儀器儀表(英文:instrumentation)儀器儀表是用以檢出、測量、觀(guān)察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數等的器具或設備。真空檢漏儀、壓力表、測長(cháng)儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。

廣義來(lái)說(shuō),儀器儀表也可具有自動(dòng)控制、報警、信號傳遞和數據處理等功能,例如用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制中的氣動(dòng)調節儀表,和電動(dòng)調節儀表,以及集散型儀表控制系統也皆屬于儀器儀表。

中文名

儀器儀表

外文名

instrumentation

功能

檢出、測量、觀(guān)察、計算各種成分

感覺(jué)器官

視、聽(tīng)、嘗、摸

分類(lèi)

真空檢漏儀、壓力表、測長(cháng)儀、顯微鏡、乘法器等

屬性

器具、設備

功能和作用

儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。人們用感覺(jué)器官去視、聽(tīng)、嘗、摸外部事物,而顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計、真空離心濃縮儀等儀器儀表,可以改善和擴展人的這些官能;另外,有些儀器儀表如磁強計、射線(xiàn)計數計等可感受和測量到人的感覺(jué)器官所不能感受到的物理量,還有些儀器儀表可以超過(guò)人的能力去記錄、計算和計數,如高速照相機、計算機等。

無(wú)紙記錄儀

儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要“工具”。著(zhù)名科學(xué)家王大珩先生指出,“機器是改造世界的工具,儀器是認識世界的工具”。儀器是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”,是科學(xué)研究的“先行官”,是軍事上的“戰斗力”,是現代社會(huì )活動(dòng)的“物化法官”。不言而喻,儀器在當今時(shí)代推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟的發(fā)展具有非常重要的地位。

1.儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要前提和根本保障。人類(lèi)發(fā)展史上任何一次大的飛躍都是基于工具的巨大創(chuàng )新和根本變革驅動(dòng)的,作為“工具”的科學(xué)儀器的發(fā)展和創(chuàng )新往往是催生科技創(chuàng )新的重要要素。

2.儀器是經(jīng)濟發(fā)展和國防安全的重要保障。儀器是保障經(jīng)濟發(fā)展、國家安全不可或缺的重要基礎條件。首先,著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森先生指出:“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。信息技術(shù)由測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。測量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎”。

3.儀器是推進(jìn)和諧社會(huì )建設的重要力量。全球的資源枯竭、環(huán)境污染等問(wèn)題已成為社會(huì )健康發(fā)展的瓶頸;食品安全問(wèn)題、公共突發(fā)事件、疾病診斷、易燃易爆化學(xué)危險品等給人民的生活帶來(lái)了嚴重影響,這些重大問(wèn)題的解決都離不開(kāi)先進(jìn)的檢測技術(shù)和手段。

4.數字化、智能化

5.因為微電子技能的提高,儀器儀表產(chǎn)物進(jìn)一步與微處置器、PC技能交融,儀器儀表的數字化、智能化程度不時(shí)獲得進(jìn)步。以美國德州儀器公司提出的“DSPS”概念為例,以DSP芯片為中心,共同進(jìn)步前部的夾雜旌旗燈號電路、ASIC電路、元件及開(kāi)拓東西等供應整個(gè)使用系統的處理方案。儀器儀表中采用了很多的超大規劃集成(VLSI)的新器件、外表貼裝技能(SMT)、多層線(xiàn)路板印刷、圓片規劃集成(WSI)和多芯片模塊(MCM)等新工藝,CAD、CAM、CAPP、CAT等核算機輔佐伎倆,使多媒體技能、人機交互、恍惚節制、人工神經(jīng)元收集等新技能在現代儀器儀表中獲得了普遍使用。

儀器儀表

6.收集化

7.多種智能化儀器儀表已陸續面向市場(chǎng),儀器儀表正派歷著(zhù)深入的智能化革新。集成測試系統也走向了收集化,各臺儀器之間經(jīng)過(guò)GPIB總線(xiàn)、VXI總線(xiàn)相連。

8.微型化

9.MEMS產(chǎn)物包括汽車(chē)加快計,壓力、化學(xué)、流量傳器、微光譜儀等產(chǎn)物,普遍使用于情況科學(xué)、航天、生物醫療、汽車(chē)工業(yè)、軍事、工業(yè)節制等范疇。

儀器技術(shù)

傳感技術(shù)

傳感技術(shù)不僅是儀器儀表實(shí)現檢測的基礎,也是儀器儀表實(shí)現控制的基礎。這不僅因為控制必須以檢測輸入的信息為基礎,并且是由于控制達到的精度和狀態(tài),必需感知,否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的控制。

廣義而言傳感技術(shù)必須感知三方面的信息,它們是客觀(guān)世界的狀態(tài)和信息,被測控系統的狀態(tài)和信息以及操作人員需了解的狀態(tài)信息和操控指示。在這里應注意到客觀(guān)世界無(wú)窮無(wú)盡,測控系統對客觀(guān)世界的感知主要集中于與目標相關(guān)的客觀(guān)環(huán)境(簡(jiǎn)稱(chēng)既定目標環(huán)境),既定目標環(huán)境之外的環(huán)境信息可通過(guò)其它方法采集。被測控系統可以是簡(jiǎn)單的物或單一的樣本,可以是復雜的無(wú)人直接操縱的自動(dòng)系統,可以是有人(群)在內操作的大型自動(dòng)化系統或社會(huì )活動(dòng)系統,也可以是人體。以人體健康、生理、心理狀態(tài)為目標的傳感技術(shù)是醫療診治儀器的基礎和核心。操作人員可以是單人,但在系統化、網(wǎng)絡(luò )化的情況下常為不同崗位下的操作人員群體。

窄義而言,傳感技術(shù)主要是客觀(guān)世界有用信息的檢測,它包括有用被測量敏感技術(shù),涉及各學(xué)科工作原理、遙感遙測、新材料等技術(shù);信息融合技術(shù),涉及傳感器分布,微弱信號提取(增強),傳感信息融合,成像等技術(shù),傳感器制造技術(shù),涉及微加工,生物芯片,新工藝等技術(shù)。

系統集成

系統集成技術(shù)直接影響儀器儀表和測量控制科學(xué)技術(shù)的應用廣度和水平,特別是對大工程、大系統、大型裝置的自動(dòng)化程度和效益有決定性影響,它是系統級層次上的信息融合控制技術(shù),包括系統的需求分析和建模技術(shù),物理層配置技術(shù),系統各部份信息通信轉換技術(shù),應用層控制策略實(shí)施技術(shù)等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下,還包括各級操作人員需求分析技術(shù)。

智能控制

智能控制技術(shù)是人類(lèi)以接近最佳方式,通過(guò)測控系統以接近最佳方式監控智能化工具、裝備、系統達到既定目標的技術(shù),是直接涉及測控系統的效益發(fā)揮的技術(shù),是從信息技術(shù)向知識經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。智能控制技術(shù)可以說(shuō)是測控系統中最重要和最關(guān)鍵的軟件資源。從發(fā)展趨勢看,在企業(yè)信息化ERP/MES/PCS三級結構的計算機測控系統中,軟件的價(jià)格已超過(guò)硬件的3倍。而有關(guān)石化、冶金、電力、制藥行業(yè)中自動(dòng)化測控系統的先進(jìn)控制軟件價(jià)格就超過(guò)系統硬件價(jià)格。智能控制技術(shù)包括仿人的特征提取技術(shù),目標自動(dòng)辨識技術(shù),知識的自學(xué)習技術(shù),環(huán)境的自適應技術(shù),最佳決策技術(shù)等。

儀器儀表

人機界面

人機界面技術(shù)主要為方便儀器儀表操作人員或配有儀器儀表的主設備、主系統的操作員操作儀器儀表或主設備、主系統服務(wù)。它使儀器儀表成為人類(lèi)認識世界、改造世界的直接操作工具。儀器儀表、甚至配有儀器儀表的主設備、主系統的可操作性、可維護性主要由人機界面技術(shù)完成。儀器儀表具有一個(gè)美觀(guān)、精致、操作簡(jiǎn)單、維護方便的人機界面,常成為人們選用儀器儀表及配有儀器儀表的主設備、主系統的一個(gè)重要條件。

人機友好界面技術(shù)包括顯示技術(shù)、硬拷貝技術(shù)、人機對話(huà)技術(shù)、故障人工干預技術(shù)等。考慮到操作人員從單機單人向系統化、網(wǎng)絡(luò )化情況下的許多不同崗位的操作人員群體發(fā)展、人機友好界面技術(shù)正向人機大系統技術(shù)發(fā)展。此外,隨著(zhù)儀器儀表的系統化、網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展,識別特定操作人員、防止非操作人員的介入技術(shù)也日益受到重視。

可靠性

隨著(zhù)儀器儀表和測控系統應用領(lǐng)域的日益擴大,可靠性技術(shù)特別是在一些軍事、航空航天、電力、核工業(yè)設施,大型工程和工業(yè)生產(chǎn)中起到提高戰斗力和維護正常工作的重要作用。這些部門(mén)一旦出現故障,將導致災難性的后果。因此裝置的可靠性、安全性、可維性、特別是包括受測控系統在內的整個(gè)系統的可靠性、安全性、可維性顯得特別重要。像2003年8月15日美國、加拿大大面積停電的事故,是決不應由部分設備故障而擴展造成!

儀器儀表和測控系統的可靠性技術(shù)除了測控裝置和測控系統自身的可靠性技術(shù)外,同時(shí)還要包括受測控裝置和系統出現故障時(shí)的故障處理技術(shù)。測控裝置和系統可靠性包括故障的自診斷、自隔離技術(shù),故障自修復技術(shù),容錯技術(shù),可靠性設計技術(shù),可靠性制造技術(shù)等。

防護等級

在確定儀器儀表眾多標準時(shí)我們常常遇到防護等級IP這一標準,那么何為防護等級以及它后面的數字代表什么呢?下面為大家作些介紹以方便大家在工作中查閱和參考。防護等級系統IP(INTERNATIONAL PROTECTION)是由IEC組織起草和制定的。該系統將儀器儀表依其防塵、防濕氣等特性加以分級。IP防護等級是由兩個(gè)數字所組成,第1個(gè)數字表示儀器儀表和電器離塵、防止外物侵入的等級,第2個(gè)數字表示儀器儀表和電器防濕氣、防水侵入的密閉程度,數字越大表示其防護等級越高。

第1個(gè)數字:

為0-表示沒(méi)有防護對外界的人或物無(wú)特殊防護。

為1-表示防止>50mm的固體物體侵入,防止人體(手掌)因意外而接觸到電器內部的零件,防止>50mm的外物侵入。

為2-表示防止>12mm的固體物體侵入,防止人體(手指)因意外而接觸到電器內部的零件;防止>12mm的外物侵入。

為3-表示防止>2.5mm的固體物體侵入,防止>2.5mm的細小外物而接觸到電器內部的零件。

為4-表示防止>1.0mm的固體物體侵入,防止>1.0mm的微小外物而接觸到電器內部的零件。

為5-表示防塵,完全防止外物侵入,且侵入的灰塵量不會(huì )影響電器的正常工作。

為6-表示防塵,完全防止外物侵入,且可完全防止灰塵侵入。

第2個(gè)數字:

為0-表示沒(méi)有防護。

為1-表示防止滴水侵入,垂直滴下的水滴不會(huì )對電器造成有害影響。

為2-表示傾斜15時(shí)仍可防止滴水侵入,儀器儀表和電器傾斜15時(shí)滴水不會(huì )對電器造成有害影響。

為3-表示防止噴灑的水侵入,防雨,或防止與垂直<60方向所噴灑的水侵入儀器儀表和電器造成損壞。

為4-表示防止飛濺的水侵入,防止各方向飛濺的水侵入儀器儀表和電器造成損壞。

為5-表示防止噴射的水侵入,防止各方向噴射的水侵入儀器儀表造成損壞。

為6-表示防止大浪侵入,防止大浪侵入安裝在甲板上的儀器儀表和電器造成損壞。

為7-表示防止浸水時(shí)水的侵入,儀器儀表和電器浸在水中一定時(shí)間或在一定標準的水壓下,能確保儀器儀表和電器不因進(jìn)水而造成損壞。

為8-表示防止沉沒(méi)時(shí)水的侵入,儀器儀表和電器無(wú)限期的沉沒(méi)在一定標準的水壓下,能確保儀器儀表不因進(jìn)水而造成損壞。

應用效果

1、集中管理各地客戶(hù)資源,統一客戶(hù)信息的平臺。

2、提高工作效率,并對現有資源進(jìn)行整合、共享。

3、使業(yè)務(wù)人員的行為更加有效,了解業(yè)務(wù)員的行動(dòng)狀態(tài)。

4、梳理業(yè)務(wù)狀態(tài),實(shí)現銷(xiāo)售的過(guò)程化管理。

發(fā)展史

古代工具

天文鐘/水運天文臺

(一)早期主要的測量、度量器具1.稱(chēng)重器和計時(shí)器人類(lèi)最早的度量器具是稱(chēng)重器和計時(shí)器,反映了人類(lèi)早期的認識和生活需求。現已發(fā)現公元前2500年使用天平的證據,而在普通貿易中使用天平的最早跡象是在公元前1350年。天平桿為木制,砝碼則是用青銅做成的各類(lèi)鳥(niǎo)獸形狀。原始的計時(shí)器主要有影鐘、水鐘和水運天文臺3種。公元前1450年,古埃及就有綠石板影鐘。至公元14世紀,用以表示時(shí)間的唯一可靠的方法是日晷或影鐘。

公元前600年至公元前525年,也有用棕櫚葉和鉛垂線(xiàn)記錄夜間時(shí)間和特定天體的儀器。當天體通過(guò)子午線(xiàn)時(shí),從棕櫚葉的開(kāi)口中觀(guān)察到天體穿過(guò)鉛垂線(xiàn)的過(guò)程。在中國江蘇儀征,出土了東漢中期的小型折疊銅質(zhì)民間測影儀器。

渾天儀

公元1400年前,埃及記錄較短時(shí)間的儀器叫水鐘,水鐘內有刻度,下有小孔,整個(gè)水鐘用雪花石膏做成瓶狀。在古希臘,古羅馬有當時(shí)世界上唯一的機械計時(shí)儀——水儀。通過(guò)水的傳遞計量時(shí)間,記錄的是不斷流動(dòng)的概念而不是連續相等的時(shí)間,非常不精確。中國北宋時(shí)期的蘇頌和韓公謙于1088年制作了天文計時(shí)器——天文儀象臺。它采用民間的水車(chē)、筒車(chē)、桔槔、凸輪和天平秤桿等,是集觀(guān)測、演示和報時(shí)為一身的天文鐘,被稱(chēng)為水運天文臺。2.指南針、渾天儀、地動(dòng)儀

在中國,公元前300~公元前100年,有人利用天然磁石的性質(zhì),發(fā)明了磁羅盤(pán),即定向儀器;指南針到宋代發(fā)展成熟。中國西夏時(shí)候就有觀(guān)測和記錄天文的儀器,叫渾天儀元代的郭守儀(1231年~1361年)對渾天儀進(jìn)行了改造,制成簡(jiǎn)儀,其制造水平在當時(shí)遙遙領(lǐng)先,其原理在現代工程測量、地形觀(guān)測和航海儀器中廣泛使用。東漢時(shí)期,張衡發(fā)明了世界上第一臺自動(dòng)天文儀——渾天儀和世界上第一臺觀(guān)測氣象的候風(fēng)儀,開(kāi)創(chuàng )了人類(lèi)使用儀器測量地震的歷史。

(二)中世紀的儀器

至1500年,世界上已有了精密儀器。這時(shí)的天文儀器已經(jīng)比較精確,主要有赤道經(jīng)緯儀、子午渾儀、視差儀,以及希臘的角度儀、水準儀及星盤(pán)等;計時(shí)儀器有便攜式日昝和水鐘;計算和證明儀器有天球儀、日歷、小時(shí)計算器等。這些儀器的制造工藝和使用材料等在當時(shí)都有相當高的水平和測量精度。780年,穆斯林造幣廠(chǎng)的工人把天平放在密閉容器中,以?xún)纱蔚姆Q(chēng)量結果相比較,天平經(jīng)過(guò)無(wú)數次擺動(dòng)達到平衡后讀取數據,能稱(chēng)出1 /3毫克。這是分析天平的始祖。

(三)文藝復興時(shí)期的科學(xué)儀器

15世紀后期,隨著(zhù)自然科學(xué)的發(fā)展,早期的科學(xué)儀器也以不同的背景和形式逐漸形成,主要有光學(xué)儀器、溫度計、擺鐘、數學(xué)儀器等。

1.光學(xué)儀器

1590年左右,荷蘭人扎哈里那斯·詹森制造了第一個(gè)非常精確的復合顯微鏡,這就是今天人們常說(shuō)的顯微鏡。

另一荷蘭人漢斯·利佩于1608年發(fā)明了單筒望遠鏡,后來(lái)又發(fā)明了雙筒望遠鏡。伽利略把望遠鏡和顯微鏡第一次用于科學(xué)實(shí)驗,并于1609年后制造了第一臺長(cháng)29米、直徑42毫米的鉛管儀器,所以后來(lái)人們常把伽利略作為望遠鏡和顯微鏡的實(shí)際發(fā)明者。1611年,刻卜勒出版了《屈光學(xué)》,解釋了望遠鏡和顯微鏡的光學(xué)原理,并提出了“天文望遠鏡”的設想。再后來(lái),沙伊納制造第一架天文望遠鏡,牛頓于1668年制成了第一架天文反射望遠鏡。

18世紀后半葉,所有的光學(xué)儀器都是在開(kāi)普勒式透鏡組合的基礎上改造。

1.溫度計

伽利略在他早期的實(shí)驗中,用玻璃管制成了空氣溫度計。后來(lái),托斯卡斯的大公斐迪南二世改良制成液體溫度計。

大約1714年,華倫海特創(chuàng )造了以其名字命名的溫度計,被稱(chēng)為華氏溫度計。17世紀末,氣壓計和溫度計與刻度標尺、指針和其它配件配合安裝在一起,成為儀器大家庭中的重要組成部分,也是儀器制造貿易中的重要部分。

1.數學(xué)儀器

英格蘭的吉米尼(Thomas Gemini)率先進(jìn)行數學(xué)儀器(1524年~1562年)的制造,之后不久英國雕刻匠和制模匠科爾(Humfray Cole)開(kāi)始從事儀器的專(zhuān)門(mén)制作,從此開(kāi)始出現了大批的儀器供應商,產(chǎn)品范圍也由星盤(pán)、日昝和象限儀擴展到觀(guān)測和測量用儀器,以及一系列演示“自然科學(xué)實(shí)驗”的儀器。

1.其它儀器

到1650年后,新型的精密儀器就不斷地被制造出來(lái)。如測量用的圓周儀、量角器,航海用的高度觀(guān)測儀和反向式八分儀,繪圖和校儀用的分度尺和繪圖儀,還有經(jīng)緯儀、氣泡水平儀、新型望遠準鏡、測探儀、海水取暖器、玻意爾制造的比重計、擺鐘,等等。這些精密儀器為17世紀后自然科學(xué)的發(fā)展提供了重要保障,是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的標志,也為科學(xué)儀器的進(jìn)一步發(fā)展打下了良好的基礎。

近代儀表

到了18世紀初,由于科學(xué)研究和科學(xué)課堂的需求,制造者們開(kāi)始設計和生產(chǎn)標準的儀器和配件;儀表工匠與其它專(zhuān)業(yè)制造者聯(lián)合起來(lái),制造了光學(xué)、氣動(dòng)、磁力和電力等方面的儀器,從此將儀器與儀表正式結合起來(lái),使儀器儀表融為一體,成為一個(gè)專(zhuān)門(mén)的學(xué)科。

1.以蒸汽機的發(fā)明為標志,一種將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動(dòng)力機械,引起了18世紀的工業(yè)革命,人類(lèi)進(jìn)入了工業(yè)化時(shí)代。

1800年,英國的特里維西克設計了可安裝在較大車(chē)體上的高壓蒸汽機,這是機車(chē)的雛型。英國的史蒂芬孫將機車(chē)不斷改進(jìn),在1829年創(chuàng )造了“火箭”號蒸汽機車(chē),該機車(chē)拖帶一節載有30位乘客的車(chē)廂,時(shí)速達46公里/時(shí),引起了各國的重視,開(kāi)創(chuàng )了鐵路時(shí)代。

1.自從奧斯特在1820發(fā)現了電流的磁效應,奧斯特做了六十多個(gè)實(shí)驗,考察電流對磁針作用的強弱、電流對磁針的影響;并在1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗》的論文,向科學(xué)界宣布了電流的磁效應,揭開(kāi)了電磁學(xué)的序幕,標志著(zhù)電磁學(xué)時(shí)代的到來(lái)。

1831年8月26日,法拉第用伏打電池在給一組線(xiàn)圈通電(或斷電)的瞬間,在另一組線(xiàn)圈獲得的感生電流,稱(chēng)之為“伏打電感應”。同年10月17日,法拉第完成了在磁體與閉合線(xiàn)圈相對運動(dòng)時(shí)在閉合線(xiàn)圈中激發(fā)電流的實(shí)驗,稱(chēng)之為“磁電感應”,并提出磁場(chǎng)的概念,實(shí)現了“磁生電”,創(chuàng )造電磁力學(xué),設計了圓盤(pán)發(fā)電機,宣告了電氣時(shí)代的到來(lái),以電磁為核心的第一代電磁式儀器開(kāi)始逐步走向成熟。

雷達

電磁效應的發(fā)現與應用,為原始的機械式儀器儀表向電磁式儀器儀表發(fā)展提供了理論和技術(shù)保障,使第一代指針式儀器儀表正式形成與發(fā)展。3.麥克斯韋繼法拉第之后集電磁學(xué)大成,在1865年他預言了電磁波的存在,說(shuō)并指出電磁波只可能是橫波,計算出電磁波的傳播速度等于光速。麥克斯韋于1873年建立電磁理論,在出版的科學(xué)名著(zhù)《電磁理論》中系統、全面、完美地闡述了電磁場(chǎng)理論,成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。4.1886年至1888年,德國物理學(xué)家赫茲通過(guò)試驗驗證了麥克斯韋爾的理論,證明了無(wú)線(xiàn)電輻射具有波的所有特性,進(jìn)而發(fā)現了無(wú)線(xiàn)電波,設計出了雷達,開(kāi)啟了無(wú)線(xiàn)電波通信技術(shù),使遠距離無(wú)線(xiàn)測量?jì)x器的出現成為可能,讓電話(huà)、電視等電器有了飛躍發(fā)展。

1.隨著(zhù)X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)先后被德國科學(xué)家倫琴、法國科學(xué)家P.V.維拉德發(fā)現,因其超強穿透力這一特性,使儀器的功能與概念被進(jìn)一步推向更深的領(lǐng)域,如廣東正業(yè)的X光檢查機、檢孔機ASIDA-JK2400、線(xiàn)寬檢測儀等儀器,就采用了X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)的超強穿透力研發(fā)的先進(jìn)檢測儀器設備。

6.20世紀初,電子技術(shù)的發(fā)展使各類(lèi)電子儀器快速產(chǎn)生,如今后普及全球的電子計算機,便是從這一時(shí)代開(kāi)始崛起的。同時(shí),隨著(zhù)工業(yè)化程度的不斷提高,各行各業(yè)的電子儀器如雨后春筍般地出現,如計量、分析、生物、天文、汽車(chē)、電力、石油、化工儀器等。

電子儀器的產(chǎn)生使儀器儀表從模擬式儀器過(guò)渡到數字式儀器。

發(fā)展趨勢

20世紀中期以后,隨著(zhù)自動(dòng)控制理論的產(chǎn)生和自動(dòng)控制技術(shù)的成熟,以A/D(數字/模擬轉換)環(huán)節為基礎的數字式儀器得到快速發(fā)展。

伴隨著(zhù)計算機、通訊、軟件和新材料、新技術(shù)等的快速發(fā)展與成熟,人工智能、在線(xiàn)測控成為可能,使儀器走向智能化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò )化。

數字儀器、智能儀器、個(gè)人計算機儀器、虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò )儀器代表了20世紀現代科學(xué)儀器發(fā)展的主流與方向。

十二五”期間工信部已把傳感器及智能化儀器儀表擺到推動(dòng)制造業(yè)轉型升級的重要位置,在工信部相關(guān)資源中對傳感器及智能化儀器儀表的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化予以支持。

數字化是智能儀器、個(gè)人儀器和虛擬儀器的基礎,是計算機技術(shù)進(jìn)入測量?jì)x器的前提。廣泛應用于電子數字計算機、數控技術(shù)、通訊設備、數字儀表等方面,諸如人類(lèi)第一臺電子數字計算機ENIAC,愛(ài)思達金相顯微鏡,體視顯微鏡,X光檢查機等。

智能儀器

智能儀器是把一個(gè)微型計算機系統嵌入到數字式電子測量?jì)x器中而構成的獨立式儀器。

嵌入的計算機系統可以是芯片級,如單片機、數字信號處理(Digital Signal Processing,DSP)等,模板級如PC-4。也可以是系統級,如微型計算機系統,可編程單芯片系統(System on a ProgrammableChip,SOPC)等。

智能儀器在結構上自成一體,有的儀器內部還帶有專(zhuān)用的微型計算機系統和通用接口總線(xiàn)(General Purpose Interface Bus,GP IB)接口,能獨立完成測試。智能儀器由于引入了計算機,功能強大,性能優(yōu)異,使用靈活、方便,是現階段高檔電子儀器的主體。如離子污染測試儀,上PIN機,雙盤(pán)研磨機,剝離強度測試儀,拉脫強度測試儀等都采用智能技術(shù)的現代化精密檢測儀器,又比如納米智能機器人。

彩印儀器卡

隨著(zhù)新技術(shù)、新工藝和嵌入式系統技術(shù)的不斷進(jìn)步,智能儀器還在不斷發(fā)展,不斷推陳出新,不斷提高智能水平。個(gè)人儀

把測試功能的硬件模塊,做成一個(gè)I/O插卡(儀器卡),直接插入個(gè)人計算機( PC)擴展插槽,再配置相應的測試軟件,使計算機能夠完成測量?jì)x器的功能,構成一個(gè)以PC為基礎的個(gè)人計算機儀器。個(gè)人計算機儀器充分吸取了GP IB標準化和智能儀器智能化的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又能共享PC機的硬件、外設和軟件資源,使其顯示出強大的生命力。

虛擬儀器

虛擬技術(shù)是利用計算機界面和在線(xiàn)幫助功能,建立儀器虛擬板面,通過(guò)計算操作完成對對象的測試分析功能。

虛擬儀器實(shí)質(zhì)上是“軟硬結合”、“虛實(shí)結合”的產(chǎn)物。它充分利用計算機技術(shù)來(lái)實(shí)現和擴展傳統儀器的功能。在虛擬儀器中,硬件只是信號傳輸的介質(zhì),軟件才是整個(gè)儀器系統的關(guān)鍵。

用戶(hù)可根據自己的需要通過(guò)編制不同的測試軟件來(lái)構建不同功能的測試系統。其中,許多硬件功能可直接由軟件實(shí)現,系統具有極強的通用性和多功能性。

網(wǎng)絡(luò )儀器

基于Internet和Intranet的網(wǎng)絡(luò )儀器是計算機技術(shù)、虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的完美結合,代表了當前和今后儀器儀表領(lǐng)域的發(fā)展潮流,已在測量與測控領(lǐng)域內顯現。如網(wǎng)絡(luò )化流量計、網(wǎng)絡(luò )化傳感器、網(wǎng)絡(luò )化示波器、網(wǎng)絡(luò )化分析儀和網(wǎng)絡(luò )化計量表等,都成為人們的新寵。

網(wǎng)絡(luò )化儀器可實(shí)現任意時(shí)間、任何地點(diǎn)對系統的遠程訪(fǎng)問(wèn),實(shí)時(shí)獲得儀器的工作狀態(tài);通過(guò)友好的用戶(hù)界面,不僅可對遠程儀器進(jìn)行功能控制和狀態(tài)檢測,還能將遠程儀器測得的數據快速傳遞給本地計算機。與傳統的儀器相比,網(wǎng)絡(luò )儀器具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢,如功能分散、危險分散、地理分散、管理集中、通信功能強、網(wǎng)絡(luò )隔離度高、分布廣泛;系統操作簡(jiǎn)單,人機界面友好,便于擴展和維護;通信標準公開(kāi)、一致、開(kāi)放,儀器間信息資源共享,具有互操作性,可組建大規模分布式測控網(wǎng)絡(luò ),等等。因此,網(wǎng)絡(luò )儀器已成為現代儀器儀表發(fā)展的突出方向。

行業(yè)趨勢

我國儀器儀表行業(yè)發(fā)展規劃

我國已步入儀器儀表生產(chǎn)大國行業(yè),通過(guò)多年發(fā)展已具備了相當的產(chǎn)業(yè)規模,面對錯綜復雜的國際貿易形勢,我國儀器儀表行業(yè)應牢牢抓住發(fā)展的戰略?xún)?yōu)勢期,本著(zhù)“創(chuàng )新優(yōu)先、重點(diǎn)突破、技術(shù)融合、夯實(shí)基礎、多元投入”的原則,布局符合戰略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規劃。

諾美觀(guān)點(diǎn):

我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展迅速,但暴露的問(wèn)題也較多,阻礙了產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現又好又快發(fā)展的步伐,在此背景下全行業(yè)應努力實(shí)現產(chǎn)業(yè)轉型,提高研發(fā)力度,同時(shí)也希望國家加大對儀器儀表工業(yè)的重視和支持,協(xié)商并給予必要的扶植政策。

在信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下,儀器儀表及測量控制技術(shù)得到日益廣泛應用,給儀器儀表行業(yè)的快速發(fā)展提供了良好契機[1]。儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和組成部分,是信息技術(shù)的重要基礎。錢(qián)學(xué)森院士對新技術(shù)革命有如下論述:“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù),信息技術(shù)由測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成,測量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎”。國際上也將信息技術(shù)生產(chǎn)行業(yè)定性為計算機、通訊、儀器儀表三個(gè)行業(yè)。

儀器儀表應用領(lǐng)域廣泛,覆蓋了工業(yè)、農業(yè)、交通、科技、環(huán)保、國防、文教衛生、人民生活等各個(gè)方面,在國民經(jīng)濟建設各行各業(yè)的運行過(guò)程中承擔著(zhù)把關(guān)者和指導者的任務(wù)。據(2014年中國儀器儀表行業(yè)概況分析)分析,由于其地位特殊、作用大,對國民經(jīng)濟有巨大倍增和拉動(dòng)作用,有著(zhù)良好的市場(chǎng)需求和巨大的發(fā)展潛力。具體的需求主要分為以下幾個(gè)方面:

(1)高水平的科學(xué)研究和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展提高了對儀器儀表的需求,也深刻認識到工業(yè)控制對控制理論的需求,而且鼓勵引導科學(xué)家們去更多關(guān)注自動(dòng)理論的研究工作。

(2)儀器儀表已成為現代國防建設所需裝備的重要組成部分,我國航天工業(yè)固定資產(chǎn)的1/3 是儀器儀表和計算機;運載火箭的儀器開(kāi)支占全部研制經(jīng)費的1/2左右;導彈的高精度制導、控制,航天經(jīng)緯測量和紅外成像、專(zhuān)用高溫實(shí)驗設備等都是國防裝備中的重點(diǎn)產(chǎn)品。

(3)儀器儀表廣泛應用于裝備、改造傳統產(chǎn)業(yè)工藝流程的測量和控制。

(4)儀器儀表在探索人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展、抵御自然災害、實(shí)施有關(guān)法律(質(zhì)量、商檢、計量、環(huán)保等)的過(guò)程中作為重要實(shí)施手段和保障工業(yè)被普遍采用。

分類(lèi)

分類(lèi)標準

儀器儀表是多種科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)物,品種繁多,使用廣泛,而且不斷更新,有多種分類(lèi)方法。按使用目的和用途來(lái)分,主要有量具量?jì)x、汽車(chē)儀表、拖拉機儀表、船用儀表、航空儀表、導航儀器、駕駛儀器、無(wú)線(xiàn)電測試儀器、載波微波測試儀器、地質(zhì)勘探測試儀器、建材測試儀器、地震測試儀器、大地測繪儀器、水文儀器、計時(shí)儀器、農業(yè)測試儀器、商業(yè)測試儀器、教學(xué)儀器、醫療儀器、環(huán)保儀器等。

產(chǎn)品儀表

屬于機械工業(yè)產(chǎn)品的儀器儀表有工業(yè)自動(dòng)化儀表、電工儀器儀表、光學(xué)儀器,分析儀器、實(shí)驗室儀器與裝置、材料試驗機、氣象晦洋儀器、電影機械、照相機械、復印縮微機械、儀器儀表元器件、儀器儀表材料、儀器儀表工藝裝備等十三類(lèi)。它們通用性較強,批量較大,或為儀器儀表工業(yè)所必需的基礎。

特征分類(lèi)

各類(lèi)儀器儀表按不同特征,例如功能、檢測控制對象、結構、原理等還可再分為若干的小類(lèi)或子類(lèi)。如工業(yè)自動(dòng)化儀表按功能可分為檢測儀表、回路顯示儀表、調節儀表和執行器等;其中檢測儀表按被測物理量又分為溫度測量?jì)x表、壓力測量?jì)x表、流量測量?jì)x表、物位測量?jì)x表和機械量測量?jì)x表等;溫度測量?jì)x表按測量方式又分為接觸式測溫儀表和非接觸式測溫儀表;接觸式測溫儀表又可分為熱電式、膨脹式、電阻式等。

壓力測量?jì)x表

其它分類(lèi)

其他各類(lèi)儀器儀表的分類(lèi)法大體類(lèi)似,主要與發(fā)展過(guò)程、使用習慣和有關(guān)產(chǎn)品的分類(lèi)有關(guān)。儀器儀表在分類(lèi)方面尚無(wú)統一的標準,儀器儀表的命名也存在類(lèi)似情況。

在現實(shí)實(shí)際工作中,我們經(jīng)常將儀器儀表分為兩個(gè)大類(lèi):自動(dòng)化儀表和便攜式儀器儀表,自動(dòng)化儀表指需要固定安裝在現場(chǎng)的儀表,也稱(chēng)現場(chǎng)安裝儀器儀表或者表盤(pán)安裝儀器儀表,這類(lèi)儀表需要和其他設備配套使用,以完成某一項或幾項功能;便攜式儀器儀表是指單獨使用,有時(shí)也叫檢測儀器儀表,一般分臺式和手持兩種。

儀器儀表還有一種分類(lèi),叫一次儀表和二次儀表,一次儀表指傳感器這類(lèi)直接感觸被測信號的部分,二次儀表指放大、顯示、傳遞信號部分。

特點(diǎn)

軟件化

隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展,微處理器的速度越來(lái)越快,價(jià)格越來(lái)越低,已被廣泛應用于儀器儀表中,使得一些實(shí)時(shí)性要求很高,原本由硬件完成的功能,可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現。甚至許多原來(lái)用硬件電路難以解訣或根本無(wú)法解決的問(wèn)題,也可以采用軟件技術(shù)很好地加以解決。數字信號處理技術(shù)的發(fā)展和高速數字信號處理器的廣泛采用,極大地增強了儀器的信號處理能力。數字濾波、FFT、相關(guān)、卷積等是信號處理的常用方法,其共同特點(diǎn)是,算法的主要運算都是由迭代式的乘和加組成,這些運算如果在通用微機上用軟件完成,運算時(shí)間較長(cháng),而數字信號處理器通過(guò)硬件完成上述乘、加運算,大大提高了儀器性能,推動(dòng)了數字信號處理技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域的廣泛應用。

集成化

大規模集成電路LSI技術(shù)發(fā)展到今天,集成電路的密度越來(lái)越高,體積越來(lái)越小,內部結構越來(lái)越復雜,功能也越來(lái)越強大,從而大大提高了每個(gè)模塊進(jìn)而整個(gè)儀器系統的集成度。模塊化功能硬件是現代儀器儀表的一個(gè)強有力的支持,它使得儀器更加靈活,儀器的硬件組成更加簡(jiǎn)潔,比如在需要增加某種測試功能時(shí),只需增加少量的模塊化功能硬件,再調用相應的軟件來(lái)使用此硬件即可。

參數整定

隨著(zhù)各種現場(chǎng)可編程器件和在線(xiàn)編程技術(shù)的發(fā)展,儀器儀表的參數甚至結構不必在設計時(shí)就確定,而是可以在儀器使用的現場(chǎng)實(shí)時(shí)置入和動(dòng)態(tài)修改。

編程器

通用化

現代儀器儀表強調軟件的作用,選配一個(gè)或幾個(gè)帶共性的基本儀器硬件來(lái)組成一個(gè)通用硬件平臺,通過(guò)調用不同的軟件來(lái)擴展或組成各種功能的儀器或系統。一臺儀器大致可分解為三個(gè)部分:1)數據的采集;2)數據的分析與處理;3)存儲、顯示或輸出。傳統的儀器是由廠(chǎng)家將上述三類(lèi)功能部件根據儀器功能按固定的方式組建,一般一種儀器只有一種或數種功能。而現代儀器則是將具有上述一種或多種功能的通用硬件模塊組合起來(lái),通過(guò)編制不同的軟件來(lái)構成任何一種儀器。

性能

衡量?jì)x器儀表性能的主要技術(shù)指標有精確度、靈敏度、響應時(shí)間等。精確度表示儀表測量結果與被測量真值的一致程度。儀器儀表的精確度常用精確度等級來(lái)表示,例如0.1級、0.2級、0.5級、1.0級、1.5級等。0.1級表儀表總的誤差不超過(guò)±1.0%范圍。精確度等級數小,說(shuō)明儀表的系統誤差和隨機誤差都小,也就是這種儀表精密。靈敏度表示當被測的量有一個(gè)很小的增量時(shí)與此增量引起儀表示值增量之比,它反映儀表能夠測量的最小被測量。響應時(shí)間是指儀表輸入一個(gè)階躍量時(shí),其輸出由初始值第一次到達最終穩定值的時(shí)間間隔,一般規定以到達穩定值的95%時(shí)的時(shí)間為準。此外,還有重復性、線(xiàn)性度、滯環(huán)、死區、漂移等性能技術(shù)指標。

市場(chǎng)分析

中、低檔電工儀器儀表產(chǎn)品國內市場(chǎng)占有率達到95%,高檔產(chǎn)品的國內市場(chǎng)占有率和中低檔產(chǎn)品的國外市場(chǎng)占有率在現有基礎上有大幅度提高。中國儀表產(chǎn)業(yè)在2010年的市場(chǎng)發(fā)展將有望提高。產(chǎn)品結構調整目標。其中工業(yè)自動(dòng)化儀表,重點(diǎn)發(fā)展基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的主控系統裝置及智能化儀表、特種和專(zhuān)用的自動(dòng)化儀表。產(chǎn)品技術(shù)水平達到20世紀90年代后期國外先進(jìn)水平,2005年銷(xiāo)售額占到國產(chǎn)儀表銷(xiāo)售額的30%。面向市場(chǎng),全面擴大服務(wù)領(lǐng)域,推進(jìn)儀表系統的數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化,完成自動(dòng)化儀表從模擬技術(shù)向數字技術(shù)的轉變,“十五”末數字儀表的品種數達到60%以上。

冬季保溫

采取的措施通常有:選型,保溫伴熱,維護(點(diǎn)巡檢、排污)等。

選型措施

選帶保溫裝置型儀表。根據儀表的類(lèi)別用途及擬安裝地理位置,提出該儀表的保溫防凍需求,再提交與廠(chǎng)家來(lái)處理。

北方有的地方晝夜溫差太大,夜間可以到達-20多度,若從選型上解決則性?xún)r(jià)比相當大不合算.而選擇

保溫措施

用保溫材料保溫,即用保溫材料將儀表易凍或怕凍的部位包起來(lái)。冬季來(lái)臨時(shí)要檢查、經(jīng)常排污,防止包裝的保溫材料破損。

伴熱措施

1、蒸汽伴熱措施

即使用管蒸汽暖氣保溫。冬季保溫送汽之前要檢查一下蒸汽保溫管路是否暢通或堵塞。最好蒸汽是24小時(shí)通的,不要太熱,有時(shí)還要根據天氣溫度變化來(lái)調整供保溫汽量,以防止溫度太高使變送器引壓管內冷凝液汽化影響變送器工作或因溫度太低使變送器引壓管內冷凝液冷凍影響變送器工作暢通。

2、保溫保護箱措施

a、電熱管伴熱保溫箱,由箱體、加熱器、儀表托架等三大部分組成,其結構形式與保護箱相同,所不同的是箱內裝有電器加熱裝置,起結構形式如圖,電熱裝置是由電熱管,溫度控制器組成,箱體側面裝有插座,當接通電源后,箱內加熱到所需溫度時(shí),再由溫度控制器接通電源繼續升溫。通過(guò)反復工作使箱內溫度能保持在一定范圍內。其恒溫加熱器主要參數:

⑴、額定電壓200V.50Hz

⑵、額定功率300~500W

⑶、控制溫度可由用戶(hù)自定

⑷、恒溫加熱器也可做成防爆型

⑸、電熱管材料有三種:即銅管、碳鋼管、不銹鋼管。

溫度控制器

b、蒸氣管伴熱保溫箱,伴熱管是用金屬管制成S型結構。箱體上下采用焊接式穿板接頭與伴熱管焊接而成,伴熱管安裝在箱內為上進(jìn)下出,通過(guò)蒸氣在管腔內的循環(huán)而達到加熱目的。伴熱管材料一般分為兩種,即紫銅管,無(wú)縫鋼管(碳鋼)。

c、為關(guān)鍵儀表箱再加一層保溫棉,在保溫箱門(mén)口和進(jìn)出管線(xiàn)口加膠密封,可達到儀表系統更佳保溫防凍效果。

3、電加熱帶措施

電伴熱保溫技術(shù)是一種新型的由電能直接轉化為熱能的供暖技術(shù)。加裝保溫電纜,將伴熱帶,纏繞在儀表上,或粘在儀表柜內部(但要注意所用伴熱帶的長(cháng)度,要經(jīng)濟適度)。

適用于管道、閥門(mén)、泵體的伴熱、防凍和保溫或者維持儀表管線(xiàn)工藝溫度的單相恒功率電熱帶,單位長(cháng)度發(fā)熱量恒定,輸出功率不受環(huán)境溫度變化而改變,使用長(cháng)度和功率成正比,在安裝時(shí)可以任意剪接,但必須保留有一個(gè)發(fā)熱節(即至少2.5m),外層編織層具有傳熱、散熱作用,同時(shí)能作為防靜電的安全接地。主要用于各種管道、儀表的防凍、保溫,最高維持溫度150℃。注意:對溫度要求嚴格控制的液體管線(xiàn)的伴熱和保溫(須配用溫度控制器)。

市場(chǎng)上還有一種產(chǎn)品,是軟包裝的電伴熱保護套,專(zhuān)門(mén)用于空間比較狹小的儀表伴熱,防爆,主要安裝在儀表的引壓管段和閥門(mén)處。

維護措施

1、安裝措施 合理選擇安裝地點(diǎn):干燥、無(wú)雨雪滴漏的地方。

2、點(diǎn)檢措施 有條件時(shí)由專(zhuān)人每日對保溫材料的是否破損、蒸汽管路的是否堵塞進(jìn)行技術(shù)確認與技術(shù)處置。

3、報警措施 有條件的可加裝蒸汽泄露或斷電狀態(tài)的聲光報警小裝置,以方便保溫防凍措施隱患的發(fā)現與及時(shí)整治。

4、巡檢措施 由區域儀表維護責任人按預定巡檢路線(xiàn)定時(shí)巡檢。巡檢中要檢查保溫管線(xiàn)閥門(mén)是否正常、保溫箱是否正常、疏水裝置是否正常、保溫材料包裝是否完好、電伴熱供電元器件是否正常等。對易凍裝置儀表進(jìn)行重點(diǎn)檢查并做好巡檢記錄,進(jìn)行儀表及其保溫防凍措施進(jìn)行干燥、完整、潔凈的維護保養,及時(shí)解決現場(chǎng)發(fā)生的保溫伴熱問(wèn)題。

應用領(lǐng)域

儀器儀表應用領(lǐng)域廣泛,覆蓋了工業(yè)、農業(yè)、交通、科技、環(huán)保、國防、文教衛生、人民生活等各方面,在國民經(jīng)濟建設各行各業(yè)的運行過(guò)程中承擔著(zhù)把關(guān)者和指導者的任務(wù)。由于其地位特殊、作用大,對國民經(jīng)濟有巨大倍增和拉動(dòng)作用,有著(zhù)良好的市場(chǎng)需求和巨大的發(fā)展潛力。

(一)儀器儀表行業(yè)市場(chǎng)需求對象及覆蓋范圍具體的需求對象可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行表述:

1..在人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入知識經(jīng)濟時(shí)代、信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下,儀器儀表及其測量控制技術(shù)得到日益廣泛應用,給儀器儀表行業(yè)的快速發(fā)展提供了良好契機。儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和組成部分,是信息技術(shù)的重要基礎。錢(qián)學(xué)森院士對新技術(shù)革命有如下論述:"新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù),信息技術(shù)是測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成,測量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎。"國際上也將信息技術(shù)生產(chǎn)行業(yè)定性為計算機、通訊、儀器儀表三個(gè)行業(yè)。

2..儀器儀表廣泛應用于裝備、改造傳統產(chǎn)業(yè)的工藝流程的測量和控制,是現代化大型重點(diǎn)成套裝備的重要組成部分,是信息化帶動(dòng)工業(yè)化的重要紐帶。據有關(guān)資料顯示,隨著(zhù)裝備水平的提高,儀器儀表在工程設備總投資中的比重已達到18%左右;現代化的寶鋼技術(shù)裝備投資中,有1/3的經(jīng)費用于購置儀器和自控系統。

3..儀器儀表已成為現代國防建設技術(shù)裝備的重要組成部分,中國航天工業(yè)的固定資產(chǎn)1/3是儀器儀表和計算機;運載火箭的儀器開(kāi)支占全部研制經(jīng)費的1/2左右;導彈的高精度制導、控制,航天精緯測量和紅外成像、專(zhuān)用高溫實(shí)驗設備等都是國防裝備中的重點(diǎn)產(chǎn)品。

4..儀器儀表在探索人類(lèi)社會(huì )可持續發(fā)展、抵御自然災害、依法治國并實(shí)施有關(guān)法律(質(zhì)量、商檢、計量、環(huán)保等)的過(guò)程中作為重要實(shí)施手段和保障工業(yè)被普遍采用。

5.高水平的科學(xué)研究和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展提高了對儀器儀表的需求,儀器儀表在實(shí)施科教興國、知識創(chuàng )新和技術(shù)創(chuàng )新的過(guò)程中,正發(fā)揮十分重要的作用。各項高水平的科學(xué)實(shí)驗離不開(kāi)科學(xué)儀器,現代科學(xué)的進(jìn)步也越來(lái)越依靠尖端儀器的發(fā)展。現代生物、醫學(xué)、生態(tài)環(huán)境保護、新材料(納米材料等)、現代農業(yè)等諸多領(lǐng)域的發(fā)展,同樣是建立在尖端精密儀器科技發(fā)展的基礎上。

故障診斷

1、敲擊手壓法

我們使用儀器時(shí),經(jīng)常會(huì )遇到儀器運行時(shí)好時(shí)壞的現象,這種現象絕大多數是由于接觸不良或虛焊造成的。對于這種情況可以采用敲擊與手壓法。

所謂的“敲擊”就是對可能產(chǎn)生故障的部位,通過(guò)小橡皮鎯頭或其他敲擊物輕輕敲打插件板或部件,看看是否會(huì )引起出錯或停機故障。所謂“手壓”就是在故障出現時(shí),關(guān)上電源后對插的部件和插頭和座重新用手壓牢,再開(kāi)機試試是否會(huì )消除故障。如果發(fā)現敲打一下機殼正常,再敲打又不正常時(shí),最好先將所有接頭重插牢再試,若不成功,只好另想其它辦法。

2、觀(guān)察法

利用視覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)。某些時(shí)候,損壞了的元件會(huì )變色、起泡或出現燒焦的斑點(diǎn);燒壞的器件會(huì )產(chǎn)生一些特殊的氣味;短路的芯片會(huì )發(fā)燙;用肉眼也能觀(guān)察到虛焊或脫焊處。

3、排除法

所謂的排除法是通過(guò)拔插機內一些插件板、器件來(lái)判斷故障原因的方法。當拔除某一插件板或器件后儀表恢復正常,就說(shuō)明故障發(fā)生在那里。

4、替換法

要求有兩臺同型號的儀器或有足夠的備件。將一個(gè)好的備品與故障機上的同一元器件進(jìn)行替換,看故障是否消除。

5、對比法

要求有兩臺同型號的儀表,并有一臺是正常運行的。使用這種方法還要具備必要的設備,例如,萬(wàn)用表、示波器等。按比較的性質(zhì)分有,電壓比較、波形比較、靜態(tài)阻抗比較、輸出結果比較、電流比較等。

具體方法是:讓有故障的儀表和正常儀表在相同情況下運行,而后檢測一些點(diǎn)的信號再比較所測的兩組信號,若有不同,則可以斷定故障出在這里。這種方法要求維修人員具有相當的知識和技能。

6、升降溫法

有時(shí),儀表工作較長(cháng)時(shí)間,或在夏季工作環(huán)境溫度較高時(shí)就會(huì )出現故障,關(guān)機檢查正常,停一段時(shí)間再開(kāi)機又正常,過(guò)一會(huì )兒又出現故障。這種現象是由于個(gè)別IC或元器件性能差,高溫特性參數達不到指標要求所致。為了找出故障原因,可采用升降溫法。

所謂降溫,就是在故障出現時(shí),用棉纖將無(wú)水酒精在可能出故障的部位抹擦,使其降溫,觀(guān)察故障是否消除。所謂升溫就是人為地將環(huán)境溫度升高,比如用電烙鐵放近有疑點(diǎn)的部位(注意切不可將溫度升得太高以致?lián)p壞正常器件)試看故障是否出現。

7、騎肩法

騎肩法也稱(chēng)并聯(lián)法。把一塊好的IC芯片安在要檢查的芯片之上,或者把好的元器件(電阻電容、二極管、三極管等)與要檢查的元器件并聯(lián),保持良好接觸,如果故障出自于器件內部開(kāi)路或接觸不良等原因,則采用這種方法可以排除。

8、電容旁路法

當某一電路產(chǎn)生比較奇怪的現象,例如顯示器混亂時(shí),可以用電容旁路法確定大概出故障的電路部分。將電容跨接在IC的電源和地端;對晶體管電路跨接在基極輸入端或集電極輸出端,觀(guān)察對故障現象的影響。如果電容旁路輸入端無(wú)效而旁路它的輸出端時(shí)故障現象消失,則確定故障就出現在這一級電路中。

9、狀態(tài)調整法

一般來(lái)說(shuō),在故障未確定前,不要隨便觸動(dòng)電路中的元器件,特別是可調整式器件更是如此,例電位器等。但是如果事先采取復參考措施(例如,在未觸動(dòng)前先做好位置記號或測出電壓值或電阻值等),必要時(shí)還是允許觸動(dòng)的。也許改變之后有時(shí)故障會(huì )消除。

10、隔離法

故障隔離法不需要相同型號的設備或備件作比較,而且安全可靠。根據故障檢測流程圖,分割包圍逐步縮小故障搜索范圍,再配合信號對比、部件交換等方法,一般會(huì )很快查到故障之所在。

未來(lái)發(fā)展

我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)未來(lái)十年,應牢牢抓住發(fā)展的戰略機遇期,面向傳統產(chǎn)業(yè)改造提升和戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求,針對制造過(guò)程中的感知、分析、決策、控制和執行等環(huán)節,融合集成先進(jìn)制造、信息和智能等技術(shù),實(shí)現制造業(yè)的自動(dòng)化、智能化、精益化和綠色化,朝向以下幾個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向不斷向前發(fā)展:

重點(diǎn)發(fā)展:

1、高檔數控機床與基礎制造裝備:

加快實(shí)施《高檔數控機床與基礎制造裝備》科技重大專(zhuān)項,加強專(zhuān)項研究成果的示范應用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。重點(diǎn)發(fā)展高速、精密、復合數控金切機床、重型數控金切機床、數控特種加工機床、大型數控成形沖壓設備;重型鍛壓設備、清潔高效鑄造設備、新型焊接設備、大型清潔熱處理與表面處理設備、非金屬成型設備、新材料制備裝備、高檔數控系統、數控機床功能部件、數字化工具系統及量?jì)x。

2、智能控制系統:

重點(diǎn)發(fā)展綜合性分散型控制系統DCS,具有與現場(chǎng)總線(xiàn)設備實(shí)現動(dòng)態(tài)數據交換功能的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS,邏輯控制、運動(dòng)控制、模擬控制等功能有機集成的可編程控制系統PLC,先進(jìn)高效發(fā)動(dòng)機及其智能控制系統,新能源、新材料、節能環(huán)保等新興產(chǎn)業(yè)所需要的專(zhuān)用控制系統。

3、自動(dòng)化成套生產(chǎn)線(xiàn):

重點(diǎn)發(fā)展百萬(wàn)噸級及以上大型乙烯、大型PTA自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的系統集成,大型煤化工自動(dòng)化關(guān)鍵裝備;大型液化天然氣生產(chǎn)儲能自動(dòng)化關(guān)鍵裝備、大型天然氣長(cháng)距離輸送系統;高效棉紡、短流程染整自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn);大型煤炭井下自動(dòng)化綜合采掘成套設備及大型露天礦自動(dòng)化成套設備。

4、精密和智能儀器儀表與試驗設備:

重點(diǎn)發(fā)展高精度、高穩定性、智能化壓力、流量、物位、成份儀表與高可靠執行器,智能電網(wǎng)先進(jìn)量測儀器儀表AMI,材料分析精密測試儀器與力學(xué)性能測試設備,新型無(wú)損檢測及環(huán)境、多用熱值測定儀、安全檢測儀器,國防特種測試儀器等各類(lèi)試驗設備。

5、關(guān)鍵基礎零部件、元器件及通用部件:

重點(diǎn)發(fā)展高可靠性力敏、磁敏等傳感器,新型復合、光纖、MEMS、生物傳感器,儀表專(zhuān)用芯片,色譜、光譜、多用熱值測定儀、質(zhì)譜檢測器件;高參數、高精密和高可靠性軸承、液壓/氣動(dòng)/密封元件、齒輪傳動(dòng)裝置及大型、精密、復雜、長(cháng)壽命模具;電力電子器件及變頻調速裝置。

6、智能專(zhuān)用裝備:

重點(diǎn)發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè);礦山用智能自卸電鏟、智能化全斷面掘進(jìn)機、快速集成柔性施工裝備為代表的智能化大型施工機械;數字化、智能化、高速多功能印刷機械;大型先進(jìn)高效智能化農業(yè)機械。

儀表行

我國從1953年起實(shí)行了第一個(gè)五年計劃,重點(diǎn)發(fā)展對象之一為儀器儀表,從十一五到十二五,我國的儀器儀表不斷的發(fā)展,不斷地呈現出新的趨勢,取得了很多良好的成果。相關(guān)專(zhuān)家指出,在十二五期間儀器儀表行業(yè)進(jìn)入蛻變期。

五年計劃是我國國民經(jīng)濟計劃的一部分,主要是對全國重大建設項目、生產(chǎn)力分布和國民經(jīng)濟重要比例關(guān)系等作出規劃,為國民經(jīng)濟發(fā)展遠景規定目標和方向。我國從1953起進(jìn)行了第一個(gè)五年計劃,至今已經(jīng)進(jìn)入了十二五規劃期間。

盡管我國

儀器儀表

由于起步較晚,但經(jīng)過(guò)九五期間的迅速發(fā)展,已經(jīng)形成為了較為全面的產(chǎn)、研、銷(xiāo)體系。十五期間,我國重點(diǎn)發(fā)展了八大類(lèi)儀器儀表以調整產(chǎn)品結構,包括工業(yè)自動(dòng)化儀表、電工儀器儀表、科學(xué)測試儀器、環(huán)保儀器儀表、儀器儀表元器件、醫療儀器、信息技術(shù)電測儀器、尖端測量?jì)x器。這使得我國儀器儀表有了長(cháng)足的發(fā)展。

隨著(zhù)十五期間我國成功加入WTO,我國儀器儀表行業(yè)進(jìn)出口額都有了大幅度增長(cháng),尤其是出口數量有了顯著(zhù)增加,在2003年年我國成為了亞洲第二大儀器儀表生產(chǎn)國家,僅次于日本。在進(jìn)入十五晚期,我國儀器儀表更加注重高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,醫療設備及儀器儀表制造業(yè)增幅明顯。

進(jìn)入十一五時(shí)期,我國儀器儀表進(jìn)入了快速發(fā)展階段,產(chǎn)業(yè)規模不斷擴大,產(chǎn)品品種更加齊全,實(shí)現了年均20%的超高速增幅,而且利潤率也呈現快速增長(cháng)。盡管期間2008年的全球金融危機對我國儀器儀表行業(yè)發(fā)展造成了一定影響,進(jìn)出口逆差突破了百億美元。但是2009年我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)復合增長(cháng)率就達到了8.88%,2010年更是實(shí)現了8085億元工業(yè)總產(chǎn)值。

十一五時(shí)期儀器儀表的告訴發(fā)展主要是由于我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,隨著(zhù)兩化融合的加深,為儀器儀表帶來(lái)了極大的市場(chǎng)需求和發(fā)展空間。此外,我國儀器儀表行業(yè)自身技術(shù)水平顯著(zhù)提升,市場(chǎng)份額不斷提升,本土企業(yè)實(shí)力開(kāi)始顯現,也推動(dòng)儀器儀表行業(yè)的高速發(fā)展。

進(jìn)入十二五新時(shí)期,我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)面臨著(zhù)眾多機遇,如風(fēng)電、核電、太陽(yáng)能等新能源的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)以及高鐵和軌道交通業(yè)的建設,以及節能降低、低碳減排等新理念趨勢,都讓儀器儀表有了更廣闊的應用和市場(chǎng)需求。隨著(zhù)微電子、計算機、網(wǎng)絡(luò )和通訊技術(shù)的發(fā)展,儀器儀表智能化發(fā)展已經(jīng)成為主流趨勢,因此我國在十二五期間,將重點(diǎn)發(fā)展智能儀器儀表,向高端領(lǐng)域進(jìn)軍,推動(dòng)行業(yè)的整體水平提升。

綜上所述,我國的儀器儀表行業(yè)在十二五期間處于蛻變時(shí)期,成熟的時(shí)期即將到來(lái)。十二五期間的儀器儀表行業(yè)面臨著(zhù)很多的機遇,抓住重點(diǎn),努力發(fā)展,使儀器儀表行業(yè)早日脫離蛻變進(jìn)入更為成熟更為廣闊的市場(chǎng)。