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什么是儀表
儀器儀表(英文:instrumentation) 儀器儀表是用以檢出、測(cè)量、觀察、計(jì)算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。真空檢漏儀、壓力表、測(cè)長(zhǎng)儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。
廣義來(lái)說(shuō),儀器儀表也可具有自動(dòng)控制、報(bào)警、信號(hào)傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能,例如用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制中的氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表,和電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表,以及集散型儀表控制系統(tǒng)也皆屬于儀器儀表。
儀表功能及作用
儀器儀表能改善、擴(kuò)展或補(bǔ)充人的官能。人們用感覺器官去視、聽、嘗、摸外部事物,而顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、聲級(jí)計(jì)、酸度計(jì)、高溫計(jì)、真空離心濃縮儀等儀器儀表,可以改善和擴(kuò)展人的這些官能;另外,有些儀器儀表如磁強(qiáng)計(jì)、射線計(jì)數(shù)計(jì)等可感受和測(cè)量到人的感覺器官所不能感受到的物理量,還有些儀器儀表可以超過(guò)人的能力去記錄、計(jì)算和計(jì)數(shù),如高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。
儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要“工具”。著名科學(xué)家王大珩先生指出,“機(jī)器是改造世界的工具,儀器是認(rèn)識(shí)世界的工具”。儀器是工業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”,是科學(xué)研究的“先行官”,是軍事上的“戰(zhàn)斗力”,是現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)的“物化法官”。不言而喻,儀器在當(dāng)今時(shí)代推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常重要的地位。儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要前提和根本保障。人類發(fā)展史上任何一次大的飛躍都是基于工具的巨大創(chuàng)新和根本變革驅(qū)動(dòng)的,作為“工具”的科學(xué)儀器的發(fā)展和創(chuàng)新往往是催生科技創(chuàng)新的重要要素。
儀器是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全的重要保障。儀器是保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家安全不可或缺的重要基礎(chǔ)條件。首先,著名科學(xué)家錢學(xué)森先生指出:“新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。測(cè)量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)”。
儀器是推進(jìn)和諧社會(huì)建設(shè)的重要力量。全球的資源枯竭、環(huán)境污染等問(wèn)題已成為社會(huì)健康發(fā)展的瓶頸;食品安全問(wèn)題、公共突發(fā)事件、疾病診斷、易燃易爆化學(xué)危險(xiǎn)品等給人民的生活帶來(lái)了嚴(yán)重影響,這些重大問(wèn)題的解決都離不開先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和手段。
數(shù)字化、智能化
因?yàn)槲㈦娮蛹寄艿奶岣撸瑑x器儀表產(chǎn)物進(jìn)一步與微處置器、PC技能交融,儀器儀表的數(shù)字化、智能化程度不時(shí)獲得進(jìn)步。以美國(guó)德州儀器公司提出的“DSPS”概念為例,以DSP芯片為中心,共同進(jìn)步前部的夾雜旌旗燈號(hào)電路、ASIC電路、元件及開拓東西等供應(yīng)整個(gè)使用系統(tǒng)的處理方案。儀器儀表中采用了很多的超大規(guī)劃集成(VLSI)的新器件、外表貼裝技能(SMT)、多層線路板印刷、圓片規(guī)劃集成(WSI)和多芯片模塊(MCM)等新工藝,CAD、CAM、CAPP、CAT等核算機(jī)輔佐伎倆,使多媒體技能、人機(jī)交互、恍惚節(jié)制、人工神經(jīng)元收集等新技能在現(xiàn)代儀器儀表中獲得了普遍使用。
收集化
多種智能化儀器儀表已陸續(xù)面向市場(chǎng),儀器儀表正派歷著深入的智能化革新。集成測(cè)試系統(tǒng)也走向了收集化,各臺(tái)儀器之間經(jīng)過(guò)GPIB總線、VXI總線相連。
微型化
MEMS產(chǎn)物包括汽車加快計(jì),壓力、化學(xué)、流量傳器、微光譜儀等產(chǎn)物,普遍使用于情況科學(xué)、航天、生物醫(yī)療、汽車工業(yè)、軍事、工業(yè)節(jié)制等范疇。
具體方法是:讓有故障的儀表和正常儀表在相同情況下運(yùn)行,而后檢測(cè)一些點(diǎn)的信號(hào)再比較所測(cè)的兩組信號(hào),若有不同,則可以斷定故障出在這里。這種方法要求維修人員具有相當(dāng)?shù)闹R(shí)和技能。
要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀表,并有一臺(tái)是正常運(yùn)行的。使用這種方法還要具備必要的設(shè)備,例如,萬(wàn)用表、示波器等。按比較的性質(zhì)分有,電壓比較、波形比較、靜態(tài)阻抗比較、輸出結(jié)果比較、電流比較等。
儀器儀表電容旁路法
當(dāng)某一電路產(chǎn)生比較奇怪的現(xiàn)象,例如顯示器混亂時(shí),可以用電容旁路法確定大概出故障的電路部分。
儀器儀表隔離法
故障隔離法不需要相同型號(hào)的設(shè)備或備件作比較,而且安全可靠。根據(jù)故障檢測(cè)流程圖,分割包圍逐步縮小故障搜索范圍,再配合信號(hào)對(duì)比、部件交換等方法,一般會(huì)很快查到故障之所在。
儀器儀表敲擊法
經(jīng)常會(huì)遇到儀器運(yùn)行時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象絕大多數(shù)是由于接觸不良或虛焊造成的。對(duì)于這種情況可以采用敲擊與手壓法。
儀器儀表狀態(tài)調(diào)整法
一般來(lái)說(shuō),在故障未確定前,不要隨便觸動(dòng)電路中的元器件特別是可調(diào)整式器件更是如此,例電位器等。但是如果無(wú)紙記錄儀事先采取復(fù)參考措施(例如,在未觸動(dòng)前先做好位置記號(hào)或測(cè)出電壓值或電阻值等),必要時(shí)還是允許觸動(dòng)的。也許改變之后有時(shí)故障會(huì)消除。
IC的電源和地端;對(duì)晶體管電路跨接在基極輸入端或集電極輸出端,觀察對(duì)故障現(xiàn)象的影響。如果彩色無(wú)紙記錄儀電容旁路輸入端無(wú)效而旁路它的輸出端時(shí)故障現(xiàn)象消失,則確定故障就出現(xiàn)在這一級(jí)電路中。
儀器技術(shù)
傳感技術(shù)
傳感技術(shù)不僅是儀器儀表實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的基礎(chǔ),也是儀器儀表實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。這不僅因?yàn)榭刂票仨氁詸z測(cè)輸入的信息為基礎(chǔ),并且是由于控制達(dá)到的精度和狀態(tài),必需感知,否則不明確控制效果的控制仍然是盲目的控制。
廣義而言傳感技術(shù)必須感知三方面的信息,它們是客觀世界的狀態(tài)和信息,被測(cè)控系統(tǒng)的狀態(tài)和信息以及操作人員需了解的狀態(tài)信息和操控指示。在這里應(yīng)注意到客觀世界無(wú)窮無(wú)盡,測(cè)控系統(tǒng)對(duì)客觀世界的感知主要集中于與目標(biāo)相關(guān)的客觀環(huán)境(簡(jiǎn)稱既定目標(biāo)環(huán)境),既定目標(biāo)環(huán)境之外的環(huán)境信息可通過(guò)其它方法采集。被測(cè)控系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的物或單一的樣本,可以是復(fù)雜的無(wú)人直接操縱的自動(dòng)系統(tǒng),可以是有人(群)在內(nèi)操作的大型自動(dòng)化系統(tǒng)或社會(huì)活動(dòng)系統(tǒng),也可以是人體。以人體健康、生理、心理狀態(tài)為目標(biāo)的傳感技術(shù)是醫(yī)療診治儀器的基礎(chǔ)和核心。操作人員可以是單人,但在系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的情況下常為不同崗位下的操作人員群體。
窄義而言,傳感技術(shù)主要是客觀世界有用信息的檢測(cè),它包括有用被測(cè)量敏感技術(shù),涉及各學(xué)科工作原理、遙感遙測(cè)、新材料等技術(shù);信息融合技術(shù),涉及傳感器分布,微弱信號(hào)提?。ㄔ鰪?qiáng)),傳感信息融合,成像等技術(shù),傳感器制造技術(shù),涉及微加工,生物芯片,新工藝等技術(shù)。
儀器儀表系統(tǒng)集成
系統(tǒng)集成技術(shù)直接影響儀器儀表和測(cè)量控制科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用廣度和水平,特別是對(duì)大工程、大系統(tǒng)、大型裝置的自動(dòng)化程度和效益有決定性影響,它是系統(tǒng)級(jí)層次上的信息融合控制技術(shù),包括系統(tǒng)的需求分析和建模技術(shù),物理層配置技術(shù),系統(tǒng)各部份信息通信轉(zhuǎn)換技術(shù),應(yīng)用層控制策略實(shí)施技術(shù)等。在操作人員為多種不同崗位的操作群體情況下,還包括各級(jí)操作人員需求分析技術(shù)。
儀器儀表智能控制
智能控制技術(shù)是人類以接近方式,通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)以接近方式監(jiān)控智能化工具、裝備、系統(tǒng)達(dá)到既定目標(biāo)的技術(shù),是直接涉及測(cè)控系統(tǒng)的效益發(fā)揮的技術(shù),是從信息技術(shù)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。智能控制技術(shù)可以說(shuō)是測(cè)控系統(tǒng)中最重要和最關(guān)鍵的軟件資源。從發(fā)展趨勢(shì)看,在企業(yè)信息化ERP/MES/PCS三級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中,軟件的價(jià)格已超過(guò)硬件的3倍。而有關(guān)石化、冶金、電力、制藥行業(yè)中自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的先進(jìn)控制軟件價(jià)格就超過(guò)系統(tǒng)硬件價(jià)格。智能控制技術(shù)包括仿人的特征提取技術(shù),目標(biāo)自動(dòng)辨識(shí)技術(shù),知識(shí)的自學(xué)習(xí)技術(shù),環(huán)境的自適應(yīng)技術(shù),優(yōu)質(zhì)決策技術(shù)等。
儀器儀表人機(jī)界面
人機(jī)界面技術(shù)主要為方便儀器儀表操作人員或配有儀器儀表的主設(shè)備、主系統(tǒng)的操作員操作儀器儀表或主設(shè)備、主系統(tǒng)服務(wù)。它使儀器儀表成為人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的直接操作工具。儀器儀表、甚至配有儀器儀表的主設(shè)備、主系統(tǒng)的可操作性、可維護(hù)性主要由人機(jī)界面技術(shù)完成。儀器儀表具有一個(gè)美觀、精致、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的人機(jī)界面,常成為人們選用儀器儀表及配有儀器儀表的主設(shè)備、主系統(tǒng)的一個(gè)重要條件。
人機(jī)友好界面技術(shù)包括顯示技術(shù)、硬拷貝技術(shù)、人機(jī)對(duì)話技術(shù)、故障人工干預(yù)技術(shù)等??紤]到操作人員從單機(jī)單人向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化情況下的許多不同崗位的操作人員群體發(fā)展、人機(jī)友好界面技術(shù)正向人機(jī)大系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展。此外,隨著儀器儀表的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,識(shí)別特定操作人員、防止非操作人員的介入技術(shù)也日益受到重視。
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