控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具，采用各种控制仪表或控制装置可以构成所需的自动控制系统，以满足各种不同的工业生产过程控制的要求。
1．控制仪表与装置的分类及特点
（1） 电动控制仪表和气动控制仪表
电动控制仪表采用24V DC 或220VAC供电，传输信号为电信号（电流、电压或数字），具有能源获取方便、信号传输和处理容易、便于实现集中显示和操作等特点，目前在工业生产过程控制中应用了最为广泛。
气动控制仪表以140 kPa的压缩空气为能源，传输信号为20 kPa～100 kPa的气压信号，具有结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、安全防爆等特点，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。
（2）常用的控制仪表与装置
目前常用的控制仪表与装置有：单元组合式控制仪表、基地式控制仪表、集散型计算机控制系统以及现场总线控制系统。
单元组合式控制仪表是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间用统一的标准信号进行联系。这类仪表有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元组合仪表（QDZ）两大类，分为变送单元、执行单元、调节单元、转换单元、运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元等八类。
基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表。它通常以指示，记录仪表为主体，附加控制，测量，给定等部件而构成，其控制信号输出一般为开关量，也可以是标准统一信号。
集散型控制系统（DCS系统）是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。DCS系统通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通信网络三部分组成
现场总线控制系统（FCS系统）是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通信，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通信。
2．信号制
信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
气动仪表的信号标准为20～100kPa；电动仪表的信号标准为4～20 mADC或0～10mADC。
由电动仪表构成的控制系统中，仪表之间通常采用如图1-1所示的联接方式，即现场与控制室仪表之间采用直流电流信号；控制室内部仪表之间采用直流电压信号。
图1-1 控制系统仪表之间典型联接方式
3．仪表防爆的基本知识
用于存在着各种易燃、易爆气体、蒸汽或粉尘的生产现场的仪表和控制系统，必须具有防爆性能。
（1）仪表的防爆标志
防爆仪表的防爆标志为“Ex”；仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别，如iaIICT5和dIIBT3。电动控制仪表的防爆型式主要有隔爆型(d)和本质安全型(i)两种，隔爆型防爆仪表采取防爆壳体防爆，本质安全型防爆仪表通过特定的电路设计来达到规定的防爆要求；类别为II类，即工厂用电气设备；级别有A 、B、C三级，根据标准试验装置测得的最大试验安全间隙d max或按IEC79-3方法测得的最小点燃电流与甲烷测得的最小点燃电流的比值MICR进行分级；温度组别有T1～ T6六组，根据最高表面温度进行分组。
防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。仪表的防爆级别和组别，就是指它所能适应的某种爆炸性气体混合物的级别和组别。
（2） 控制仪表的防爆措施
电动仪表主要有隔爆型防爆仪表和本质安全型防爆仪表。
隔爆型防爆仪表防爆措施是采用防爆壳体，其强度足够大，接合面间隙足够深，最大的间隙宽度又足够窄，仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内。
本质安全型防爆仪表防爆措施是仪表电路采用低的工作电压和小的工作电流，并适当选择元件的参数值，以保证即使产生电火花，也是安全火花。
（3） 控制系统的防爆措施
整个测量或控制系统的防爆性能要符合安全火花防爆要求，必须满足以下几点：
1) 在危险场所使用安全火花型防爆仪表；
2) 在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，如图1-2所示。
3) 按照安全火花防爆的要求进行系统的安装和维护。
4．仪表的分析方法
模拟式控制仪表有两种构成形式：仪表整机采用单个放大器和整机由数目不等的运算放大器电路以不同形式（主要是串联形式）组装而成。
（1） 采用单个放大器的仪表分析方法
这一类仪表一般具有如图1-3所示的典型结构。
由图1-3可以求得整个仪表的输出与输入关系为：
由此可见，采用单个放大器的仪表具有如下特点：
1）在满足>>1的条件时，仪表的输出与输入关系仅取决于输入部分的特性和反馈部分的特性。
2）在满足>>1的条件时，仪表的输入部分的输出信号zi与整机输出信号y经反馈部分反馈到放大器输入端的反馈信号zf基本相等，即放大器的净输入e 趋向于零（e →0）。式 (1-1) ～ 式 (1-3) 是对采用单个放大器的仪表进行分析的主要依据。对于这一类仪表的分析，首先是将仪表划分为三个部分：输入部分、放大器和反馈部分；然后对各个部分进行分析，重点是输入部分和反馈部分；进而根据式(1-2) 或 式(1-3) 求出整机输出与输入之间的关系，即可得到整机特性。
（2） 采用运算放大器的仪表分析方法
采用运算放大器的仪表分析方法是把整个仪表线路分成一个个运算放大器电路单独地进行分析，最后再综合得到整机的特性。单个运算放大器电路的分析方法通常有如下两种：
1) 利用基本运算放大器电路的关系式，直接或通过简化看出运算放大器电路的运算关系。
2) 利用理想运算放大器输入端的两个特征：
① 差模输入电压等于零，即Ud = 0或UT = UF ；
② 输入端输入电流等于零，即IbT = 0，IbF = 0 。
（3） 仪表的分析步骤
对于一只仪表，可以采用由整体到局部的方法分析，即首先对仪表作总体概貌性了解，然后将仪表划分成几个部分，再对各部分逐一进行分析，最后综合出整机的特性。其具体步骤可以如下：
1) 了解仪表作用和结构框图。
2) 按照结构框图将整机线路划分成相应的部分。
3) 根据信号的传递方向，对各部分逐一进行分析。在分析中注意应用以下几种方法：
① 对复杂的部分可画出其构成框图，作进一步划分。
② 画等效电路。
③ 应用电路理论中的一些基本定律，如欧姆定律、分流公式、分压公式、等效电源定理、叠加定理、?SóY变换、阻抗变换等。
4) 综合仪表的整机特性
（4） 仪表运放电路的共性问题
1) 运算放大器电路采用单电源供电
出于仪表总体设计的需要、便于仪表的安装等原因，在仪表线路中，运算放大器电路一般都采用单电源供电，即由一组直流电源供电。运算放大器采用单电源供电后，只影响其本身的使用条件，而并不影响运算放大器电路的运算关系和特性。运算放大器的使用条件主要指共模输入电压范围和输出电压范围，在单电源供电时，它们均是以直流电源的负端为基准。
在单电源供电时，为了使得共模输入电压范围和输出电压范围满足要求，一般均采用电平移动的方法。
2) 电平移动
所谓电平移动，是在运算放大器的同相输入端上另加一个电平移动电压UB（通过电阻分压得到），如图1-4所示。图1-4为仪表中广泛采用的输入电路。
另加电平移动电压UB之后，运算放大器电路在单电源供电时以UB为基准的运算关系，同双电源供电时以公共地为基准的运算关系，在形式上完全相同。但需注意，此时，输入、输出信号均以UB为基准。
图1-4所示电路输出与输入之间的关系为
式中，――运算放大器两输入端的电位差 ；
――以UB为基准的输出电压。运算放大器输入端承受的共模电压UC（共模电压应相对于单电源的负端）为
因此，适当选择UB 和R3、R4的大小，可以使得UC值在单电源供电时允许的共模输入范围以内，以保证运算放大器正常工作。式（1-5）中的第一项：[ R3 / (R3+R4)] UB，体现了电压UB移动同相端电平的作用。
3) 运算放大器的电流扩展
运算放大器的最大输出电流一般为5mA或10mA，而仪表输出电流为4～20mA，因此，需要对运算放大器的输出电流进行扩展。常采用的方法是用三极管或复合三极管对电流进行放大，图1-5所示为常用的一种输出电路。
对图1-5所示电路的分析方法是：把晶体管VT10、二极管VD11电阻R21、R24等组成的射极输出器和运算放大器A5看成是一个整体，即把它们等效为一个运算放大器，则该电路可看成为由一个差动输入运放电路，其输入信号为
由于R17 = R18 = R19 = R20 ，UB =10V
图1-5常用的输出电路
因此可得
采用运算放大器和三极管合用的电路，在仪表中，另一个目的是为了增加某些特定功能。