仪器仪表新技术演示教学.docx

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仪器仪表新技术演示教学

仪器仪表新技术

仪器仪表技术及行业的历史、现状与未来

自我学习实践总结报告

仪器仪表新技术课程5S自我成长教学改革与实践之一

专业:

测控技术与仪器

班级学号:

10-104

姓名:

方鹏

指导教师:

苏承慧

日期:

2013/9/14

概要

仪器仪表就是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。

真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。

广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。

现代仪器仪表的发展水平，是国家科技水平和综合国力的重要体现，仪器仪表制造水平反映出国家的文明程度。

我国政府在国民经济和社会发展第十个五年计划纲要中明确指出“把发展仪器仪表放到重要位置”，国家发改委和科技部列专项支持仪器仪表发展，今年国家制定中长期科学和技术发展规划对仪器仪表也给予了高度的重视。

引言

这次作业的目的首先是了解仪器仪表行业和技术的历史、现状及未来,其次是通过这次作业提高自我学习能力，提高资料收集、整理、分析、利用及写作能力。

学生通过课下自己收集资料,了解仪器仪表行业的历史现状及未来,通过5S学习法“自我设计、自我管理、自我学习、自我实践、自我改善”完成作业。

在此过程中除了增强资料收集能力外，还可以深化5S学习法的理念。

仪器仪表发展已有悠久的历史。

公元前1450年，古埃及就有绿石板影钟。

至公元14世纪，用以表示时间的唯一可靠的方法是日晷或影钟。

公元前600年至公元前525年，也有用棕榈叶和铅垂线记录夜间时间和特定天体的仪器。

当天体通过子午线时，从棕榈叶的开口中观察到天体穿过铅垂线的过程。

在中国江苏仪征出土了东汉中期的小型折叠铜质民间测影仪器，外形与现代医学上使用的台式血压计相似。

公元1400年前，埃及记录较短时间的仪器叫水钟，水钟内有刻度，下有小孔，整个水钟用雪花石膏做成瓶状。

在古希腊 罗马有当时世界上唯一的机械计时仪——水仪。

通过水的传递计量时间，记录的是不断流动的概念而不是连续相等的时间，非常不精确。

中国北宋时期的苏颂和韩公谦于1088年制作了天文计时器——天文仪象台。

它采用民间的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等，是集观测、演示和报时为一身。

随着X射线、γ射线先后被德国科学家伦琴、法国科学家P.V.维拉德发现，因其超强穿透力这一特性，使仪器的功能与概念被进一步推向更深的领域，如X光检查机、线宽检测仪等仪器，就采用了X射线、γ射线的超强穿透力研发的先进检测仪器设备。

20世纪初，电子技术的发展使各类电子仪器快速产生，如今后普及全球的电子计算机，便是从这一时代开始崛起的。

同时，随着工业化程度的不断提高，各行各业的电子仪器如雨后春笋般地出现，如计量、分析、生物、天文、汽车、电力、石油、化工仪器等。

仪器仪表已经成为人们对客观世界的各种信息进行测量、采集、分析与控制的手段和设备，是人类了解世界和改造世界的基础工具，也是信息产业的源头和组成部分。

它在当今社会的发展中起着极大的作用，在工业、农业、科研、军事中都起着重要的作用，仪器仪表的应用范围已经覆盖了人类活动的所有领域，并且正从传统的化学成分分析、物理量检测、机械量测量、天文地理观测、工业生产过程自动控制、产品质量测控等传统应用领域，进一步向生物医学、生物工程、生态环境等非传统应用领域扩展。

同时，随着新世纪高分子化学、分子生物学、生命科学、临床医学、药学、材料、环境监测与控制等高新科技与产业的发展，仪器仪表的应用领域还将获得更为迅速的拓展。

我国的仪器仪表行业经过几十年的发展，特别改革开放后到现在这段时间的建设，已经初步形成了产品门类品种比较齐全，具有一定生产规模和开发能力的产业体系，我国也已成为在亚洲仅此于日本的仪器仪表生产大国。

根据一些资料的不完全统计，截至到2003年，我国的仪器仪表生产厂家已经达到2000多家，工业总产值和销售收入都突破了千亿，而且仍然继续保持着很好的发展势头。

工业总产值和销售收入一直都保持着比较高的增长速度，出口不断增加，并且出现一批科技含量高颇具国际竞争力的产品，同时也出现了一批新兴企业。

但是，我们应该要清楚的认识到，目前我国的仪器仪表行业还是落后于国际先进水平的，而且差距是巨大的，全方位的。

造成这种差距的原因有两方面，

首要原因是技术。

因为技术落后，不成熟，我国的仪器仪表产品主要集中在低端，产品的精度不高，种类也不够齐全，而且在包装上跟国际也有不小的差距，技术上的不成熟直接导致了产品性能的不稳定，翻修率偏高，这些缺点直接使我国仪器仪表行业的发展受到限制，每年我国都会进口价值近百亿美元的仪器，其中很多都是国内也在生产的，但是国货的品质难以让人信服，很多人选择了购买外国的产品。

造成这种现象的主要原因主要是我国长期忽视了基础技术的研究和开发，底子薄，企业也一直忽视了质量问题。

令人欣慰的是近年来这些问题得到了极大的重视，状况也有了改善。

同时我国仪器仪表产业规模小，产值低，企业同样是小值低。

2007年我国仪器仪表产业总产值30币，只占工业总产值2.5%。

10年前，美国仪器仪表产业总产值已达到4千亿美元，占工业总产值4%。

目前，美国仪器仪表企业年产值超过20亿美元不少于50家，我国最大的仪器仪表企业，京仪集团年产值80亿元人民币，川仪集团60亿元人民币。

两相比较，差距实在太大。

产业和企业的规模和产值直接影响到产业的活力与发展。

要缩小和消除这个差距，需要我们努力奋斗10年20年。

另一原因是创新能力不强，还无法承担起科技创新主体的职责。

国际上仪器仪表科技创新发展极快，产品更新换代的周期大约只需2至4年，多数企业销售额一半以上几乎都来自5年内上市的新产品。

而我国仪器仪表产品不少还沿自于20世纪80年代技术引进的产物，相当多企业产品是10年一贯制，靠吃老本为生。

自主创新能力不强原因是多方面的，影响最大的不外乎两条：

一是科技创新开发投入资金太少。

国外企业用于科技创新资金投入一般为销售收入8至10%，而我国企业投入资金很少超过3至5%，何况销售收入本来就不多，极大地限制了科技创新的有效开展；二是人的因素，有的领导不重视自主创新，更多的是创新人才缺少。

经相关专业人士分析后，指出我国仪器仪表技术需突破的具体方面。

突破一：

提高数字化、智能化、集成化水平。

现代工业仪器仪表的技术特点和趋势是数字化、智能化、网络化和集成化，而我国产品一般常规品种居多，智能型产品刚刚起步。

以核电控制系统及仪表集成为例，由于基础较弱，进入数字控制技术时代以后，差距更大。

突破二：

提高产品可靠性现代工业仪器仪表的总体特征是高可靠性、高性能、高适用性，我国企业的大部分产品与国外产品的差距也正是在这方面。

例如，我国自行研发的分散型控制系统DCS和电磁流量计，这些产品的基本性能和功能已接近国际水平，但在可靠性和工程应用能力等方面尚有一定差距。

突破三：

提高高新技术。

国外的智能执行器已采用变频调速、新型电机、低工耗、微型压电陶瓷I/P转换器、蓝牙通信技术、智能化和现场总线等新技术，而国内才开始起步。

突破四：

产品精密度更精密。

以质量流量计为例，国外的测量精度分为4个档次，精度最高并能测量气体的为0.1级，最普遍的为0.15级，而国内目前只能达到经济型的0.2级和适用型的0.5级。

再如我国在加油站的计量仪表一般是5%的精度，但是国外30万吨的油轮到我国交货的精确度要到0.1%。

突破五：

丰富品种规格。

以高精度智能压力/差压变送器为例，国产变送器在测量基准量程上缺少1kPa以下微低压、800kPa以上高差压量程、16MPa以上高静压、耐腐蚀等规格的产品，因此有些工程或系统应用的特殊要求不能满足。

突破六：

提高自动化程度。

例如高性能光电直读光谱仪，国外仪器真空度由电脑实时监控，而国产仪器在许多方面依旧需要人工操作。

突破七：

扩大高档产品占有率。

目前我国高档产品少，甚至是空白。

以原子吸收分光光度计为例，国外已有塞曼背景校正技术的高档仪器，国内至今尚未研制，高端需要主要依赖进口。

突破八：

提高市场占有率。

以可编程控制器PLC为例，目前中国PLC市场95%以上被国外产品占领。

欧美产品在大中型PLC领域占有绝对优势，日本产品在小型PLC领域占有优势，韩国和中国台湾的产品也有一定的市场份额。

中国本土自主品牌PLC的市场影响非常小，很难形成规模经济。

而仪器仪表市场也是如上所述。

鉴于仪器仪表行业在当今社会中占有的作用和地位，以及我国国民经济、科学技术、国防建设以及社会生活各方面发展的迫切需求，仪器仪表必须加快发展。

大家已经在这个问题上形成了共识，但是要发展和赶超国际先进水平，我们首先要了解国际仪器仪表行业的发展趋势，然后有的放矢，使我国的仪器仪表行业尽快强大起来。

党的十七大提出，提高自主创新能力，建设创新新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。

企业提升科技创新能力，已经成为刻不容缓的历史使命。

下面来分析一下仪器仪表行业在新世纪的发展趋势：

在最近的一二十年，微电子技术、数字技术、计算机技术、生物技术、精密机械技术、激光技术等高新技术得到了迅猛发展，它们为仪器仪表的发展带来了活力，极大的推动了仪器仪表行业的发展：

数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础；计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，以个别参数的测量转变成整个系统特征参数的测量；从单纯的接收显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出……这些新技术的应用可以说它们使得仪器仪表领域发生了根本性的变革。

可以预见，高科技化不但是现代仪器仪表的主要特征，而且是振兴仪表工业的必由之路，也是新世纪仪器仪表及其产业的发展主流。

其中尤其应该引起关注的几种技术是：

1微分析技术，即分析仪器的微型化和微量化，其共性技术有微控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、微分光光学系统、微传感器等，应用上述技术分析仪器有微流控制芯片、芯片实验室、微近红外光谱仪等。

2生物、化学传感器、包括新型传感技术在分析仪器中的应用，将生物芯片技术、新型化学传感技术、智能传感器技术应用于分析仪器的研制。

3成像技术，包括广义成像，纳米级超高分辨成像、图象信息处理等，具体的领域有核磁共振技术、图象自动分析及综合技术、成像光谱技术、近场光学成像技术。

4仪器的联用技术通过信息分离、专用软件接口技术，实现多种学科技术间的联用以实现复杂系统的痕量成分分析、结构分析、形态分析等综合分析，如色谱—质谱联用、色谱—光谱联用等。

同时，我们还应该看到，国外仪器仪表行业发展的一些新动态：

1新技术的普遍应用。

普遍采用电子设计自动化（EDA）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、数字信号处理（DSP）、专用集成电路（ASIC）及表面贴装技术等；　2产品结构发生变化。

在重视高档仪器开发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。

注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软件化。

随着各类仪器装上CPU,实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力。

今后的仪器设计归纳成一个简单的公式：

仪器=AD/DA+CPU+软件，AD芯片将模拟信号变成数字信号，在经过软件处理变换后用DA输出；3产品开发准则发生变化。

从技术驱动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为"恰到好处"。

开发一项成功产品的准则是：

满足用户明确的需求；用最短的时间投放市场；功能与性能要恰到好处。

在充分了解我国仪器仪表的现状和国外仪器仪表行业的发展趋势后，结合我国的基本国情，我们应该制定出一套重点突出，结构合理的发展方案。

以下几大类仪器仪表是我们应该优先发展的：

1工业自动化仪表：

重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上；加速具有自主知识产权的自动化软件的商品化。

2电工仪器仪表：

重点发展长寿命电能表、电子式电能表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。

到2005年，中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%；到2010年，高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。

3科学测试仪器：

重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他实验机、实验室仪器等新产品。

产品以技术含量叫高的中档产品为主，到2005年在总产值中占50%～60%。

4环保仪器仪表：

重点发展大气环境、水环境的环保监测自动化控制系统产品，到2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平，国内市场占有率达到50%～60%，到2010年国内市场占有率达到70%以上。

5仪器仪表元器件：

“十五”及2010年以前，尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品，品种占有率达到70%～80%，高档产品市场占有率达到60%以上。

通过科技公关、新品开发，使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平，部分产品接近国外同类产品先进水平。

6信息技术电测仪器：

主要发展电测仪器软件化智能化技术、总线式自动测试技术、综合自动化测试系统、新型元器件测量技术及测试仪器、在线测试技术、信息产业产品测试技术、多媒体测量技术以及相应测试仪器、用电监控管理技术等。

仪器仪表的发展还有很长的路要走，希望我国的仪器仪表行业能抓住机遇，快速发展，尽快实现战略目标，为国家的振兴作出更大的贡献。

通过对仪器仪表行业和技术的历史、现状及未来相关资料的查找，不仅对仪器仪表有了进一步的认识，同时也对本专业有了进一步的了解。

自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测控和仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。

相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。

本次作业主要通过互联网来收集需要的资料，通过各种搜索引擎来查找我们需要使用到的，对我们有用的材料，整个过程对于我的资料搜集能力有了很大的提高。

同时在整个过程中均使用5S法不断完善整篇论文。

对于5S法有了深入的理解。

通过对仪器仪表行业和技术的历史、现状及未来相关资料的查找，不仅对仪器仪表有了进一步的认识，同时也对本专业有了进一步的了解。

自从迅猛发展的计算机技术及微电子技术渗透到测控和仪器仪表技术领域，便使该领域的面貌不断更新。

相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。

参考文献

王家桢,王俊杰《检测技术与仪表》，武汉理工大学出版社，2001

王家桢,王俊杰，《传感器与变送器》清华大学出版社，1996

施仁,《自动化仪表与过程控制》电子工业出版社，1990