仪表

在工程式上仪表性能指标通常用精确度(又称精度)、变差、灵敏度来描述。仪表工校验仪表通常也是调校精确度,变差和灵敏度三项。变差是指仪表被测变量(可理解为输入信号)多次从不同方向达到同一数值时,仪表指示值之间的最大差值,或者说是仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的程度,两者之差即为仪表变差。
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变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比:变差产生的主要原因是仪表伟动机构的间隙,运动部件的摩擦,弹性元件滞后等。取胜着仪表制造技术的不断改进,特别 是微电子技术的引入,许多仪表全电子化了,无可动部件,模拟仪表改为数字仪表等等,所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。

一、主要种类

玻璃温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电偶、热电阻、非接触式温度计、温度控制(调节)器、温度变送器、温度校验仪表、温度传感器、温度测试仪等;人体测温仪、血压计;压力仪表:压力计、压力表、压力变送器、差压变送器、压力校验仪表、减压器、胎压计、气压自动调节控制仪器、液压自动调节控制仪器、压力传感器;流量仪表:流量计、流量传感器、流量变送器、水表、煤气表、液位变送器、液位继电器、液位计、油表、水位计、液位控制器、计量仪;电工仪器仪表:电流表、电压表、电流功率频率表、电流分配、测电笔、断路器、开关、接触器、继电器、接线端子、调压器、电压监测仪、智能电力监测仪、稳压器、兆欧表、钳形表、万用表、电量变送器、电流变送器、镇流器、整流器;电子测量仪器:LCR测量仪、物位仪、粘度计、示波器、信号发生器;分析仪器:色谱仪、色谱配件、光度计、水分测定仪、天平、热学式分析仪器、射线式分析仪器、波谱仪、物理特性分析仪器、摄影仪器、频谱分析仪;光学仪器:光度计、折射仪、滤光片、滤色片、棱镜、透镜、分光仪、色差计、光电子、激光仪器、显微镜、望远镜、放大镜、经纬仪、水准仪、光谱仪;
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工业自动化仪表:控制系统、调节阀、调节仪器、多功能仪器、加热设备、绕线机、装置、智能仪表、安全栅、变频器、模块、无纸记录仪、探头、放大器、加速度传感器、测速传感器、位移传感器、转速传感器、电流传感器、张力传感器;实验仪器:天平仪器、恒温实验设备、真空测量仪器、热量计、培养箱、恒温箱、腐蚀试验箱、硬度计、干燥箱、烘箱、振荡器、搅拌器、离心机、水(油)浴锅、恒温水箱;量具:量规、游标卡尺、千分尺、卷尺、百分表;量仪:圆度仪、三坐标测量机、气动量仪;执行器:电动执行机构、气动执行机构;仪器专用电源:直流电源、稳压电源、交流电源、开关电源、不间断电源、逆变电源显示仪表:数字显示仪;供应用仪表:计数器、电度表、恒温器、恒压器、抄表系统、计度器;通用实验仪器:电热板、电热套、匀浆机、蒸馏器、分散器、捣碎器;机械量仪表:测厚仪、高度计、测力仪表、速度测量仪表;衡器:定量秤、台秤、轨道衡、计价秤、称重传感器、电子衡、地上衡、皮带秤、吊秤、配料秤;行业专业检测仪器:风速风温风量仪、温湿度仪、粉尘测定仪、噪音仪、水质分析检测仪器、酸度计/PH计、电导率仪、极谱仪、采样器、气体分析仪器、照度计、声级计、尘埃粒子计数器、粮食油检测仪器、测汞仪;试验设备:拉力试验机、压力试验机、弯曲试验机、扭转试验机、冲击试验机、万能试验机、试验箱、非金属材料试验机、平衡机、无损检测仪器、工艺试验机、力与变形检测仪、汽车试验设备、包装件试验机、疲劳试验机、强度试验机、试验室、振动台。

二、灵敏度

灵敏度是指仪表对被测参数变化的灵敏程度,或者说是对被测的量变化的反应能力,是在稳态下,输出变化增量对输入变化增量的比值:灵敏度有时也称“放大比”,也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度,单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能,即仪表精度并没有提高,相反有时会出现振荡现象,造成输出不稳定。仪表灵敏度应保持适当的量。然而对于仪表用户,诸如化工企业仪表工来讲,仪表精度固然是一个重要指标,但在实际使用中,往往更强调仪表的稳定性和可靠性,因为化工企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多,而大量的是用于检测。另外,使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。

三、精确度

仪表精确度科称精度,又称准确度。精确度和误差可以说是孪生兄弟,因为有误差的存在,才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度,通常用相对百分误差(也称相对折合误差)表示。要提高仪表精确度,就要进行误差分析。误差通常可以分为疏忽误差、缓变误差、系统误差和随机误差。疏忽误差是指测量过程中人为造成的误差,一则可以克服,二则和仪表本身没有什么关系。缓变误差是由于仪表内部元器件老化过程引起的,它可以用更换元器件、零部件或通过不断校正加以克服和消除。
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系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时,所出现的数值大小或符号都相同的误差,或按一定规律变化的误差,可目前尚未被人们认识的偶然因素所引起,其数值大小和性质都不固定,难以估计,但可以通过统计方法从理论上估计其对检测结果的影响。误差来源主要指系统误差和随机误差。在用误差表示精度时,是指随机误差和系统误差之和。任何仪表都有一定的误差。因此,使用仪表时必须先知道该仪表的精确程度,以便估计测量结果与约定真值的差距,即估计测量值的大小。仪表的精确度通常是用允许的最大引用误差去掉百分号(%)后的数字来衡量的。模拟式仪表的精确度一般不宜用绝对误差(测量值与真实值的差)和相对误差(绝对误差与该点的真实值之比)来表示,因为前者不能体现对不同量程仪表的合理要求,后者很容易引起任何仪表都不能相信的误解。例如,对一只满量程为100mA的电流表,在测量零电流时,由于机械摩擦使表针的示数略偏离零位而得到0.2 mA的读数,若按上述相对误差的算法,那么该点的相对误差即为无穷大,似乎这个仪表是完全不能使用的:但在工程人员看来,这样的测量误差是很容易理解的,根本不值得大惊小怪,它可能还是一只比较精密的仪表呢! 模拟式仪表的合理精确度,应该以测量范围中最大的绝对误差和该仪表的测量范围之比来衡量,这种比值称为相对(于满量程的)百分误差。按仪表工业规定,仪表的精确度划分成若干等级,简称精度等级,如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.5级等。由此可见,精度等级的数字越小,精度越高。

四、复现性

测量复现性是在不同测量条件下,如不同的方法,不同的观测者,在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时,其测量结果一致的程度。测量复现性必将成为仪表的重要性能指标。测量的精确性不仅仅是仪表的精确度,它还包括各种因素对测量参数的影响,是综合误差。

五、稳定性

在规定工作条件内,仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性(度)。仪表稳定性是化工企业仪表工十分关心的一个性能指标。由于化工企业使用仪表的环境相对比较恶劣,被测量的介质温度、压力变化也相对比较大,在这种环境中投入仪表使用,仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低,仪表的稳定性会下降。仪表稳定性尚未有定量值,化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳定性。仪表投入运行一年之中零位没有漂移,相反仪表投入运行不到3个月,仪表零位就变了,说明仪表稳定性不好。仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围,有时直接影响化工生产,仪表稳定性不好造成的影响往往双仪表精度下降对化工生产的影响还要大。仪表稳定性不好仪表维护量也大,是仪表工最不希望出现的事情。

六、可靠性

仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相反相成的,仪表可靠性高说明仪表维护量小,反之仪表可靠性差,仪表维护量就大。对于化工企业检测与过程控制仪表,大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上,而且化工生产的连续性,多数有毒、易燃易爆的环境,这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难,一是考虑化工生产安全,二是关系到仪表维护人员人身安全,所以化工企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好,亦即要求仪表可靠性尽可能地高。随着仪表更新换代,特别 是微电子技术引入仪表制造行业,使仪表可告性大大提高。仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视,通常用平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠性。一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动Ⅲ变送器要高10倍左右,它可高达100~390年。

七、仪表维护

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。

八、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。具体的需求对象可以从以下几个方面进行表述:1、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。2、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。3、高水平科学研究和高新技术产业的发展迅速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是不能离开科学仪器的,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)、现代农业的发展等,同样是建立在尖端精密仪器科技的发展基础上。4、仪器仪表已成为现代国防建设技术装备的重要组成部分,我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。5、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。

九、行业分类

按照新修订的《国民经济行业分类》国家标准(GB/T4754-2002),仪器仪表大行业包括工业自动控制系统装置、电工仪器仪表、绘图、计算及测量仪器、实验分析仪器、试验机、供应用仪表及其他通用仪器制造、环境监测专用仪器仪表、汽车及其他用计数仪表、导航、气象及海洋专用仪器、农林牧渔专用仪器仪表、地质勘探和地震专用仪器、教学专用仪器、核子及核辐射测量仪器、电子测量仪器、其他专用仪器、钟表与计时仪器、光学仪器、其他仪器仪表的制造及修理、衡器、医疗诊断监护及治疗设备等20个小行业。按产品的主要服务对象和领域分,通常把仪器仪表大行业概括为生产过程测量控制仪表及系统、科学测试仪器、专用仪器仪表、仪表材料和元器件四大类。我国仪器仪表行业的分布以机械系统开发生产通用仪器仪表为主,信息产业部、教育部、中国科学院、国家医药局和冶金、石化、轻工、煤炭、电力公司、测绘以及兵器、航天、航空、船舶工业等系统研制、生产各类专用仪器仪表;其中中科院(科学测试仪器)、信息产业部(通讯及电子测量仪器)、兵器、船舶及航空航天系统(军工配套产品)、轻工系统(衡器)、国家医药局(医疗仪器及设备)力量较强。说明:1、国际上仪器仪表是一个独立行业和产品领域,不属机械,也不属电子,内容还包括钟表行业。2、按行业行政归口,我国长期将电影机械、照相机、复印机等文化办公设备行业也归入仪器仪表行业,但本概况没有包括这几类小行业。

十、行业特点

·1、特点

应用领域广泛,品种繁多。涉及工农业生产、科学研究、国防建设、文教卫生等国民经济众多领域,产品有13大类,145个小类,800多个系列,16000个品种,约占机械行业的1/4。知识密集、技术密集型,是多学科的综合体。三高三低:高技术、高投入、高产出;低能耗、低材耗、低污染。产品性能特点:高精度、高灵敏、高可靠、高环境适应性;生产特点多数属于多品种、小批量。对新技术敏感,更新换代快。

·2、国际仪器仪表主要发展趋势:

数字化、智能化、网络化、微型化。兼并、重组加剧,大型仪表企业进入更强大综合性工业集团趋势明显。跨国公司加速推进对华战略,进入以建独资生产企业和控股投资公司、兼并中方优势企业为主的“第三阶段”。

·3、我国仪器仪表行业的特点和趋势:

门类齐全,有一定行业基础,在发展中国家,属“上游”,与发达国家差距明显。受体制、机制、经济及科技综合水平、管理、人才等条件的制约,企业“多、散、弱”,科研开发能力不强,产品稳定性、可靠性有差距,市场出现高中档产品以三资和进口为主,中低档产品以中资企业为主的趋势,而且由于市场规模、人力成本、行业基础等比较优势,一些量大面广的产品将成为生产和出口大国。三资企业高速发展,民企发展迅猛,国企处境艰难,不同经济类型企业差距拉大,具体指标如下所列:行业总体上呈向上发展态势,除三资企业外,中资企业的亮点集中在已有一定规模和实力的民企、改革已见成效的少数国企和由大学及科研机构创建的高科技企业。

十一、发展规划

仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。包括检修仪、电阻表、分析仪、测试仪、校验仪等。广义来说,仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能,例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表,和电动调节仪表,以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。我国微机继电保护工业虽然起步较晚,但近二十年来,尤其是“十二五”期间有了迅速发展,目前我国已初步形成了一个比较齐全的微机继电保护测试仪生产、科研和营销体系。专家预计“十二五”期间,我国仪器仪表行业市场前景,可从以下几方面来分析:环保仪器仪表环保仪器仪表主要用在环境质量监测和污染源监测等方面。针对我国具体国情,环保主要解决我国水环境、大气环境两个战略性和全局性的大环境生态污染问题。随着节能降耗、减少排放和低碳经济成为国家长期国策。对大气环境、水环境的环保监测仪器仪表,取样系统和环境监测自动化控制系统产品,潜在的市场规模达数十亿元至数百亿元。微机继电保护测试仪在国家电网公司提出,要大力推进以特高压电网为龙头、各级电网协调发展、健全智能电网的原则,同时还明确了电力用户用电信息采集系统建设是我国智能电网建设的重要组成部分后,智能电网建设渐进式发展起来。而电网建设是全球性行为,是长期、渐进式的刚性市场,为微机继电保护测试仪的重大发展机遇。同时,印度的电力工业发展较快,人口多,对电能表的需求量比较大。工业自动化仪表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、特种和专用自动化仪表。从市场需求看,我国工业自动化市场需求日益旺盛。据中国仪器仪表协会预测,到十二五末,工业自动化市场需求将会翻倍。另一方面,随着国内经济环境的日益增长,以及国家对电力工业基础建设的逐步重视,这些信号也对仪器仪表提出新的要求和市场需求。仪器仪表行业发展步伐没有因金融风暴放缓仪器仪表行业已经连续八年保持了经济高位运行的态势。虽然全球受金融风暴的影响,各个行业经济东圃有所放缓,但仪表行业的增长速度并没有放缓。主要有两个原因,一是国家的经济仍处于高位运行;按照过去的经验,如果GDP的增长在15%以上时,仪表行业的增长率则在26%~30%之间。二是国家宏观调控对仪表行业的影响有一个滞后期,仪表往往在工程的后期才交付使用,因此,因宏观调控政策而减少的投资对仪表行业的影响不会太大。外资仪器仪表企业开始改变原来以独资形式为主的投资方式。这种变化主要表现在两方面,一是开始着力收购兼并国内优秀的生产企业,二是委托生产比例不断上升。外企收购国内的优秀企业并不容易。政府对仪器仪表行业的支持力度越来越大,其中的投入也越来越多,让国内优秀的仪表制造企业有了更为广阔的发展空间。稳定性可靠性问题成为制约我国仪器仪表发展障碍国产仪器仪表与自动化系统的可靠性和稳定性与国外产品的差距很大。其可靠性问题动摇了冶金、电力、石油化工等重点行业对国产产品的信心,从而在国家重大技术装备的国产化工作中,仪器仪表与自动化系统的国产化推进最为缓慢。极大地影响了装备制造业技术水平和产品质量的提高。稳定性和可靠性问题已经成为制约我国仪器仪表工业发展和技术创新的一个严重障碍。可靠性工作是一项综合性工作,可靠性工作需从系统的观点出发,在产品全生命周期中,最大限度地排除和控制各种不可靠因素,最大限度地检出不可靠因素所造成的缺陷,以求最省费用、最省时间地实现既定可靠性目标的运作。它涉及产品性能有效性、功能安全性、使用寿命、维修性、环境适应性,以及产品的全生命周期费用等各个方面。可靠性工作需要系统的理论性研究、需要长期的数据积累、需要细致的实验论证和广泛的调研分析。