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仪器仪表是对外界物质世界的信息进行采集、测量、处理与控制；是安全生产与规模化生产的技术手段和基础设施；是信息产业的源头和重要组成部分。



仪器仪表看似“配角” 实为“核心”



发展仪器澄清一个概念，“仪器”不是“机器”。不过，人们经常认为仪器只是机械，仪器工业是机械工业的一个组成部分。这种概念或许是由于国家把仪器工业归口机械部管理而导致的。同时，在学科上，仪器科技仅是机械学科的一个分支。由此，人们在很长一段时间里对仪器的认识产生了误区，导致这一领域发展严重滞后。



事实上，仪器与机器有很大差异。机器是改造世界的工具，以认识世界为基础；而仪器的发展是建立在认识世界的基础之上的。正确的概念应当是：仪器是认识世界的工具，机器是改造世界的工具。仪器是认识未知世界的科学工具，也是控制生产过程的工具。



从这个角度看，仪器属于信息技术科学，它是认识世界的原始信息数据的源头。



王大珩院士认为，我们应当把仪器和机器放到同等地位上，把仪器工业与机械工业同等看待。仪器是机械学、电子学、光学、计算机技术、材料科学、物理学、化学、生物学等学科和技术综合作用下的高技术产物。



仪器仪表是科学研究的“官”，工业生产的“倍增器”，军事上的“战斗力”，国民生活中的“物化法官”。



仪器仪表是科学研究的“官”



上世纪40年代初，王大珩曾供职于英国伯明翰昌司玻璃公司，任研究实验部物理师。他研制出v—棱镜精密折射率测定仪器，该仪器后来成为工业上的有效工具。他把测量玻璃等物品的光学性质的度从4位数提高到5位数，并由此获得英国仪器协会届“青年仪器发展奖”。



王大珩院士说：“如没有的仪器，当代科学研究是难以取得创新成果的，科学仪器经过几十年的发展，已从配套设备转变为核心部件。”



“从国际上看，约有1/4的诺贝尔物理学奖获得者的工作与仪器研制有关。如，在实用激光器诞生之后，美国斯坦福大学物理系教授肖洛研究小组致力于激光光谱学研究，并与合作伙伴对复杂的化合物进行了深入研究，创造出饱和吸收光谱与双光子光谱等多种方法，有效提高了仪器的分辨率。由此，他与合作者分享了1981年诺贝尔物理学奖。当前，科学仪器，如电子显微镜、质谱仪、ct断层扫描仪、x 射线物质结构分析仪等，不仅用来探索自然规律、积累科学知识，而且在科学技术的重大成就和科学研究新领域的开辟方面发挥了重要作用。”



“科学仪器是认识世界的工具，凝聚着人类智慧，并成为科学研究的物质基础。因此，所取得的科研成果应包含现代科学仪器的功劳。”王大珩感慨地说。



王大珩同时强调，发展我国的科学仪器固然应重视自主创新和自力更生，但不是说一切仪器都要自己制造。购买国外仪器设备开展科研工作无可厚非，但应避免产生对进口仪器的依赖性，或盲目崇拜。



工业生产的“倍增器”--仅占工业总值4%，但影响度达66%



“仪器对产品质量和规范化生产都有重要意义。生产过程中某一环节出现问题如不被察觉，将会导致重大灾难。如苏联切尔诺贝利核电站事故就是如此。总之，仪器对于产品质量和安全生产起着重要的保障作用。”王大珩阐述了仪器在生产中的意义。王院士以钢铁生产技术的变化为例介绍：“我国过去的钢铁生产是依靠经验丰富的老工人——他们凭借经验，通过观察炉膛中熔化的钢铁的颜色变化，确认钢铁出炉的时间。而现代化的钢铁生产车间，主要是青年人在操作，这正是因为有的仪器仪表测量、控制钢铁冶炼过程的温度和成分。”



现代工业中炼油、化工、冶金、电力等，如果没有的仪器仪表发挥其检测、显示、控制功能，就无法正常连续安全生产。即使原来认为可以土法生产的制酒工业，今天也需通过仪器仪表严格控制温度流程才能创出。



据美国国家工业技术研究院(nist)统计，美国为了质量认证和控制、自动化及流程分析，每天要完成2.5亿个检测。要完成这些检测，需要大量种类繁多的分析和检测仪器。上世纪90年代初，美国商业部国家标准局(nbs)评估仪器仪表工业对美国国民经济总产值(gnp) 的影响作用的调查报告称：仪器仪表工业总产值只占工业总产值的4%，但它对国民经济的影响达到66%。



军事上的“战斗力”



王大珩院士以“两弹一星”的成功研制为例，提到了科学仪器是开门旗舰。因为所需仪器装备在当时因国际封锁不可能买到，只能依靠我们自己研发。



据中科院长春光机所有关资料记载，“两弹一星”在研制过程中，在我国次核爆试验之前，王大珩指导改装了用于火球发光动态观测的仪器——高速摄影机；上世纪80年代，我国向南太平洋发射远程运载火箭，“远望号”航天测量船出色完成了火箭再入段的跟踪测量任务，而“远望号”测控使用的装备之一，即是王大珩率领的中国科学院长春光机所研制的光学设备。



据美国时代防务周刊发表文章称，中国已经在空天飞机领域取得了重大成就，从已经曝光的神龙空天飞机就可以看得出来。有军迷表示，中国空天飞机的研制计划开始于上世纪的“863高技术研制计划”，由此可见，中国神龙空天飞机的研制时间可能已经超过了30年，当时是由杨嘉墀、王大珩、王淦昌、陈芳允这四位科学界提出的。



再者，仪器仪表的测量控制精度决定了武器系统的打击精度，仪器仪表的测试速度、诊断能力则决定了武器的反应能力。的、智能化的仪器仪表已成为打击武器装备的重要组成部分。

雷达，原意是“无线电探测和定位”。利用电磁波发现目标并测定其位置、速度和其他特征的电子信息设备. 雷达具有发现目标距离远、测定目标参数速度快、能全天候工作等特点，是现代战争中一种重要的电子信息设备。



气象火箭，由携带气象探测仪器的火箭与地面发射、遥测跟踪定位、数据处理等设备，共同组成气象火箭探测系统。气象火箭所获取的大气探测资料是实施军事气象保障、从事空间科学研究、发展武器装备等不可缺少的依据。一个运载火箭上传感器就有三千个。





国民生活中的“物化法官”



在检查产品质量、监测环境污染、查服违禁药物、侦破刑事案件、识别指纹假钞等各种犯罪鉴定过程中，现代仪器仪表都成为不可或缺的具的“物化法官”，无一不依靠仪器仪表进行“判断”。

仪器仪表在关注生产活动、军事技术、社会服务与科学研究的同时，也开始走进家庭，成为提高人们生活质量的重要手段。仪器仪表在实验教学、气象预报、大地测绘、诊治疾病、指挥交通、探测灾情等社会生活许多领域都有广泛应用。



仪器仪表有什么特点？



仪器是机械学、电子学、光学、计算机技术、材料科学、物理学、化学、生物学等学科和技术综合作用下的高技术产物。



仪器仪表是综合交叉学科。仪器仪表自身结构已从单纯机械结构，发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术等多种高新技术于一身的系统，其用途也从单纯数据采集，发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制于一体的测控过程。特别是进入21世纪以来，随着计算机网络技术、软件技术、微纳米技术的发展，测控技术呈现出虚拟化、网络化和微型化的发展趋势，从而使仪器仪表学科的多学科交叉及多系统集成而形成的边缘学科的属性越来越明显。

1、物位测量仪表的仪表连接头 (管嘴) 位置应避开进入设各物流的冲击。



2、仪表的观测面应朝向操作通道，周围不应有妨碍维修仪表的物件。物位测量仪表宜安装在平台一端，或加宽平台。



3、物位测量仪表的仪表连接头 (管嘴) 如在设备的底部，应伸入设备100mm。



4、测量界位时，物位测量仪表的上部仪表连接头 (管嘴) 位于液相层内。



5、数个液位计组合使用时，宜采用连通管安装型式。1、用玻璃板 (管) 液位计和浮球 (浮筒) 液位计测量同一液时，玻璃板 (管) 液位计的测量范围应包括浮球 (浮筒) 液位计的测量范围。



2、数个液位计组合使用时，相邻的两个液位计在垂直方向应重迭150~250mm ，其水平间距宜为200mm。



3、数个液位计组合使用时，宜采用外接连通管安装，连通管两端应装切断阀，玻璃板 (管) 液位计装在此管上，可不另装切断阀。1、磁致伸缩式液位计宜安装于容器顶部或容器侧面引出的连通管顶部。



2、安装于拱顶罐或球罐顶部的磁致伸缩液位计宜采用法兰安装方式，法兰式仪表连接头 (管嘴)的内径应大于浮子直径。



3、当安装于容器外的连通管上时，连通管内径应大于浮子外径，连通管应采用非导磁材料 (如不锈钢、铝或合金) 制作。

1、测量液位的场合，宜垂直向下检测安装。



2、测量料位的场合，超声波或微波的波束宜指向料仓底部的出料口。



3、超声波或微波的波束中心距容器壁的距离应大于由束射角、测量范围计算出来的低液 (料)位处的波束半径。



4、超声波或微波的波束途径应避开容器进料流束的喷射范围。



5、超声波或微波的波束途径应避开搅拌器及其它障碍物。



6、超声波或微波液 (料) 位计的安装，还应符合制造厂的要求。

1、液位计应安装于储罐的顶部，避免与设备内的可动部件相碰; 当设备内介质波动剧烈时，应对导波杆 (探头) 加透孔式保护管固定。



2、液位计在设备外连通管上安装时，应符合下列规定:



a）导波杆 (探头) 的长度应包括上部和下部测量死区，其端部应低于连通管下部连接口中心至少50mm ;



b）采用双杆式探头的导波雷达液位计时，连通管直径不小于80mm ; 采用单杆式探头的导波雷达液位计时，连通管直径不少于50mm。



3、采用电缆探头式导波雷达液位计测量大液位时，应在设备底部对电缆探头进行拉直固定，液面波动剧烈的场合应加透孔式保护管固定。



4、被测介质温度高时，宜将变送器分离安装。



5、导波雷达与电容式液位计的安装还应符合制造厂的要求。1、单法兰式液位计的仪表连接头 (管嘴) 距罐底距离应大于300mm ，且处于易于维护的方位。



2、双法兰远传式差压液位计的安装高度不宜容器上的下取压法兰口，并计算出零点和负迁移量: 对传导毛细管应用角钢或钢管进行固定，环境温度变化大的场所应采取绝热保温措施。



3、采用差压变送器测液位的安装应符合以下要求:



a）上下取压仪表连接头 (管嘴) 之间距离应大于所需测量范围; 下取压仪表连接头 (管嘴) 距罐底距离不小于200mm ，且避开液体抽出口: 上取压仪表连接头 (管嘴) 应避开气相喷入口，无法避开时应采取防冲措施；



b）测量易挥发或易冷凝介质液位时，应在负压侧 (气相) 加隔离罐或在正负压两侧均加隔离罐，并计算出零点和负迁移量;



c）测量蒸汽锅炉汽包液位时，应安装温度自补偿式平衡容器，并宜对导压管进行伴热和隔热保温。



4、采用插入式反吹法测量液位时，插入导压管的端部距罐底距离至少200mm，并切削成斜坡状。1、根据工艺要求和仪表的特殊需要设置调节阀的切断阀和旁路阀。



2 具备下列情况之一者可不装切断阀和旁路阀:



a）操作条件不恶劣 (温度不 225℃ 、压力不大于0.1MPa 的干净介质) 、控制非重要参数的、直径大于或等于100mm 带手轮的调节阀；



b）顺序控制调节阀;



c）紧急停车联锁阀;



d）直径大于 350mm的蝶形调节阀;



e）三通调节阀;



f）有备用电机驱动的蒸汽透平泵的蒸汽调节阀;



g） 需要减少危险介质 (如氢氟酸、苯酚等) 泄漏的场所。



3、对于直径小于25mm的调节阀，可把调节阀装在旁路的上方。

洁净技术目前广泛应用在电子半导体、制药设备、食品卫生、生物科技、医疗等领域，随着科技的进步对洁净室的要求也越来越高。从洁净室的角度，说说自动化仪表控制与监测技术在洁净室的应用。
现代洁净室技术将洁净室设计建造、洁净室测试与检测、洁净室运行分为三大范畴， 每一范畴内都包含了自动化仪表控制与监测技术。净化工程是系统性很强的一项工程，它包括净化围护结构、净化空调系统。
整个系统是否合理、是否终能够满足空气净化级别和生产工艺所要求的各项指标或参数，取决仪器仪表的检测和自动化程度的高低。对于整个净化空调系统来说，净化空调机组和风管是这个系统的重要组成部分。它的作用是对空气进行过滤、加热或降温，加湿或减湿后送至各需要的场所。但是送入房间的空气是否达到了洁净要求，空气的温度、湿度是否满足生产要求，则需要由检测和控制设备来实现。
1．洁净室空调系统的特点
风机的压头高，风量大

温度，湿度控制精度高

正负微差压控制精度高

过滤系统效能要求高

变风量调节要求高

要求具备高的稳定性和可靠性


针对于洁净室工程的特点，在控制仪表和检测仪表方面需要更高的可靠性能和稳定性能，这样不仅能达到工艺生产的目的，还能节能降耗，降低生产成本，保护环境。
2 洁净室的微差压的控制：
按工艺要求维持洁净室与周围空间一定的微小差压，可正压或负压。微差压可通过送风口，回风口或余压阀来控制。
压差控制在净化空调系统中是一个非常重要的环节。只有通过对净化区域的压差进行控制，合理的气流组织，才能达到净化和工艺的要求。例如洁净厂房保 持一定的正压使外界未经净化的空气不会进人净化区域，洁净级别；并且通过对各净化区域的不同的压差控制，达到净化分区的作用，在GMP中就要求不同净 化级别区域的压差应得到控制不小于+5Pa。在生物安全洁净室中，压差控制更是安全防护屏障的关键手段，《生物安全实验室建筑技术规范》要求使实验室的负压梯度得到稳定可靠的控制。因此对于净化空调系统来说，压差控制是非常重要的。
根据《洁净室设计规范》（以下简称《规范》），洁净室室内压力保持外部压力，则为正压洁净室：反之称为负压洁净室。正压与负压是相对而言的，一个洁净室对大气而言是正压洁净室，但对另外一个房间而言可能是负压洁净室。《规范》规定不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差不小于5Pa，洁净区与室外的压差不小于 10Pa。洁净室内走廊与非洁净区至少维持30Pa正压压差。这种压差建立的基本原理是送风量大于回风量、排风量、渗漏风量来实现的。
3 洁净室的洁净度控制：
洁净度的控制主要通过过滤器和室内需达到一定的换气量来实现。过滤器的性能及长时间的堵塞，会影响空气的洁净度。因此需要检测过滤器的状态，同时也要掌握风机的运行状态及各风管的风压。4 洁净室风量控制
洁净室的送风量是由洁净度等级决定的，但送风量不可避免地会受到产尘量、压差等因素的影响而发生变化，造成设备能耗加大，运行费用增加， 如果系统采用变频装置，再根据生产工艺特点现场设置检测、控制装置来调节排风量，相继改变送风量，就可以避免因个别工序不生产时仍需开启排风机，造成电能的消耗。由于采用了变频装置，根据系统所需送风量值，来改变风机转速，从而大大降低电能消耗。