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。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。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。
仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。人们用感觉器官去视、听、尝、摸外部事物,而显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等仪器仪表,可以改善和扩展人的这些官能;另外,有些仪器仪表如磁强计、射线计数计等可感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的物理量;还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数,如高速照相机、计算机等。
仪器仪表发展已有悠久的历史。据《韩非子·有度》记载,中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器,称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。
17~18世纪,欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计;利用光学透镜制成的望远镜,奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。
19世纪到20世纪,工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展,后来又出现了电子计算机和空间技术等,仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。
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。
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。
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、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。
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。
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,如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级等,0.1级表示仪表总的误差不超过±0.1%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。
科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。在现代科学研究试验、精密测试系统、生产过程自动检测控制系统,以及各种管理自动化系统中,仪器仪表都是重要的技术工具。
为了进一步提高仪器仪表的各种性能,增强耐受各种苛刻使用环境的能力,提高可靠性和使用寿命,仪器仪表将不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件。例如利用超声波微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理,以及采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化、减轻重量、降低生产成本和便于使用与维修等。
另一重要的趋势是,通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能,提高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单顶使用,而且可以通过标准接口和数据通道,与电子计算机结合起来,组成各种测试控制管理综合系统,满足更高的要求。
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。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。
仪器类产品通常需要满足IEC61326-1标准的电磁兼容性要求,该标准中包含了静电抗扰度试验,要求仪器类产品依据IEC61000-4-2,需满足接触放电4KV,空气放电8KV的试验等级。 1、越高频的仪器,静电防护能力相对越弱: 示波器是一个高阻设备,极易受到外界静电感应而产生静电,但电荷在静电较强的场合难于泄放,就容易出现静电击穿。 由于静电防护器件的寄生参数会影响高频信号的测量,所以高频仪器当中无法集成过多的静电防护器件,从而导致静电防护能力下降。因此越高频的仪器越需要注意静电防护。 2、错误使用操作也会导致仪器被静电损坏: 对于示波器而言,一定要留意先接地后接信号。比如以下两种操作都是非常危险的,一定要尽量避免。 错误操作1:在使用示波器测量电路板时,探针先接信号线,探头地线后接地; 错误操作2:用手直接触摸探头针。 虽然仪器具备一定的防静电能力,但如果环境静电比标准要求更高时,仪器依然可能被静电损坏,所以在使用仪器时的一些基本的静电防护措施还是有必要了解的。 静电防护主要遵循先释放后操作的原则。 1、保持仪器接地良好: 目的是将静电泄放到大地。如迫不得已需要浮地测量,一定要在具体操作之前先接地释放静电。 2、在测量之前对环境做静电处理: 条件允许的话,产线需要铺防静电地板、穿戴防静电服、防静电鞋等。对于高频仪器的使用还要通过戴静电手环将人身上的静电直接泄放到大地。 如果条件不允许,我们有个比较方便的办法,可以在接触仪器之前,先用手摸一下接地良好的东西,可以每隔一段时间操作一次。 3、一定要先接地,后接信号: 被测设备也会有静电(接触电阻小,释放电流可能更高),因此使用示波器测量电路板,必须先接探头地线,再接探针到信号线; 若先接探针到测试点,后接探头地,则静电将直接通过示波器信号回路释放,有可能击穿示波器内部器件,这是非常重要的操作步骤。 在很多板卡的设计中也有类似应用,PCIE板卡,时钟信号的金手指要明显短于其它引脚,就是为了在插卡时让地线先接触进行放电后,信号线后接触就安全了。 4、尽量不要触碰裸露的接口: 对于电子设备裸露的接口,一定不要用手摸,包括示波器探头探针也是如此。 操作者在使用仪器时,一定要有静电防护意识,特别是干燥的冬天,这样才可以尽量减少静电放电对仪器的伤害。再强调一次:特别是在北方,特别是在冬天。