笔式记录仪包括测量部分、驱动部分和记录部分。测量部分由基准稳压电源E和平衡电位器Rw组成。被测电压Ui与比较电压Uf的差值Ul经放大后驱动伺服电动机SM。驱动部分由伺服电动机和机械传动装置组成。当伺服电动机转动时，传动装置一方面使记录笔作直线移动，另一方面则带动平衡电位器的电刷，使Uf趋近于被测电压Ui。当Uf=Ui，Ul=0，即回路达到平衡时，伺服电动机停止转动，记录笔也停在某一相应位置处。记录笔的位置反映了被测电压Ui的数值。
分类
按照记录函数，笔式记录仪可分为y=ƒ(t)型和y=ƒ(x)型，后者又称“x-y”记录仪。①“y=ƒ(t)”型笔式记录仪：这类仪表中，记录笔随被测电压量作横向直线移动，代表被测电压量的变化。记录纸由走纸机构驱动，作恒速的纵向移动，代表时间变化量。记录纸上绘制出的曲线是被测电压量随时间变化的过程，记录函数的形式为y=ƒ(t)。由多个独立的记录系统可组成多笔记录仪，用以同时记录多个变量随时间变化的过程，但须采用不同颜色的墨水笔，以便于判别所绘制的曲线。②“x-y”记录仪：这类仪表包括两个独立的记录系统。一个系统使记录台上的横梁沿横向(x方向)移动;另一个系统使横梁上的记录笔沿纵向(y方向)移动。记录纸固定在记录台面上，记录的函数形式为y=ƒ(x)。横梁上可以装有多根运动导轨、多支记录笔，可以绘制一个变量与其他几个变量之间的关系曲线。
性能和应用
笔式记录仪由于利用自动平衡的测量方法，并配置高增益的放大器，所以记录的灵敏度和准确度较高。灵敏度一般为0.5mV/cm，最高可达0.1mV/cm;若再配以前置放大器，则还可提高到5μV/cm。记录误差一般为±0.25%。仪表的输入阻抗较高，一般为1MΩ左右，适合于内阻较高电压信号源的记录。记录幅面大，一般为25cm左右。由于记录部分由伺服电动机驱动，故记录速度较低，适合于记录缓慢变化的电量，可记录的信号频率在2Hz以下。