淺談我國智能儀表的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

劉寧寧 劉一波

摘要：智能儀表廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，對智能儀表的智能化程度提出了更高的要求。本文從智能儀表的工作原理及其典型特點(diǎn)出發(fā)，介紹我國智能儀表的發(fā)展現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：智能儀表;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

工業(yè)自動(dòng)化儀表是在工業(yè)生產(chǎn)過程中通過對工藝參數(shù)的檢測、傳輸、顯示、存儲、處理與分析實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的儀表。工藝生產(chǎn)過程的檢測是了解和控制工業(yè)生產(chǎn)的基本手段，只有在任何時(shí)刻都能準(zhǔn)確地了解工藝過程的全貌，并進(jìn)行控制，才能保證生產(chǎn)過程順利，并以高的生產(chǎn)率、小的消耗生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，引起了儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革，以微型計(jì)算機(jī)為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測技術(shù)有機(jī)結(jié)合，組成新一代“智能化儀表”，這類儀表已經(jīng)實(shí)現(xiàn)人腦的一部分功能，例如四則運(yùn)算、邏輯判斷、命令識別等，有的還能夠進(jìn)行自校正、自診斷，并具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力[1]。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問題，還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。

1 智能儀表的工作原理

智能儀表就是利用傳感器獲取被測參量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開關(guān);由單片機(jī)逐路選通模擬開關(guān)將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，單片機(jī)根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理;運(yùn)算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印;同時(shí)單片機(jī)把運(yùn)算結(jié)果與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較后，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和控制要求，輸出相應(yīng)的控制信號。

2 智能儀表的典型特點(diǎn)

（1）精度高

利用內(nèi)置的微處理器，實(shí)時(shí)測量溫度、靜壓變化對測量結(jié)果的影響，通過數(shù)據(jù)處理，對滯后及復(fù)現(xiàn)性進(jìn)行補(bǔ)償，對非線性進(jìn)行校正，使得輸出信號更精確。

（2）功能強(qiáng)

智能儀表具備多種運(yùn)算功能，依賴內(nèi)置的微處理器和存儲器，可以執(zhí)行開方、溫度壓力補(bǔ)償及其它多種復(fù)雜的運(yùn)算。

（3）具有自測功能

包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動(dòng)檢測出故障的部位甚至故障的原因。這種自測試可以在儀器啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行，同時(shí)也可在儀器工作中運(yùn)行，極大的方便了儀器的維護(hù)。

（4）具有友好的人機(jī)對話能力

智能儀表使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開關(guān)，操作人員可以實(shí)現(xiàn)對儀器的命令輸入操作，也可以實(shí)現(xiàn)對儀器運(yùn)行狀況及測量數(shù)據(jù)的結(jié)果查看。此外，智能儀表配備有多種標(biāo)準(zhǔn)通信接口，具有可程控操作能力。

3 智能儀表的發(fā)展現(xiàn)狀

儀器儀表生產(chǎn)進(jìn)入智能化時(shí)代之后，我國在該領(lǐng)域的高新技術(shù)研究取得了可喜的成績，并且目前我國已經(jīng)成為世界上智能儀表生產(chǎn)大國，雖然我國的儀器儀表產(chǎn)品出口量逐年增加，但從整體上看，與國外先進(jìn)水平還有一定距離。其不足之處主要表現(xiàn)在：缺乏自主創(chuàng)新能力;在制造技術(shù)、材料質(zhì)量、芯片核心技術(shù)等方面都有待改進(jìn)。我國對智能儀器儀表的核心技術(shù)——測量芯片的自主開發(fā)能力不足，缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新，這也是阻礙我國儀器儀表行業(yè)發(fā)展的重要因素。目前，我國現(xiàn)有的很多智能儀器儀表生產(chǎn)廠家，對儀器儀表產(chǎn)品的研發(fā)工作非常的重視，但是，對于生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)上面卻沒能給予同等的重視程度，即便有了先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，但是由于企業(yè)的生產(chǎn)水平較低，很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。另外，我國用于制作智能儀表產(chǎn)品的原材料在質(zhì)量上與該領(lǐng)域的先進(jìn)生產(chǎn)國家存在一定的差距，比如感應(yīng)式電能表的磁推軸承、阻尼磁鋼等，這些生產(chǎn)儀表的材料本身對于儀器儀表的質(zhì)量具有重大影響，決定著智能儀表的精度、壽命等。我國必須實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線技術(shù)、測量芯片技術(shù)、材料質(zhì)量等方面的突破，國產(chǎn)產(chǎn)品才能與國外產(chǎn)品抗衡，在市場上才有競爭力[2]。

工信部發(fā)布的《加快推進(jìn)傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》指出，到2025年，傳感器及智能化儀器儀表產(chǎn)業(yè)整體水平跨入世界先進(jìn)行列。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)形態(tài)實(shí)現(xiàn)由“生產(chǎn)型制造”向“服務(wù)型制造”的轉(zhuǎn)變，涉及國防和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)安全、重大工程所需的傳感器及智能化儀器儀表實(shí)現(xiàn)自主制造和自主可控，高端產(chǎn)品和服務(wù)市場占有率提高到50%以上。可見，未來5-10年我國智能儀器儀表行業(yè)具有巨大的發(fā)展空間。

4 智能儀表的發(fā)展趨勢

儀器儀表實(shí)際上是高技術(shù)的結(jié)晶，測試技術(shù)的水平反映出一個(gè)國家的生產(chǎn)力發(fā)展和現(xiàn)代化水平。隨著微處理器和人工智能技術(shù)的發(fā)展，我國智能儀表也呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢，具體表現(xiàn)為：

（1）智能化程度更高

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能儀表驅(qū)動(dòng)軟件的出現(xiàn)優(yōu)化了虛擬儀器的性能和結(jié)構(gòu)。通過智能化的形式，可以實(shí)現(xiàn)代碼的自動(dòng)生成，節(jié)省更多的人力物力，減少人員的工作量。此外，還連接了通信驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)，使用戶應(yīng)用程序和維護(hù)更加方便。在智能開發(fā)下，儀器的設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)跟蹤、管理和配備，用戶可以自主擴(kuò)展設(shè)置[3]。同時(shí)，在智能管理?xiàng)l件下，驅(qū)動(dòng)器可以自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決，確保儀器的穩(wěn)定性和安全性，提高儀器的運(yùn)行質(zhì)量。

（2）速度更快、功能更強(qiáng)

與傳統(tǒng)的測控模式相比，未來的智能儀表將會(huì)在現(xiàn)今對資源的需求較大、測控過程較為繁瑣、人力成本消耗巨大的問題上進(jìn)行改進(jìn)，在對環(huán)境友好的前提下，提高測控過程完成的效率;在智能化的支撐下，使測控系統(tǒng)不僅僅只局限于對目標(biāo)數(shù)據(jù)的測量控制，還可以對測控系統(tǒng)中可能存在的各種影響因素進(jìn)行監(jiān)測，通過邏輯性的數(shù)據(jù)計(jì)算模式與自動(dòng)化檢測，形成更加高效、科學(xué)的測控系統(tǒng);智能操作還可以減少人力需求，人力從操作設(shè)備變?yōu)闄z測設(shè)備以收集數(shù)據(jù)。智能技術(shù)的應(yīng)用消除了人為因素造成的誤差，使得測控系統(tǒng)能夠擁有更高的準(zhǔn)確度與更強(qiáng)大的性能。

（3）微型化

微型智能儀表指微電子技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應(yīng)用于儀器的生產(chǎn)中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智能儀表。雖然體積小，但是它依然能夠具有信號采集、線性化處理、數(shù)字信號處理、控制信號的輸出放大、與其他儀器的接口、與人的交互等功能。微型智能儀表隨著微電子機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)不斷成熟，價(jià)格不斷降低，因此其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，我國智能化領(lǐng)域相對薄弱的是制造技術(shù)、傳感器等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和自動(dòng)化程度的不斷提高，我國儀器儀表行業(yè)也將發(fā)生新的變化并獲得新的發(fā)展。儀器儀表產(chǎn)品的高科技化，特別是智能化，將成為日后儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。

參考文獻(xiàn)：

[1]?宋慧欣.智能制造加速智能儀表市場發(fā)展[J].自動(dòng)化博覽，2018，（10）

[2]?陳耿.智能儀器儀表技術(shù)前景與應(yīng)用[J].電子測試，2017，（14）：125-126

[3]?李云昊.智能自動(dòng)化及其在儀器儀表中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017，（13）：5056-5056

（作者單位：航天工程大學(xué)士官學(xué)校）