自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用研究

摘要：现代科学技术的快速发展，进一步深化了工业自动化、信息化、智能化发展趋势。自动化控制技术在基础工具中的应用也实现了进一步发展。仪器仪表是基础技术工具中的重要内容，自动化控制技术在仪器仪表中的应用，对于提高工业生产效率发挥着重要作用。本文简要分析了自动化仪器仪表及其发展前景，以及仪器仪表中的自动化控制技术，并重点探索了自动化控制技术在仪器仪表中的具体应用。

关键词：自动化控制技术；工业仪器仪表；应用

引言

自动化控制技术凭借其精准调控、智能决策等优势，成为推动工业仪器仪表革新的核心力量。从优化仪器结构设计到实现虚拟仪器功能，从精准位置识别到构建网络化监测体系，自动化控制技术正重塑工业仪器仪表的应用范式。本文深入探讨自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用实践、与发展方向，为工业智能化转型提供理论与实践参考。

一、自动化控制技术与工业仪器仪表概述

1.1 自动化控制技术的内涵与发展历程

自动化控制技术旨在通过设备与系统，无需人工直接干预便能实现生产过程、设备运行的精准调控，其核心依托传感器、控制器、执行器与反馈机制，构建起闭环控制体系。在早期，自动化控制以机械装置为主，如瓦特发明的离心式调速器，通过机械联动调节蒸汽机转速，实现初步的自动控制。随着电子技术的发展，电动控制器和模拟电路开始应用，能够处理连续变化的信号，使控制精度大幅提升。20 世纪中叶，计算机技术的出现将自动化控制带入新阶段。可编程逻辑控制器（PLC）的诞生，让工业控制摆脱了传统继电器逻辑的限制，通过软件编程实现复杂的控制逻辑，广泛应用于生产线控制。

1.2 工业仪器仪表的分类与功能

工业仪表仪器的种类很多，依据功能分类主要有检测仪表、控制仪表和执行仪表，检测仪表用于测量工业生产过程的温度、压力、流量、物位等参数，是自动化控制系统获取信息的“眼睛”，热电阻温度计测量温度，通过电阻值随温度变化，把温度变化转化为电信号输出；压力变送器测量压力，利用压阻效应，把压力信号转化为标准的电流或电压信号。控制仪表对检测仪表测量的数据进行分析和处理，根据事先设计的规则或算法形成控制命令，是自动化控制系统的大脑，常见的PID控制器，通过比例、积分、微分运算，来对被控对象进行精确控制。执行仪表接受控制仪表的命令，对生产过程进行执行操作，是自动化控制系统的手脚，电动调节阀根据控制信号改变阀门开度来调节流体流量；电磁阀，通过电磁力的通断，来控制流体的通断。

1.3 自动化仪器仪表的工作原理

仪器仪表自动化系统工作基本遵循检测-控制-执行的闭合过程。检测环节通过传感器将温度、压力等物理性质的非电量信号转化成电性质的电量信号，其中热电偶采用热电效应，将温度差转化成了热电势，霍尔传感器运用霍尔效应，将磁场转化成了电压信号；随后在信号调理器将上述得到的电信号放大、滤波等一系列处理后，传递给控制器；控制器接收到电信号后，与理想的目标值进行对比，根据控制算法计算出控制量。在恒温控制系统中，如果温度传感器检测到实际温度小于理想温度，则PID控制装置会依据偏差值大小和偏差值的变化趋势计算出加热装置的控制信号，控制装置如电动加热丝增大其电流以升降温，而控制风扇启动则可降温；此时执行器接受控制器输出的信号动作，将输出的信号执行出来。

二、自动化控制技术在仪器仪表中的应用研究

2.1仪器仪表结构优化应用

自动化控制技术是结构优化的重要保障，在进行结构优化的过程中，必须借助计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）技术来进行机器结构的模拟和结构优化，通过FEA对仪表外壳以及内部的传感结构进行受力分析，对在不同压力工况下的应力分布情况进行计算，从而结构优化，减小不必要的结构，增强抗压强度以及稳定性。利用自动化制造技术中的3D打印以及数控制造技术，进行复杂结构的精密制造，从而增加仪器仪表的集成化程度和小型化水平。

2.2虚拟仪器设计应用

虚拟仪器是将计算机技术、计算机控制技术、数据通信技术及通信协议等技术相结合，将计算机作为硬件平台，用软件定义仪器的设备，在该开发模式下，极大地延伸了仪器仪表应用的范围。针对虚拟仪器的开发，应用最为主要的是图形化编程语言如LabVIEW等，利用上述工具可以实现数据采集模块，信号处理模块，显示分析模块等，从而快速搭建虚拟仪器平台。在电子测量方面，虚拟示波器就是基于数据采集卡的高速数据采集功能，针对电信号通过LabVIEW软件实现的虚拟示波器，即能实现波形显示功能、频谱分析功能、参数测量功能，依据用户的需求还可实现不同界面显示及其相应的分析功能。

2.3位置识别应用

位置信息识别。应用自动化控制技术对仪器仪表的位置识别，主要是在对工件进行精准识别其位置姿态的基础上，为仪器仪表自动化操作提供相关信息支持。工业生产通过结合视觉传感器和图像识别算法实现对工件位置与姿态的精准识别。利用全球定位系统（GPS）、北斗导航定位技术以及惯性导航技术的融合应用，从而为大型仪器设备精准定位，有效满足相关设备定位需求。在地质勘察、测绘等仪器仪表安装领域，借助移动互联网技术对相关定位模块应用，实现仪器仪表自身位置信息的及时采集，通过GIS，对数据实施空间化管理。

2.4仪器仪表网络化应用

仪器仪表网络化应用是物联网和工业互联网发展的必然结果，以太网、Wi-Fi、5G等网络通信协议使仪器仪表可接入网络进行远程监控、数据传输与集中管理，在智能电网中，智能电表以网络将用户用电数据实时上传至电力管理系统中，电力公司也可根据用电数据对电网进行负荷预测、电费结算与电网调度。网络化仪器仪表也可开展远程诊断与维护，工程师远程调试与升级故障仪器，减少现场维护成本与停机时间。

三、自动化控制技术在工业仪器仪表中应用的发展趋势

在今后相当长时间内，工业仪器仪表会向智能化、精准、互联网化和节能低碳化不断演进。工业仪器仪表会融入更多AI算法，实现自适应数据校正，对测量数据及时准确地发出异常预警，并根据生产的大量数据给出最合适的工艺流程调整方案，从而最大程度地提高生产效率与产品质量。新型敏感元件和制造技术将突破工业仪器仪表现有的精度与可靠性的限制，以实现诸如集成电路、航空航天等高、新、尖、精产业的需求。环保节能是世界的共识，工业仪器仪表也将更少地使用高功耗器件和高效的气体循环管理，从而最大限度地降低运行功耗及废气排放，以减轻对环境的负荷。

结语

自动化控制技术深度融入工业仪器仪表，在结构优化、功能拓展、智能互联等方面实现突破，显著提升工业生产的精准性与效率。尽管在技术融合、安全保障等方面仍存挑战，但随着物联网、人工智能等技术发展，工业仪器仪表将向智能化、网络化、高精度方向持续演进。

参考文献

[1]袁洪超.自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用研究[J].仪器仪表用户，2025，32（03）：108-110.

[2]罗俊春.自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用[J].自动化应用，2023，64（09）：170-171+174.