平还有一定距离。其不足之处主要表现在：缺乏自主创新能力;在制造技术、材料质量、芯片核心技术等方面都有待改进。我国对智能仪器仪表的核心技术——测量芯片的自主开发能力不足，缺少具有自主知识产权的创新，这也是阻碍我国仪器仪表行业发展的重要因素。目前，我国现有的很多智能仪器仪表生产厂家，对仪器仪表产品的研发工作非常的重视，但是，对于生产技术的开发上面却没能给予同等的重视程度，即便有了先进的产品设计理念，但是由于企业的生产水平较低，很难保证产品的质量。另外，我国用于制作智能仪表产品的原材料在质量上与该领域的先进生产国家存在一定的差距，比如感应式电能表的磁推轴承、阻尼磁钢等，这些生产仪表的材料本身对于仪器仪表的质量具有重大影响，决定着智能仪表的精度、寿命等。我国必须实现生产线技术、测量芯片技术、材料质量等方面的突破，国产产品才能与国外产品抗衡，在市场上才有竞争力[2]。

工信部发布的《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》指出，到2025年，传感器及智能化仪器仪表产业整体水平跨入世界先进行列。国内产业形态实现由“生产型制造”向“服务型制造”的转变，涉及国防和重点产业安全、重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表实现自主制造和自主可控，高端产品和服务市场占有率提高到50%以上。可见，未来5-10年我国智能仪器仪表行业具有巨大的发展空间。

4 智能仪表的发展趋势

仪器仪表实际上是高技术的结晶，测试技术的水平反映出一个国家的生产力发展和现代化水平。随着微处理器和人工智能技术的发展，我国智能仪表也呈现出明显的发展趋势，具体表现为：

（1）智能化程度更高

随着科学技术的发展，智能仪表驱动软件的出现优化了虚拟仪器的性能和结构。通过智能化的形式，可以实现代码的自动生成，节省更多的人力物力，减少人员的工作量。此外，还连接了通信驱动程序结构，使用户应用程序和维护更加方便。在智能开发下，仪器的设置和运行状态可以动态跟踪、管理和配备，用户可以自主扩展设置[3]。同时，在智能管理条件下，驱动器可以自动监控运行状态，及时发现问题并及时解决，确保仪器的稳定性和安全性，提高仪器的运行质量。

（2）速度更快、功能更强

与传统的测控模式相比，未来的智能仪表将会在现今对资源的需求较大、测控过程较为繁琐、人力成本消耗巨大的问题上进行改进，在对环境友好的前提下，提高测控过程完成的效率;在智能化的支撑下，使测控系统不仅仅只局限于对目标数据的测量控制，还可以对测控系统中可能存在的各种影响因素进行监测，通过逻辑性的数据计算模式与自动化检测，形成更加高效、科学的测控系统;智能操作还可以减少人力需求，人力从操作设备变为检测设备以收集数据。智能技术的应用消除了人为因素造成的误差，使得测控系统能够拥有更高的准确度与更强大的性能。

（3）微型化

微型智能仪表指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为體积小、功能齐全的智能仪表。虽然体积小，但是它依然能够具有信号采集、线性化处理、数字信号处理、控制信号的输出放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪表随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。

5 结束语

当前，我国智能化领域相对薄弱的是制造技术、传感器等基础产业，随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高，我国仪器仪表行业也将发生新的变化并获得新的发展。仪器仪表产品的高科技化，特别是智能化，将成为日后仪器仪表科技与产业的发展主流。

参考文献：

[1] 宋慧欣.智能制造加速智能仪表市场发展[J].自动化博览，2018，（10）

[2] 陈耿.智能仪器仪表技术前景与应用[J].电子测试，2017，（14）：125-126

[3] 李云昊.智能自动化及其在仪器仪表中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017，（13）：5056-5056

（作者单位：航天工程大学士官学校）