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    仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。

    发表时间:2018-09-07   点击次数:  技术支持:15601403222

    功能和作用

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    仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数,如高速照相机、计算机等。
    仪器是科学技术发展的重要“工具”。著名科学家王大珩先生指出,“机器是改造世界的工具,仪器是认识世界的工具”。仪器是工业生产的“倍增器”,是科学研究的“先行官”,是军事上的“战斗力”,是现代社会活动的“物化法官”。不言而喻,仪器在当今时代推动科学技术和国民经济的发展具有非常重要的地位。
    1. 仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障。人类发展史上任何一次大的飞跃都是基于工具的巨大创新和根本变革驱动的,作为“工具”的科学仪器的发展和创新往往是催生科技创新的重要要素。
    2. 仪器是经济发展和国防安全的重要保障。仪器是保障经济发展、国家安全不可或缺的重要基础条件。首先,著名科学家钱学森先生指出:“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。
    3.  
    4. 数字化、智能化
    5. 因为微电子技能的提高,仪器仪表产物进一步与微处置器、PC技能交融,仪器仪表的数字化、智能化程度不时获得进步。以美国德州仪器公司提出的“DSPS”概念为例,以DSP芯片为中心,共同进步前部的夹杂旌旗灯号电路、ASIC电路、元件及开拓东西等供应整个使用系统的处理方案。仪器仪表中采用了很多的超大规划集成(VLSI)的新器件、外表贴装技能(SMT)、多层线路板印刷、圆片规划集成(WSI)和多芯片模块(MCM)等新工艺,CAD、CAM、CAPP、CAT等核算机辅佐伎俩,使多媒体技能、人机交互、恍人工神经元收集等新技能在现代仪器仪表中获得了普遍使用。
    6. 收集化
    7. 多种智能化仪器仪表已陆续面向市场,仪器仪表正派历着深入的智能化革新。集成测试系统也走向了收集化,各台仪器之间经过GPIB总线、VXI总线相连。
    8. 微型化
    9. MEMS产物包括汽车加快计,压力、化学、流量传器、微光谱仪等产物,普遍使用于情况科学、航天、生物医疗、汽车工业、军事、工业节制等范畴。 [1] 
     

    检修方法

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    对比法

    具体方法是:让有故障的仪表和正常仪表在相同情况下运行,而后检测一些点的信号再比较所测的两组信号,若有不同,则可以断定故障出在这里。这种方法要求维修人员具有相当的知识和技能。
    要求有两台同型号的仪表,并有一台是正常运行的。使用这种方法还要具备必要的设备,例如,万用表、示波器等。按比较的性质分有,电压比较、波形比较、静态阻抗比较、输出结果比较、电流比较等。
     

    电容旁路法

    当某一电路产生比较奇怪的现象,例如显示器混乱时,可以用电容旁路法确定大概出故障的电路部分。
     

    隔离法

    故障隔离法不需要相同型号的设备或备件作比较,而且安全可靠。根据故障检测流程图,分割包围逐步缩小故障搜索范围,再配合信号对比、部件交换等方法,一般会很快查到故障之所在。
     

    敲击法

    经常会遇到仪器运行时好时坏的现象,这种现象绝大多数是由于接触不良或虚焊造成的。对于这种情况可以采用敲击与手压法。

    状态调整法

    一般来说,在故障未确定前,不要随便触动电路中的元器件特别是可调整式器件更是如此,例电位器等。但是如果无纸记录仪事先采取复参考措施(例如,在未触动前先做好位置记号或测出电压值或电阻值等),必要时还是允许触动的。也许改变之后有时故障会消除。
    IC的电源和地端;对晶体管电路跨接在基极输入端或集电极输出端,观察对故障现象的影响。如果彩色无纸记录仪电容旁路输入端无效而旁路它的输出端时故障现象消失,则确定故障就出现在这一级电路中。
     

    仪器技术

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    传感技术

    传感技术不仅是仪器仪表实现检测的基础,也是仪器仪表实现控制的基础。这不仅因为控制必须以检测输入的信息为基础,并且是由于控制达到的精度和状态,必需感知,否则不明确控制效果的控制仍然是盲目的控制。
    广义而言传感技术必须感知三方面的信息,它们是客观世界的状态和信息,被测控系统的状态和信息以及操作人员需了解的状态信息和操控指示。在这里应注意到客观世界无穷无尽,测控系统对客观世界的感知主要集中于与目标相关的客观环境(简称既定目标环境),既定目标环境之外的环境信息可通过其它方法采集。被测控系统可以是简单的物或单一的样本,可以是复杂的无人直接操纵的自动系统,可以是有人(群)在内操作的大型自动化系统或社会活动系统,也可以是人体。以人体健康、生理、心理状态为目标的传感技术是医疗诊治仪器的基础和核心。操作人员可以是单人,但在系统化、网络化的情况下常为不同岗位下的操作人员群体。
    窄义而言,传感技术主要是客观世界有用信息的检测,它包括有用被测量敏感技术,涉及各学科工作原理、遥感遥测、新材料等技术;信息融合技术,涉及传感器分布,微弱信号提取(增强),传感信息融合,成像等技术,传感器制造技术,涉及微加工,生物芯片,新工艺等技术。
     

    系统集成

    系统集成技术直接影响仪器仪表和测量控制科学技术的应用广度和水平,特别是对大工程、大系统、大型装置的自动化程度和效益有决定性影响,它是系统级层次上的信息融合控制技术,包括系统的需求分析和建模技术,物理层配置技术,系统各部份信息通信转换技术,应用层控制策略实施技术等。在操作人员为多种不同岗位的操作群体情况下,还包括各级操作人员需求分析技术。
     

    智能控制

    智能控制技术是人类以接近最佳方式,通过测控系统以接近最佳方式监控智能化工具、装备、系统达到既定目标的技术,是直接涉及测控系统的效益发挥的技术,是从信息技术向知识经济技术发展的关键。智能控制技术可以说是测控系统中最重要和最关键的软件资源。从发展趋势看,在企业信息化ERP/MES/PCS三级结构的计算机测控系统中,软件的价格已超过硬件的3倍。而有关石化、冶金、电力、制药行业中自动化测控系统的先进控制软件价格就超过系统硬件价格。智能控制技术包括仿人的特征提取技术,目标自动辨识技术,知识的自学习技术,环境的自适应技术,最佳决策技术等。

    人机界面

    人机界面技术主要为方便仪器仪表操作人员或配有仪器仪表的主设备、主系统的操作员操作仪器仪表或主设备、主系统服务。它使仪器仪表成为人类认识世界、改造世界的直接操作工具。仪器仪表、甚至配有仪器仪表的主设备、主系统的可操作性、可维护性主要由人机界面技术完成。仪器仪表具有一个美观、精致、操作简单、维护方便的人机界面,常成为人们选用仪器仪表及配有仪器仪表的主设备、主系统的一个重要条件。
    人机友好界面技术包括显示技术、硬拷贝技术、人机对话技术、故障人工干预技术等。考虑到操作人员从单机单人向系统化、网络化情况下的许多不同岗位的操作人员群体发展、人机友好界面技术正向人机大系统技术发展。此外,随着仪器仪表的系统化、网络化发展,识别特定操作人员、防止非操作人员的介入技术也日益受到重视。

    可靠性

    随着仪器仪表和测控系统应用领域的日益扩大,可靠性技术特别是在一些军事、航空航天、电力、核工业设施,大型工程和工业生产中起到提高战斗力和维护正常工作的重要作用。这些部门一旦出现故障,将导致灾难性的后果。因此装置的可靠性、安全性、可维性、特别是包括受测控系统在内的整个系统的可靠性、安全性、可维性显得特别重要。像2003年8月15日美国、加拿大大面积停电的事故,是决不应由部分设备故障而扩展造成!
    仪器仪表和测控系统的可靠性技术除了测控装置和测控系统自身的可靠性技术外,同时还要包括受测控装置和系统出现故障时的故障处理技术。测控装置和系统可靠性包括故障的自诊断、自隔离技术,故障自修复技术,容错技术,可靠性设计技术,可靠性制造技术等。

    防护等级

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    在确定仪器仪表众多标准时我们常常遇到防护等级IP这一标准,那么何为防护等级以及它后面的数字代表什么呢?下面为大家作些介绍以方便大家在工作中查阅和参考。防护等级系统IP(INTERNATIONAL PROTECTION)是由IEC组织起草和制定的。该系统将仪器仪表依其防尘、防湿气等特性加以分级。IP防护等级是由两个数字所组成,第1个数字表示仪器仪表和电器离尘、防止外物侵入的等级,第2个数字表示仪器仪表和电器防湿气、防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级越高。 [2] 
    第1个数字:
    为0-表示没有防护对外界的人或物无特殊防护。
    为1-表示防止>50mm的固体物体侵入,防止人体(手掌)因意外而接触到电器内部的零件,防止>50mm的外物侵入。
    为2-表示防止>12mm的固体物体侵入,防止人体(手指)因意外而接触到电器内部的零件;防止>12mm的外物侵入。
    为3-表示防止>2.5mm的固体物体侵入,防止>2.5mm的细小外物而接触到电器内部的零件。
    为4-表示防止>1.0mm的固体物体侵入,防止>1.0mm的微小外物而接触到电器内部的零件。
    为5-表示防尘,完全防止外物侵入,且侵入的灰尘量不会影响电器的正常工作。
    为6-表示防尘,完全防止外物侵入,且可完全防止灰尘侵入。
    第2个数字:
    为0-表示没有防护。
    为1-表示防止滴水侵入,垂直滴下的水滴不会对电器造成有害影响。
    为2-表示倾斜15时仍可防止滴水侵入,仪器仪表和电器倾斜15时滴水不会对电器造成有害影响。
    为3-表示防止喷洒的水侵入,防雨,或防止与垂直<60方向所喷洒的水侵入仪器仪表和电器造成损坏。
    为4-表示防止飞溅的水侵入,防止各方向飞溅的水侵入仪器仪表和电器造成损坏。
    为5-表示防止喷射的水侵入,防止各方向喷射的水侵入仪器仪表造成损坏。
    为6-表示防止大浪侵入,防止大浪侵入安装在甲板上的仪器仪表和电器造成损坏。
    为7-表示防止浸水时水的侵入,仪器仪表和电器浸在水中一定时间或在一定标准的水压下,能确保仪器仪表和电器不因进水而造成损坏。
    为8-表示防止沉没时水的侵入,仪器仪表和电器无限期的沉没在一定标准的水压下,能确保仪器仪表不因进水而造成损坏。
     
     

    发展史

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    古代工具

    (一)早期主要的测量、度量器具
    天文钟/水运天文台天文钟/水运天文台
    1.称重器和计时器人类最早的度量器具是称重器和计时器,反映了人类早期的认识和生活需求。现已发现公元前2500年使用天平的证据,而在普通贸易中使用天平的最早迹象是在公元前1350年。天平杆为木制,砝码则是用青铜做成的各类鸟兽形状。原始的计时器主要有影钟、水钟和水运天文台3种。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。
    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,古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、演示和报时为一身的天文钟,被称为水运天文台。
    浑天仪浑天仪
    2.指南针、浑天仪、地动仪
    在中国,公元前300~公元前100年,有人利用天然磁石的性质,发明了磁罗盘,即定向仪器;指南针到宋代发展成熟。中国西夏时候就有观测和记录天文的仪器,叫浑天仪元代的郭守仪(1231年~1361年)对浑天仪进行了改造,制成简仪,其制造水平在当时遥遥领先,其原理在现代工程测量、地形观测和航海仪器中广泛使用。东汉时期,张衡发明了世界上第一台自动天文仪——浑天仪和世界上第一台观测气象的候风仪,开创了人类使用仪器测量地震的历史。
    (二)中世纪的仪器
    至1500年,世界上已有了精密仪器。这时的天文仪器已经比较精确,主要有赤道经纬仪、子午浑仪、视差仪,以及希腊的角度仪、水准仪及星盘等;计时仪器有便携式日昝和水钟;计算和证明仪器有天球仪、日历、小时计算器等。这些仪器的制造工艺和使用材料等在当时都有相当高的水平和测量精度。780年,穆斯林造币厂的工人把天平放在密闭容器中,以两次的称量结果相比较,天平经过无数次摆动达到平衡后读取数据,能称出1 /3毫克。这是分析天平的始祖。
    (三)文艺复兴时期的科学仪器
    15世纪后期,随着自然科学的发展,早期的科学仪器也以不同的背景和形式逐渐形成,主要有光学仪器、温度计、摆钟、数学仪器等。
    1. 光学仪器
    1590年左右,荷兰人扎哈里那斯·詹森制造了第一个非常精确的复合显微镜,这就是今天人们常说的显微镜。
    另一荷兰人汉斯·利佩于1608年发明了单筒望远镜,后来又发明了双筒望远镜。伽利略把望远镜和显微镜第一次用于科学实验,并于1609年后制造了第一台长29米、直径42毫米的铅管仪器,所以后来人们常把伽利略作为望远镜和显微镜的实际发明者。1611年,刻卜勒出版了《屈光学》,解释了望远镜和显微镜的光学原理,并提出了“天文望远镜”的设想。再后来,沙伊纳制造第一架天文望远镜,牛顿于1668年制成了第一架天文反射望远镜。
    18世纪后半叶,所有的光学仪器都是在开普勒式透镜组合的基础上改造。
    1. 温度计
    伽利略在他早期的实验中,用玻璃管制成了空气温度计。后来,托斯卡斯的大公斐迪南二世改良制成液体温度计。
    大约1714年,华伦海特创造了以其名字命名的温度计,被称为华氏温度计。17世纪末,气压计和温度计与刻度标尺、指针和其它配件配合安装在一起,成为仪器大家庭中的重要组成部分,也是仪器制造贸易中的重要部分。
    1. 数学仪器
    英格兰的吉米尼( Thomas Gemini)率先进行数学仪器(1524年~1562年)的制造,之后不久英国雕刻匠和制模匠科尔(Humfray Cole)开始从事仪器的专门制作,从此开始出现了大批的仪器供应商,产品范围也由星盘、日昝和象限仪扩展到观测和测量用仪器,以及一系列演示“自然科学实验”的仪器。
    1.  

    近代仪表

    到了18世纪初,由于科学研究和科学课堂的需求,制造者们开始设计和生产标准的仪器和配件;仪表工匠与其它专业制造者联合起来,制造了光学、气动、磁力和电力等方面的仪器,从此将仪器与仪表正式结合起来,使仪器仪表融为一体
    1. 以蒸汽机的发明为标志,一种将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械,引起了18世纪的工业革命,人类进入了工业化时代。
    1800年,英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机,这是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将机车不断改进,在1829年创造了“火箭”号蒸汽机车,该机车拖带一节载有30位乘客的车厢,时速达46公里/时,引起了各国的重视,开创了铁路时代。
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    1. 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,如广东正业的X光检查机、检孔机ASIDA-JK2400、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。
    6.20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。
    电子仪器的产生使仪器仪表从模拟式仪器过渡到数字式仪器。
     
     

    智能仪器

    智能仪器是把一个微型计算机系统嵌入到数字式电子测量仪器中而构成的独立式仪器。
    嵌入的计算机系统可以是芯片级,如单片机、数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)等,模板级如PC - 4。也可以是系统级,如微型计算机系统,可编程单芯片系统( System on a ProgrammableChip,SOPC)等。
    智能仪器在结构上自成一体,有的仪器内部还带有专用的微型计算机系统和通用接口总线( General Purpose Interface Bus,GP IB)接口,能独立完成测试。智能仪器由于引入了计算机,功能强大,性能优异,使用灵活、方便,是现阶段高档电子仪器的主体。如离子污染测试仪,上PIN机,双盘研磨机,剥离强度测试仪,拉脱强度测试仪等都采用智能技术的现代化精密检测仪器,又比如纳米智能机器人。
     

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