浅析常规检测仪表与系统的基本类型及发展趋势
[摘要]依据检测对象是电量还是非电量，检测系统可分为电量检测系统和非电量检测系统两大类。由于非电量的种类比电量多得多，因此非电量检测系统比电量检测系统更为常见，也更具有普遍性。又由于非电量常常都通过传感器转换成电量来测量，电量检测系统的前端加上传感器即构成非电量检测系统，所以电量检测系统大多己被包含在非电量检测系统中。
[关键词]仪表系统 趋势
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-914X(2013)28-0071-01
在现代的自动测量系统中，各个组成部分常常以信息流的过程来划分，一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示。因此作为一个完整的非电量电测系统，至少应包括传感器(信息的获得)、测量电路(信息的转换)、显示装置(信息的显示)3个基本组成部分。
传感器是一个把被测的非电量转换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位置。它获得信息的正确与否，关系到整个测量系统的精度，如果传感器的误差很大，后面的测量电路、显示装置等的精度再高也将难以提高测量系统的精度。
测量电路的作用是把传感器的输出变量变成电压或电流信号，使信号能在显示仪表上指示或在记录仪中记录。测量电路的种类常由传感器的类型而定，如电阻式传感器需采用一个电桥电路把电阻值变换成电流或电压输出，所以它属于信号的转换部分。由于测量电路的输出信号一般比较小，为了能驱动显示仪表工作成记录机构运动，常常要将信号加以放大，所以在测量电路中一般还带有放大器。
测量的目的是使人们了解要测的数值，所以必须有显示装置，这就是信息的显示。显示的方式，目前常用的有三类：模拟显示、数字显示和图像显示。模拟显示就是利用指针对标尺的相对位置来表示读数，数字显示实际上是一只专用的数字电压表、数字电流表或数字频率计。图像显示是用屏幕显示读数或者被测参数变化的曲线。在测量过程中，有时不仅要读出被测参数的数值，而且还要了解它的变化过程，特别是动态过程的变化，根本无法用显示仪表指示，那么就要把信号送至记录仪自动记录下来，现在常用的自动记录仪有等式记录仪(如电平记录仪、磁带记录仪、电传打字机等)。记录仪起记录信号的作用，在信息流过程中，它仍然属于信息的显示。
目前，国内常规(常用)的检测仪表与系统按照终端部分的不同，可分为以下三种类型。
1、普通模拟式检测仪表
普通模拟式检测仪表是最早出现的检测仪表，也是结构最简单的检测仪表，基本上由模拟式传感器、模拟测量电路和模拟显示器三部分组成。在整个测量过程中，只是模拟量之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。这种仪表因为结构简单、价格低廉、维修方便，目前还在广泛地应用。
2、普通数字式检测仪表
普通数字式检测仪表是在普通模拟式检测仪表的基础上发展起来的，它采用数字显示器显示测量结果，按照显示数字产生的方式，普通数字式检测仪表又可分为模数转换式和脉冲计数式两种类型。
在为数众多的传感器品种中，模拟式传感器仍占大多数，但也有一些数字式和准数字式传感器。数字式传感器输出的是数码或脉冲数，可直接与数字显示器相连接。被数字式传感器输出的是频率或时间信号，放大整形后，由计数器进行计数，计数结果由数字显示器显示出来。
3、微机化检测系统
普通的模拟式和数字式检测仪表一般只能用于一个测量点的一种被测参数的测量。多个测量点或多种被测参数常常需要同时使用多个普通的模拟式或数字式检测仪表。随着生产的发展和技术的进步，越来越需要对多个测量点或多种被测参数进行巡回测量，甚至要求根据测量结果对生产过程进行控制。这种需求对普通的模拟式和数字式检测仪表来说是无能为力的。
微型计算机的引入使检测系统发生了根本性的变革，产生了第三代检测系统一一微机化检测系统。微机化检测系统通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟测量电路(又称信号调理电路)和数字测量电路(又称数据采集电路)组成。传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录仪记录下来。在某些对生产过程进行监测的场合，如果被测参数超过规定的限度时，微机还将及时地启动报警器发比报警信号。
由于计算机技术的引入，使微机化检测系统具有了普通的模拟式和数字式检测仪表所没有的新特点和新功能：自动凋零功能，在每次采样前对传感器的输出值自动清0，从而大大降低了因测控系统漂移变化造成的误差；量程自动切换功能，可根据测量值和控制值的大小改变测量范围和控制范围，在保证测量和控制范围的同时提高分辨率；多点快速测量，可对多种不同参数进行快速测量；数字滤波功能，利用计算机软件对测量数据进行分析，可抑制各种干扰和脉冲信号；自动修正误差，许多传感器和控制器的特性是非线性的，且受环境参数变化的影响比较严重，从而给仪器带来误差。采用计算机技术，可以依靠软件进行在线或离线修正。数据处理功能，利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能，比如统计分析、检索排序、函数变换、差值近似、频谱分析等；多媒体功能，利用计算机的多媒体技术，可以使仪器具有声光和语音等功能，增强测控系统的个性或特色；通信或网络功能，利用计算机的数据通信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统则将拓展一系列新颖的功能；自我诊断功能，采用计算机技术后，可对测控系统进行监测，一旦发现故障，则立即进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原因，对排除故障的方法进行提示。
近年来，由于高新科学技术研究成果的广泛采用，跨学科的综合设计、高精尖的制造技术与严格科学的实际应用，使得仪器仪表领域发生了根本性的变革——现代仪器仪表产品已成为典型性的高科技产品。不但完全突破了传统的光、机、电的框架，向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向迅速发展；而且还正朝着更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象全方位信息的方向阔步前进。纵观历史，剖析现状，展望未来，可以预见：传统的仪器仪表将仍然朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环境适应和长寿命的“六高一长”的方向发展，新型的仪器仪表将朝着微型化、集成化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化，光机电一体化，个人化，无维护化以及组装生产自动化、规模化的方向发展。
随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在仪器仪表中的应用，仪器仪表结构将发生质的变化；冲破传统思维方式、构造新的测量仪器理论已是测量仪器技术革命的大势所趋。
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