仪表发展史

仪表发展史

1、仪器仪表发展史 

古代仪器仪表 

  （一）早期主要的测量、度量器具 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，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、演示和报时为一身的“自动化”天文钟，被称为水运天文台。 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）古代的精密仪器 

  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）古代的科学仪器 

  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。

   2.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。

3.数字仪器 

  数字技术 (Digital Technology)是指借助一定的设备将各种信息，包括、图、文、声、像等，转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。通常也称为数码技术。 

   以数字技术为基础，以大规模集成电路为主体构成数字式仪器，对被测量的模拟信号进行A /D转换后，传输、处理、存贮和显示的信号均为数字信号，使测试速度快，准确性也大大提高，常见的代表仪器有恒温恒湿箱、温度传感器等。 

   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。 

2.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 

（1）.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。 

（2）.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。 

（3）.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。 

3、未来总体趋势 

  进入21世纪以来，网络、在线、智能等高科技化已成为现代仪器最主要的特征和发展趋势。 

  高新技术研究成果的广泛采用，跨学科的综合设计、高精尖的制造技术等，使仪器仪表领域发生了根本性的变革。现代仪器仪表作为典型的高科技产品，完全突破了传统的光、机、电构架，向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向迅速发展，向着更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象全方位信息的方向迈进。 

 随着微机技术、网络通信技术的不断拓展，新世纪的测试仪器将是一个开放的系统概念。科学测试仪器正由单台智能化逐步走向通用模件化，并实现即插即用，灵活方便地组成针对不同对象的自动测试系统 ;难于实现网络化的大型科学仪器，向更高的测量精度、高可靠性和环境适应性方向发展，其使用的自动化水平不断提高，并普遍具有自补偿、自诊断、自故障处理等功能。近年来，纳米级的精密机械、分子层次的现代化学、基因层次的生物学，以及高精密超性能特种功能材料研究成果等当代最新技术成果的问世，使仪器仪表不断向更深领域发展。 

  纵观仪器仪表的发展历程，可以得出未来仪器仪表的总体发展趋势是“六高一长二十化”，即传统的仪器仪表朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的方向发展；而新型的仪器仪表与元器件将朝着小型化(微型化) 、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化 ;服务上的专门化、简捷化、家庭化、个人化、无维护化以及组装生产自动化、无尘(或超净)化、专业化、规模化的方向发展。

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