仪器仪表的应用举例与发展趋势小论文

浅谈仪器仪表的应用

及发展趋势

信息工程与自动化学院 仪器仪表工程 2011级 2011704005 张成辉

浅谈仪器仪表的应用及发展趋势

摘要：在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，仪器仪表及其测量控制技术得到日益广泛应用，给仪器仪表行业的快速发展提供了良好契机。本文通过仪表的应用举例，说明仪表的产生发展及其将来的发展趋势。

关键词：自动化，仪器仪表，应用，发展趋势，污水处理，炉窑过程控制系统

0.引言

仪器仪表作为测量和测试技术集中体现的仪器科学与技术学科，在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显。仪器仪表产品广泛运用于工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各个领域，在旺盛市场需求的带动下和国家宏观的引导下，我国仪器仪表行业的发展有了长足的进步空间。国际上仪器科技产品的发展趋势是微型化、数字化、智能化、集成化和网络化进一步向纵深发展，并在产品性能上向高精度、高可靠性、高环境适应性目标前进。

1.仪器仪表在工业中的应用举例

1.1仪器仪表在污水处理中的应用

在现代化污水处理过程中，无论采用何种工艺，其工艺过程都存在大量需要检测的参数，因此目前大型生活污水处理厂或者工艺污水处理厂一般都设有液位、液位差、流量、压力、p H 值、温度、溶解氧、污泥浓度、氧化还原电位、污泥界面、在线BOD、在线COD、在线氨氮、在线总磷等自动化仪表。通过这些检测仪表获取的各种工艺检测参数从而对工艺过程中的各种工艺设备进行控制，协调供需之间、系统各组成部分之间、各污水处理工艺之间的关系，以便使各种设备与设施得到更充分、合理的使用。[1]

1.1.1 污水处理常用仪表分类

在污水处理中的自动化仪表主要分为热工仪表和成分分析仪表。热工仪表主要包括温度、压力、液位、流量这些物理量检测仪表，热工仪表大致都由测量元件( 传感器) 部分、中问传送部分和显示部分( 包括变换成其他信号) 构成。成分分析仪表在污水处理过程中常常称之为水质分析仪表，例如溶解氧仪、在线BOD 仪、在线COD 仪等。这部分仪表的主要特点是专用性强，形式多样化，

但每种成分分析仪的适用范围往往都限于某种介质成分分析。

1.1.2 仪表的作用及注意事项

合理正确的设计和应用自动化仪表对于污水处理起着重要的作用。在设计污水处理中的自动化仪表时，应让仪表满足稳定可靠，操作简单，安装方便，物美价廉，连续测量，反应灵敏，互换性强，便于维护的要求。污水处理中仪表设计安装时需要注意结合工艺过程对不同的检测对象和要求选用适用的仪表，具体安装应用时注意具体的工况条件。污水处理中仪表投入使用后，应注意仪表的维护，形成完善的巡检和维护保养制度，从而保证仪表的准确性，以利于监控系统的正常运行。目前我国许多城市污水处理采用B O T 模式的项目较多，为了控制项目的合理投资，在设计中考虑仪表可靠性等技术指标的同时也应该充分考虑仪表选型的实用性，不应盲目的提高仪表档次，并且应尽可能选用国产仪表和尝试多种品牌仪表的应用，以推进国产仪表行业的前进。

1.2仪器仪表在炉窑过程控制系统中的应用

热处理炉窑仪表改造前采用原苏联设计的膜合压力测量,检测手段落后,测量精度低,不能满足生产工艺要求。改造后,煤气压力、空气压力、炉膛压力均采用自动化仪表控制调节,实时控制,在线测量,准确一致,从而保证节约能源和提高热处理质量。[2]

1.2.1 仪表改造前应用状况分析

改造前煤气、空气压力测量、炉膛压力测量采用原苏联设计的膜压指示表,这是一种古老的仪表,已安装使用多年,指示不准确,测量精度低,只有2. 5 级。这种检测方法落后,手段不齐全,经常发生故障,影响生产的顺利进行。而且煤气压力、级;炉膛压力测量采用0 - 2. 5 kPa 的差压变送器,精度为1. 0 级,测量精度比原来提高了。采用负反馈闭环控制系统,主要解决了煤气压力,空气压力,炉膛压力不能自动调节的问题。

1.2.2 改造后控制作用的实现

通过改造之后对设备仪表进行系统调试,可实现对各被测量参数精确控制,所有控制元件参数均可实现在线修改、跟踪,达到精确测量的目的。自动调节系统的工作状态由”自动”切换到“手动”,手动操作时执行机构在自动调节时原有位置上进行操作,保证既使电气发生故障时,也可手动使系统正常运行,不影响生产顺利进行。工空气压力、炉膛压力不能自动调节,因而温度曲线很难控制,

影响了热处理质量,造成了能源的浪费,给企业带来了经济损失。

1.2.3 仪器仪表应用小结

仪器仪表经过适当的、合理的改造后能适时地达到规定值,节约工时。同时,由于采用自动调节系统,省去了操作者像过去那样用手搬动阀门,不仅保证了系统的稳定性,而且提高了测量精度及劳动生产率,另外,由于改造前煤气压力、空气压力、炉膛压力不能自动调节,造成煤气,空气大量浪费,改造后,使煤气压力、空气压力、炉膛压力达到最佳参数配合,从而节约了能源,提高了热处理质量,为工厂节约了部分开支,增加了经济效益。

2.仪器仪表的产生及发展

2.1仪器仪表的产生及发展历程

仪器仪表的产生已有悠久的历史。据《韩非子·有度》记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。

17～18世纪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计；利用光学透镜制成的望远镜，奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。

19世纪到20世纪，工业和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展，后来又出现了电子计算机和空间技术等，仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。

2.2 仪器仪表在当代社会中的地位和作用

仪器仪表跟信息技术和信息产业是什么关系呢？著名科学家钱学森明确指出，“信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术。测量技术是基础。”王大珩院士也一再强调，“测量技术是信息技术的源头。”美国商业部1999年年度报告关于新兴数字经济部分提出，信息产业包括计算机软硬件行业、通信设备制造及服务行业、仪器仪表行业。这就是说，测量技术是信息技术的基础和源头，仪器仪表行业是信息产业的重要组成部分。不言而喻，仪器仪表在当代社会信息时代对推动科学技术和国民经济的发展具有何等重要的地位。有位著名的光通信专家， 就是美国贝尔实验室的“ 波分复用”的发明人，厉鼎毅先生，也是中国工程院的外籍院士， 他说“中国发展到现在，必须重视Metrology(计量)和Inspection(检测)。我国目前的现实也已充分的说明仪器仪表的重要性。[3]

2.3仪器仪表的发展趋势

科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化，减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。另一重要的趋势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，满足更高的要求。[4]

当今，仪器仪表发展总的趋势是：产品的稳定性、可靠性和适应性不断提高，科技指标和功能不断提高，最先采用新的科技成果，高新技术大量采用，仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显，要求仪器及测控单元可使用、嵌入式使用和联网使用，仪器测控范围向立体化、全球化扩展，测控功能向系统化、网络化发展，便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。发展的技术特点是：综合各种新技术，在研究仪器仪表相关类型传感器、元器件和材料及技术的基础上，创新开发新型微弱信号敏感、传感、检测及融合技术，复杂组成样品的联用分析技术，生命科学的原位、在位、实时、在线、高灵敏度、高通量和高选择性检测技术，创建各类新型检测仪器仪表；综合系统论、控制论的发展，在开发工业自动化测控的在线分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高适应性等技术的基础上，创新发展工业自动化仪表与控制系统；结合生命科学、人体科学的发展，在研发医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术的基础上发展医疗仪器；同时跟踪新学科领域和各类应用领域的发展，开发各种专用、快捷、自动化检测、计量技术及专用仪器仪表。

参考文献

[1] 陈遵颢，污水处理中自动化仪表设计与应用，2010，(02)

[2] 吕洪泉，自动化仪表在炉窑过程控制系统中的应用，锅炉制造，2003， (05) [3] 赵群,张翔,谢素珍,李辉.自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[J].现代制造

技术与装备，2008，(04)

[4] 金国藩，我国当代仪器仪表的发展,电气时代,2009 ，(10)