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。
仪器仪表发展趋势
20世纪中期以后,随着自动控制理论的产生和自动控制技术的成熟,以A /D (数字/模拟转换)环节为基础的数字式仪器得到快速发展。
伴随着计算机、通讯、软件和新材料、新技术等的快速发展与成熟,人工智能、在线测控成为可能,使仪器走向智能化、虚拟化、网络化。
数字仪器、智能仪器、个人计算机仪器、虚拟仪器和网络仪器代表了20世纪现代科学仪器发展的主流与方向。
十二五”期间工信部已把传感器及智能化仪器仪表摆到推动制造业转型升级的重要位置,在工信部相关资源中对传感器及智能化仪器仪表的研发及产业化予以支持。
数字化是智能仪器、个人仪器和虚拟仪器的基础,是计算机技术进入测量仪器的前提。广泛应用于电子数字计算机、数控技术、通讯设备、数字仪表等方面,诸如人类第一台电子数字计算机ENIAC,爱思达金相显微镜,体视显微镜,X光检查机等。
仪器仪表智能仪器
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。
随着新技术、新工艺和嵌入式系统技术的不断进步,智能仪器还在不断发展,不断推陈出新,不断提高智能水平。
彩印仪器卡 仪器仪表个人仪
把测试功能的硬件模块,做成一个I/O插卡(仪器卡),直接插入个人计算机( PC)扩展插槽,再配置相应的测试软件,使计算机能够完成测量仪器的功能,构成一个以PC为基础的个人计算机仪器。个人计算机仪器充分吸取了GP IB标准化和智能仪器智能化的优点,同时又能共享PC机的硬件、外设和软件资源,使其显示出强大的生命力。
仪器仪表虚拟仪器
虚拟技术是利用计算机界面和在线帮助功能,建立仪器虚拟板面,通过计算操作完成对对象的测试分析功能。
虚拟仪器实质上是“软硬结合”、“虚实结合”的产物。它充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。在虚拟仪器中,硬件只是信号传输的介质,软件才是整个仪器系统的关键。
用户可根据自己的需要通过编制不同的测试软件来构建不同功能的测试系统。其中,许多硬件功能可直接由软件实现,系统具有极强的通用性和多功能性。
仪器仪表网络仪器
基于Internet和Intranet的网络仪器是计算机技术、虚拟技术、网络技术的完美结合,代表了当前和今后仪器仪表领域的发展潮流,已在测量与测控领域内显现。如网络化流量计、网络化传感器、网络化示波器、网络化分析仪和网络化计量表等,都成为人们的新宠。
网络化仪器可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问,实时获得仪器的工作状态;通过友好的用户界面,不仅可对远程仪器进行功能控制和状态检测,还能将远程仪器测得的数据快速传递给本地计算机。与传统的仪器相比,网络仪器具有无可比拟的优势,如功能分散、危险分散、地理分散、管理集中、通信功能强、网络隔离度高、分布广泛;系统操作简单,人机界面友好,便于扩展和维护;通信标准公开、一致、开放,仪器间信息资源共享,具有互操作性,可组建大规模分布式测控网络,等等。因此,网络仪器已成为现代仪器仪表发展的突出方向。
仪器仪表行业趋势
我国已步入仪器仪表生产大国行业,通过多年发展已具备了相当的产业规模,
我国仪器仪表行业发展规划 面对错综复杂的国际贸易形势,我国仪器仪表行业应牢牢抓住发展的战略优势期,本着“创新优先、重点突破、技术融合、夯实基础、多元投入”的原则,布局符合战略性新兴产业的发展规划。
[2]诺美观点:我国仪器仪表产业虽然发展迅速,但暴露的问题也较多,阻碍了产业产业实现又好又快发展的步伐,在此背景下全行业应努力实现产业转型,提高研发力度,同时也希望国家加大对仪器仪表工业的重视和支持,协商并给予必要的扶植政策。
在信息技术高速发展的背景下,仪器仪表及测量控制技术得到日益广泛应用,给仪器仪表行业的快速发展提供了良好契机[3]。仪器仪表是信息产业的源头和组成部分,是信息技术的重要基础。钱学森院士对新技术革命有如下论述:“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”。国际上也将信息技术生产行业定性为计算机、通讯、仪器仪表三个行业。
仪器仪表应用领域广泛,覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各个方面,在国民经济建设各行各业的运行过程中承担着把关者和指导者的任务。据(2014年中国仪器仪表行业概况分析)分析,由于其地位特殊、作用大,对国民经济有巨大倍增和拉动作用,有着良好的市场需求和巨大的发展潜力。具体的需求主要分为以下几个方面:
(1)高水平的科学研究和高新技术产业的迅速发展提高了对仪器仪表的需求,也深刻认识到工业控制对控制理论的需求,而且鼓励引导科学家们去更多关注自动理论的研究工作。
(2)仪器仪表已成为现代国防建设所需装备的重要组成部分,我国航天工业固定资产的1/3 是仪器仪表和计算机;运载火箭的仪器开支占全部研制经费的1/2 左右;导弹的高精度制导、控制,航天经纬测量和红外成像、专用高温实验设备等都是国防装备中的重点产品。
(3)仪器仪表广泛应用于装备、改造传统产业工艺流程的测量和控制,是现代化大型重点成套装备的重要组成部分,是信息化带动工业化的重要纽带。据有关资料显示,随着装备水平的提高,仪器仪表在工程设备总投资中的比重已达到18%左右;现代化的宝钢技术装备投资中,有1/3 的经费用于购置仪器和自控系统。
(4)仪器仪表在探索人类社会可持续发展、抵御自然灾害、实施有关法律(质量、商检、计量、环保等)的过程中作为重要实施手段和保障工业被普遍采用。
仪器仪表分类
仪器仪表分类标准
仪器仪表是多种科学技术的综合产物,品种繁多,使用广泛,而且不断更新,有多种分类方法。按使用目的和用途来分,主要有量具量仪、汽车仪表、拖拉机仪表、船用仪表、航空仪表、导航仪器、驾驶仪器、无线电测试仪器、载波微波测试仪器、地质勘探测试仪器、建材测试仪器、地震测试仪器、大地测绘仪器、水文仪器、计时仪器、农业测试仪器、商业测试仪器、教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。
仪器仪表产品仪表
属于机械工业产品的仪器仪表有工业自动化仪表、电工仪器仪表、光学仪器,分析仪器、实验室仪器与装置、材料试验机、气象晦洋仪器、电影机械、照相机械、复印缩微机械、仪器仪表元器件、仪器仪表材料、仪器仪表工艺装备等十三类。它们通用性较强,批量较大,或为仪器仪表工业所必需的基础。
仪器仪表特征分类
各类仪器仪表按不同特征,例如功能、检测控制对象、结构、原理等还可再分为若干的小类或子类。如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、回路显示仪表、调节仪表和执行器等;其中检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表、物位测量仪表和机械量测量仪表等;温度测量仪表按测量方式又分为接触式测温仪表和非接触式测温仪表;接触式测温仪表又可分为热电式、膨胀式、电阻式等。
仪器仪表其它分类
其他各类仪器仪表的分类法大体类似,主要与发展过程、使用习惯和有关产品的分类有关。仪器仪表在分类方面尚无统一的标准,仪器仪表的命名也存在类似情况。
在现实实际工作中,我们经常将仪器仪表分为两个大类:自动化仪表和便携式仪器仪表,自动化仪表指需要固定安装在现场的仪表,也称现场安装仪器仪表或者表盘安装仪器仪表,这类仪表需要和其他设备配套使用,以完成某一项或几项功能;便携式仪器仪表是指单独使用,有时也叫检测仪器仪表,一般分台式和手持两种。
仪器仪表还有一种分类,叫一次仪表和二次仪表,一次仪表指传感器这类直接感触被测信号的部分,二次仪表指放大、显示、传递信号部分。
仪器仪表特点
仪器仪表软件化
随着微电子技术的发展,微处理器的速度越来越快,价格越来越低,已被广泛应用于仪器仪表中,使得一些实时性要求很高,原本由硬件完成的功能,可以通过软件来实现。甚至许多原来用硬件电路难以解诀或根本无法解决的问题,也可以采用软件技术很好地加以解决。数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用,极大地增强了仪器的信号处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法,其共同特点是,算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成,这些运算如果在通用微机上用软件完成,运算时间较长,而数字信号处理器通过硬件完成上述乘、加运算,大大提高了仪器性能,推动了数字信号处理技术在仪器仪表领域的广泛应用。
仪器仪表集成化
大规模集成电路LSI技术发展到今天,集成电路的密度越来越高,体积越来越小,内部结构越来越复杂,功能也越来越强大,从而大大提高了每个模块进而整个仪器系统的集成度。模块化功能硬件是现代仪器仪表的一个强有力的支持,它使得仪器更加灵活,仪器的硬件组成更加简洁,比如在需要增加某种测试功能时,只需增加少量的模块化功能硬件,再调用相应的软件来使用此硬件即可。
仪器仪表参数整定
随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展,仪器仪表的参数甚至结构不必在设计时就确定,而是可以在仪器使用的现场实时置入和动态修改。
仪器仪表通用化
现代仪器仪表强调软件的作用,选配一个或几个带共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台,通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。一台仪器大致可分解为三个部分:1)数据的采集;2)数据的分析与处理;3)存储、显示或输出。传统的仪器是由厂家将上述三类功能部件根据仪器功能按固定的方式组建,一般一种仪器只有一种或数种功能。而现代仪器则是将具有上述一种或多种功能的通用硬件模块组合起来,通过编制不同的软件来构成任何一种仪器。
仪器仪表性能
衡量仪器仪表性能的主要技术指标有精确度、灵敏度、响应时间等。精确度表示仪表测量结果与被测量真值的一致程度。仪器仪表的精确度常用精确度等级来表示,例如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级等。0.1级表仪表总的误差不超过±1.0%范围。精确度等级数小,说明仪表的系统误差和随机误差都小,也就是这种仪表精密。灵敏度表示当被测的量有一个很小的增量时与此增量引起仪表示值增量之比,它反映仪表能够测量的最小被测量。响应时间是指仪表输入一个阶跃量时,其输出由初始值第一次到达最终稳定值的时间间隔,一般规定以到达稳定值的95%时的时间为准。此外,还有重复性、线性度、滞环、死区、漂移等性能技术指标。
仪器仪表市场分析
中、低档电工仪器仪表产品国内市场占有率达到95%,高档产品的国内市场占有率和中低档产品的国外市场占有率在现有基础上有大幅度提高。中国仪表产业在2010年的市场发展将有望提高。产品结构调整目标。其中工业自动化仪表,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、特种和专用的自动化仪表。产品技术水平达到20世纪90年代后期国外先进水平,2005年销售额占到国产仪表销售额的30%。面向市场,全面扩大服务领域,推进仪表系统的数字化、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,“十五”末数字仪表的品种数达到60%以上。
仪器仪表冬季保温
采取的措施通常有:选型,保温伴热,维护(点巡检、排污)等。
仪器仪表选型措施
选带保温装置型仪表。根据仪表的类别用途及拟安装地理位置,提出该仪表的保温防冻需求,再提交与厂家来处理。
北方有的地方昼夜温差太大,夜间可以到达-20多度,若从选型上解决则性价比相当大不合算.而选择
仪器仪表保温措施
用保温材料保温,即用保温材料将仪表易冻或怕冻的部位包起来。冬季来临时要检查、经常排污,防止包装的保温材料破损。
仪器仪表伴热措施
1、蒸汽伴热措施
即使用管蒸汽暖气保温。冬季保温送汽之前要检查一下蒸汽保温管路是否畅通或堵塞。最好蒸汽是24小时通的,不要太热,有时还要根据天气温度变化来调整供保温汽量,以防止温度太高使变送器引压管内冷凝液汽化影响变送器工作或因温度太低使变送器引压管内冷凝液冷冻影响变送器工作畅通。
2、保温保护箱措施
a、电热管伴热保温箱,由箱体、加热器、仪表托架等三大部分组成,其结构形式与保护箱相同,所不同的是箱内装有电器加热装置,起结构形式如图,电热装置是由电热管,温度控制器组成,箱体侧面装有插座,当接通电源后,箱内加热到所需温度时,再由温度控制器接通电源继续升温。通过反复工作使箱内温度能保持在一定范围内。其恒温加热器主要参数:
⑴、额定电压200V.50Hz
⑵、额定功率300~500W
⑶、控制温度可由用户自定
⑷、恒温加热器也可做成防爆型
⑸、电热管材料有三种:即铜管、碳钢管、不锈钢管。
b、蒸气管伴热保温箱,伴热管是用金属管制成S型结构.箱体上下采用焊接式穿板接头与伴热管焊接而成,伴热管安装在箱内为上进下出,通过蒸气在管腔内的循环而达到加热目的。伴热管材料一般分为两种,即紫铜管,无缝钢管(碳钢)。
c、为关键仪表箱再加一层保温棉,在保温箱门口和进出管线口加胶密封,可达到仪表系统更佳保温防冻效果。
3、电加热带措施
电伴热保温技术是一种新型的由电能直接转化为热能的供暖技术。加装保温电缆,将伴热带,缠绕在仪表上,或粘在仪表柜内部(但要注意所用伴热带的长度,要经济适度)。
适用于管道、阀门、泵体的伴热、防冻和保温或者维持仪表管线工艺温度的单相恒功率电热带,单位长度发热量恒定,输出功率不受环境温度变化而改变,使用长度和功率成正比,在安装时可以任意剪接,但必须保留有一个发热节(即至少2.5m),外层编织层具有传热、散热作用,同时能作为防静电的安全接地。主要用于各种管道、仪表的防冻、保温,最高维持温度150℃。注意:对温度要求严格控制的液体管线的伴热和保温(须配用温度控制器)。
市场上还有一种产品,是软包装的电伴热保护套,专门用于空间比较狭小的仪表伴热,防爆,主要安装在仪表的引压管段和阀门处。
仪器仪表维护措施
1、安装措施 合理选择安装地点:干燥、无雨雪滴漏的地方。
2、点检措施 有条件时由专人每日对保温材料的是否破损、蒸汽管路的是否堵塞进行技术确认与技术处置。
3、报警措施 有条件的可加装蒸汽泄露或断电状态的声光报警小装置,以方便保温防冻措施隐患的发现与及时整治。
4、巡检措施 由区域仪表维护责任人按预定巡检路线定时巡检。巡检中要检查保温管线阀门是否正常、保温箱是否正常、疏水装置是否正常、保温材料包装是否完好、电伴热供电元器件是否正常等。对易冻装置仪表进行重点检查并做好巡检记录,进行仪表及其保温防冻措施进行干燥、完整、洁净的维护保养,及时解决现场发生的保温伴热问题。
仪器仪表应用领域
仪器仪表应用领域广泛,覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活等各方面,在国民经济建设各行各业的运行过程中承担着把关者和指导者的任务。由于其地位特殊、作用大,对国民经济有巨大倍增和拉动作用,有着良好的市场需求和巨大的发展潜力。
(一)仪器仪表行业市场需求对象及覆盖范围 具体的需求对象可以从以下几个方面进行表述:
.在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下,仪器仪表及其测量控制技术得到日益广泛应用,给仪器仪表行业的快速发展提供了良好契机。仪器仪表是信息产业的源头和组成部分,是信息技术的重要基础。钱学森院士对新技术革命有如下论述:"新技术革命的关键技术是信息技术,信息技术是测量技术、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。"国际上也将信息技术生产行业定性为计算机、通讯、仪器仪表三个行业。
.仪器仪表广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制,是现代化大型重点成套装备的重要组成部分,是信息化带动工业化的重要纽带。据有关资料显示,随着装备水平的提高,仪器仪表在工程设备总投资中的比重已达到18%左右;现代化的宝钢技术装备投资中,有1/3的经费用于购置仪器和自控系统。
.仪器仪表已成为现代国防建设技术装备的重要组成部分,中国航天工业的固定资产1/3是仪器仪表和计算机;运载火箭的仪器开支占全部研制经费的1/2左右;导弹的高精度制导、控制,航天精纬测量和红外成像、专用高温实验设备等都是国防装备中的重点产品。
.仪器仪表在探索人类社会可持续发展、抵御自然灾害、依法治国并实施有关法律(质量、商检、计量、环保等)的过程中作为重要实施手段和保障工业被普遍采用。
高水平的科学研究和高新技术产业的迅速发展提高了对仪器仪表的需求,仪器仪表在实施科教兴国、知识创新和技术创新的过程中,正发挥十分重要的作用。各项高水平的科学实验离不开科学仪器,现代科学的进步也越来越依靠尖端仪器的发展。现代生物、医学、生态环境保护、新材料(纳米材料等)、现代农业等诸多领域的发展,同样是建立在尖端精密仪器科技发展的基础上。
仪器仪表故障诊断
1、敲击手压法
我们使用仪器时,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。
所谓的“敲击”就是对可能产生故障的部位,通过小橡皮?头或其他敲击物轻轻敲打插件板或部件,看看是否会引起出错或停机故障。所谓“手压”就是在故障出现时,关上电源后对插的部件和插头和座重新用手压牢,再开机试试是否会消除故障。如果发现敲打一下机壳正常,再敲打又不正常时,最好先将所有接头重插牢再试,若不成功,只好另想其它办法。
2、观察法
利用视觉、嗅觉、触觉。某些时候,损坏了的元件会变色、起泡或出现烧焦的斑点;烧坏的器件会产生一些特殊的气味;短路的芯片会发烫;用肉眼也能观察到虚焊或脱焊处。
3、排除法
所谓的排除法是通过拔插机内一些插件板、器件来判断故障原因的方法。当拔除某一插件板或器件后仪表恢复正常,就说明故障发生在那里。
4、替换法
要求有两台同型号的仪器或有足够的备件。将一个好的备品与故障机上的同一元器件进行替换,看故障是否消除。
5、对比法
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。
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。
6、升降温法
有时,仪表工作较长时间,或在夏季工作环境温度较高时就会出现故障,关机检查正常,停一段时间再开机又正常,过一会儿又出现故障。这种现象是由于个别IC或元器件性能差,高温特性参数达不到指标要求所致。为了找出故障原因,可采用升降温法。
所谓降温,就是在故障出现时,用棉纤将无水酒精在可能出故障的部位抹擦,使其降温,观察故障是否消除。所谓升温就是人为地将环境温度升高,比如用电烙铁放近有疑点的部位(注意切不可将温度升得太高以致损坏正常器件)试看故障是否出现。
7、骑肩法
骑肩法也称并联法。把一块好的IC芯片安在要检查的芯片之上,或者把好的元器件(电阻电容、二极管、三极管等)与要检查的元器件并联,保持良好接触,如果故障出自于器件内部开路或接触不良等原因,则采用这种方法可以排除。
8、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。将电容跨接在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。
9、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。
10、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。
仪器仪表未来发展
我国仪器仪表产业未来十年,应牢牢抓住发展的战略机遇期,面向传统产业改造提升和战略性新兴产业发展的需求,针对制造过程中的感知、分析、决策、控制和执行等环节,融合集成先进制造、信息和智能等技术,实现制造业的自动化、智能化、精益化和绿色化,朝向以下几个重点发展方向不断向前发展:
重点发展:
1、高档数控机床与基础制造装备:
加快实施《高档数控机床与基础制造装备》科技重大专项,加强专项研究成果的示范应用和产业化进程。重点发展高速、精密、复合数控金切机床、重型数控金切机床、数控特种加工机床、大型数控成形冲压设备;重型锻压设备、清洁高效铸