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我國計量儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
日期：2024-08-19 21:18
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摘要：
我國計量儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
我國計量儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析
按照應(yīng)用領(lǐng)域和儀器原理相結(jié)合的分類原則，即“先按大的應(yīng)用領(lǐng)域分大類；然后在每一大類內(nèi)先按原理分；按原理不好分時，再按具體應(yīng)用分”的分類原則對儀器儀表進(jìn)行分類。從科學(xué)性、實用性考慮，計量儀器屬于科學(xué)儀器的一部分。因為技術(shù)的發(fā)展和學(xué)科的交叉，一些計量儀器又被劃分到電子電工測量儀器或自動化儀表和控制系統(tǒng)中。但是不管怎樣分類，計量儀器已經(jīng)隨著我國能源及重化工等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，石油、化工、冶金、電力、機械行業(yè)的重大裝備的大型化、復(fù)雜化得到了長足進(jìn)步?，F(xiàn)代企業(yè)對自動化儀表與系統(tǒng)的要求越來越高，同時也對計量儀器提出了更高的要求。本文針對我國計量儀器的現(xiàn)狀、與國外同行業(yè)比較及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。
我國計量儀器的基本狀況
1.種類齊全
幾十年來我國儀器科技產(chǎn)品基本上劃歸機械系統(tǒng)管理，但是作為信息源頭的儀器儀表，機械部門的儀表企業(yè)不能滿足其他行業(yè)的需求，所以在信息、科學(xué)、教育、國防科工、航天航空、石油化工、食品醫(yī)藥等20多個部門先后建立了一大批有相當(dāng)規(guī)模的儀器儀表企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)著種類齊全的計量儀器。近20年來有大量民營生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入計量儀器領(lǐng)域，并且形成規(guī)模，同時國外企業(yè)以獨資、合資、合作形式在中國建立生產(chǎn)廠。
2.企業(yè)規(guī)模小效率低
2005年我國儀器儀表行業(yè)規(guī)?？偖a(chǎn)值約為1780億元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的0.975%，2006年儀表行業(yè)的增長率超過26%，2007年的年增長率也會超過20%。整個儀器儀表行業(yè)銷售的絕大部分份額來自工作計量儀表，計量儀器的銷售份額比較小。以上海儀表集團股份有限公司和西儀集團股份有限公司為例，集團內(nèi)生產(chǎn)計量儀器的公司的銷售額只有幾千萬元，從業(yè)人員只有數(shù)十個。同時我國整個行業(yè)的效率與國外同行相比只有人家的十分之一甚至更低。
3.產(chǎn)品檔次低
目前我國國產(chǎn)計量儀器的檔次還比較低，省級及各行業(yè)計量中心以上計量技術(shù)機構(gòu)的主要標(biāo)準(zhǔn)器采用國外產(chǎn)品。中國計量科學(xué)研究院雖然在“NIM4激光冷卻-銫原子噴泉時間頻率基準(zhǔn)裝置”和“量子化霍爾電阻基準(zhǔn)”項目連續(xù)兩年榮獲國家科技進(jìn)步一等獎，但是我國生產(chǎn)的大量計量儀器還是處于低端水平。例如：在我國廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計，歐盟委員會做出決定，從2005年起的4年內(nèi)，水銀溫度計將從歐洲市場上消失，2011年起禁止這種溫度計出口，歐美已經(jīng)大量使用數(shù)字溫度計。無論從**性、環(huán)保、使用方便性和準(zhǔn)確度方面水銀溫度計都無法與數(shù)字溫度計相比。從**儀表方面看，我們可以看到可以校準(zhǔn)51/2和61/2位數(shù)字多用表的計量儀器幾乎全被美國FLUKE壟斷。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展國內(nèi)外主要差距
1.傳感器技術(shù)方面差距
技術(shù)方面的*主要差距是傳感器技術(shù)方面差距，傳感器技術(shù)是涉及機理研究與分析、設(shè)計與研制，涉及材料、精密制造學(xué)科的綜合技術(shù)，是一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。近年在國家的大力扶持下，傳感器領(lǐng)域呈現(xiàn)出良好發(fā)展勢頭。
《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》在支持的重點領(lǐng)域及其優(yōu)先主題中列入“傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理”。現(xiàn)在我們已經(jīng)在硅復(fù)合傳感器、硅隔離耐高溫微型壓力傳感器、采用靜磁柵技術(shù)的位移傳感器、多孔納米固體ZnO氣敏傳感器及生物傳感器等領(lǐng)域取得了巨大成績。但是我們傳感器生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，廢品率高，高性能傳感器還不能自主生產(chǎn)。例如：石英晶體壓力傳感器的穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高，現(xiàn)在主要由美國生產(chǎn)企業(yè)掌握核心技術(shù)，我國目前還無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)，只是處于實驗室研究階段。
2.工藝及配套基礎(chǔ)工業(yè)差距
工藝及配套基礎(chǔ)工業(yè)差距是影響計量儀器水平的另一項重要因素。計量儀器的長期穩(wěn)定性是評價產(chǎn)品性能的關(guān)鍵指標(biāo)，生產(chǎn)計量儀器的工藝直接影響產(chǎn)品的性能。因為計量儀器產(chǎn)品的批量小、品種多，所以要形成穩(wěn)定的工藝流程需要相當(dāng)大的資金設(shè)備投入和嚴(yán)格的制度管理，我國存在很大的差距。國家工業(yè)基礎(chǔ)差距在計量儀器生產(chǎn)方面體現(xiàn)更為明顯，因為眾所周知的原因，我國無法引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備，我們在精密機械技術(shù)、高密封技術(shù)、特種加工技術(shù)、集成技術(shù)、薄膜技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域無法取得大面積突破。目前已經(jīng)有相當(dāng)多的國內(nèi)行業(yè)**企業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量開始走小而全的道路。
3.**能力方面差距
在**市場被國外企業(yè)占領(lǐng)的狀況下，我們在個別領(lǐng)域取得突破。例如：信息產(chǎn)業(yè)部電子第41研究所生產(chǎn)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，該產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平跨入了世界先進(jìn)行列，成為繼美國之后世界上**個掌握此項技術(shù)的國家，產(chǎn)品的技術(shù)水平與品種可以與國外同行相媲美。但是，我國計量儀表行業(yè)的**能力與國外同行相比存在明顯差距，計量儀器大部分覆蓋低端市場，差距主要體現(xiàn)在性能落后、功能抄襲。國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品準(zhǔn)確度等級與國外相比差1個數(shù)量級。在功能上，目前國外產(chǎn)品智能化程度已經(jīng)相當(dāng)高，經(jīng)過數(shù)字化處理的信號更接近真實值，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)大量應(yīng)用。在國外幾乎已經(jīng)普及的數(shù)字溫度計在我國才剛開始起步，國內(nèi)大量用戶還停留在數(shù)字多用表測量傳感器原始信號后，人工換算階段。
發(fā)展趨勢
1.向高性能和高準(zhǔn)確度方向發(fā)展
數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)把模擬儀器的準(zhǔn)確度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基礎(chǔ)。計算機的引入，使儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化，從個別參量的測量轉(zhuǎn)變成測量整個系統(tǒng)的特征參數(shù)，從單純的接受、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂?、分析、處理、計算與顯示輸出，從用單個儀器進(jìn)行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進(jìn)行測量。計量儀器技術(shù)指標(biāo)的提高是行業(yè)發(fā)展的追求，如測量范圍，電阻從超導(dǎo)到1014Ω，溫度從接近**零度到1010℃。如測量準(zhǔn)確度，時間測量從30萬年不差1秒提高到600萬年不差1秒。
2.追求高穩(wěn)定性和高可靠性
隨著儀器儀表和測控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，可靠性技術(shù)在航天航空、電力、冶金、石油化工等大型工程和工業(yè)生產(chǎn)中起到維護正常工作的重要作用。保障現(xiàn)場儀器儀表的測控系統(tǒng)正常工作的計量儀器也要求高穩(wěn)定性和高可靠性。因為新材料的出現(xiàn)和各種加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計量儀器的可靠性按平均無故障時間與10年前相比提高了3倍。
3.微型便攜化
計量儀器的應(yīng)用場合已經(jīng)走出實驗室，無論是現(xiàn)場校準(zhǔn)還是環(huán)境保護的現(xiàn)實需求都需要便攜式計量儀器。超大規(guī)模集成（VLSI）新器件、微機電系統(tǒng)（MEMS）、圓片規(guī)模集成（WSI）和多芯片模塊（MCM）等；采用微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微光源、微分光光學(xué)系統(tǒng)、微傳感器等，使計量儀器產(chǎn)品體積縮小，精度提高成為可能。
對策
在計量儀器市場競爭日益激烈的形勢下，眾多國外儀器儀表廠商看好中國市場，紛紛在我國建立生產(chǎn)廠或?qū)ふ掖砩涕_發(fā)中國市場。對此，我國應(yīng)該形成完善的對策來發(fā)展本國企業(yè)。首先，長期規(guī)劃，改善科研體制，探索適合我國國情的科研與管理模式。其次，創(chuàng)造靈活的有利于中小企業(yè)的扶持政策，保障中小企業(yè)人才引進(jìn)和稅收優(yōu)惠政策。*后，建立資金引導(dǎo)機制，將國家科研資金主要投入到企業(yè)，讓企業(yè)大力投資研發(fā)。我們已經(jīng)欣喜看到有一批計量儀器生產(chǎn)企業(yè)將研發(fā)資金提高到年銷售額的10%以上。
按照應(yīng)用領(lǐng)域和儀器原理相結(jié)合的分類原則，即“先按大的應(yīng)用領(lǐng)域分大類；然后在每一大類內(nèi)先按原理分；按原理不好分時，再按具體應(yīng)用分”的分類原則對儀器儀表進(jìn)行分類。從科學(xué)性、實用性考慮，計量儀器屬于科學(xué)儀器的一部分。因為技術(shù)的發(fā)展和學(xué)科的交叉，一些計量儀器又被劃分到電子電工測量儀器或自動化儀表和控制系統(tǒng)中。但是不管怎樣分類，計量儀器已經(jīng)隨著我國能源及重化工等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，石油、化工、冶金、電力、機械行業(yè)的重大裝備的大型化、復(fù)雜化得到了長足進(jìn)步?，F(xiàn)代企業(yè)對自動化儀表與系統(tǒng)的要求越來越高，同時也對計量儀器提出了更高的要求。本文針對我國計量儀器的現(xiàn)狀、與國外同行業(yè)比較及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。
我國計量儀器的基本狀況
1.種類齊全
幾十年來我國儀器科技產(chǎn)品基本上劃歸機械系統(tǒng)管理，但是作為信息源頭的儀器儀表，機械部門的儀表企業(yè)不能滿足其他行業(yè)的需求，所以在信息、科學(xué)、教育、國防科工、航天航空、石油化工、食品醫(yī)藥等20多個部門先后建立了一大批有相當(dāng)規(guī)模的儀器儀表企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)著種類齊全的計量儀器。近20年來有大量民營生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入計量儀器領(lǐng)域，并且形成規(guī)模，同時國外企業(yè)以獨資、合資、合作形式在中國建立生產(chǎn)廠。
2.企業(yè)規(guī)模小效率低
2005年我國儀器儀表行業(yè)規(guī)?？偖a(chǎn)值約為1780億元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的0.975%，2006年儀表行業(yè)的增長率超過26%，2007年的年增長率也會超過20%。整個儀器儀表行業(yè)銷售的絕大部分份額來自工作計量儀表，計量儀器的銷售份額比較小。以上海儀表集團股份有限公司和西儀集團股份有限公司為例，集團內(nèi)生產(chǎn)計量儀器的公司的銷售額只有幾千萬元，從業(yè)人員只有數(shù)十個。同時我國整個行業(yè)的效率與國外同行相比只有人家的十分之一甚至更低。
3.產(chǎn)品檔次低
目前我國國產(chǎn)計量儀器的檔次還比較低，省級及各行業(yè)計量中心以上計量技術(shù)機構(gòu)的主要標(biāo)準(zhǔn)器采用國外產(chǎn)品。中國計量科學(xué)研究院雖然在“NIM4激光冷卻-銫原子噴泉時間頻率基準(zhǔn)裝置”和“量子化霍爾電阻基準(zhǔn)”項目連續(xù)兩年榮獲國家科技進(jìn)步一等獎，但是我國生產(chǎn)的大量計量儀器還是處于低端水平。例如：在我國廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計，歐盟委員會做出決定，從2005年起的4年內(nèi)，水銀溫度計將從歐洲市場上消失，2011年起禁止這種溫度計出口，歐美已經(jīng)大量使用數(shù)字溫度計。無論從**性、環(huán)保、使用方便性和準(zhǔn)確度方面水銀溫度計都無法與數(shù)字溫度計相比。從**儀表方面看，我們可以看到可以校準(zhǔn)51/2和61/2位數(shù)字多用表的計量儀器幾乎全被美國FLUKE壟斷。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展國內(nèi)外主要差距
1.傳感器技術(shù)方面差距
技術(shù)方面的*主要差距是傳感器技術(shù)方面差距，傳感器技術(shù)是涉及機理研究與分析、設(shè)計與研制，涉及材料、精密制造學(xué)科的綜合技術(shù)，是一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。近年在國家的大力扶持下，傳感器領(lǐng)域呈現(xiàn)出良好發(fā)展勢頭。
《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》在支持的重點領(lǐng)域及其優(yōu)先主題中列入“傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理”。現(xiàn)在我們已經(jīng)在硅復(fù)合傳感器、硅隔離耐高溫微型壓力傳感器、采用靜磁柵技術(shù)的位移傳感器、多孔納米固體ZnO氣敏傳感器及生物傳感器等領(lǐng)域取得了巨大成績。但是我們傳感器生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，廢品率高，高性能傳感器還不能自主生產(chǎn)。例如：石英晶體壓力傳感器的穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高，現(xiàn)在主要由美國生產(chǎn)企業(yè)掌握核心技術(shù)，我國目前還無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)，只是處于實驗室研究階段。
2.工藝及配套基礎(chǔ)工業(yè)差距
工藝及配套基礎(chǔ)工業(yè)差距是影響計量儀器水平的另一項重要因素。計量儀器的長期穩(wěn)定性是評價產(chǎn)品性能的關(guān)鍵指標(biāo)，生產(chǎn)計量儀器的工藝直接影響產(chǎn)品的性能。因為計量儀器產(chǎn)品的批量小、品種多，所以要形成穩(wěn)定的工藝流程需要相當(dāng)大的資金設(shè)備投入和嚴(yán)格的制度管理，我國存在很大的差距。國家工業(yè)基礎(chǔ)差距在計量儀器生產(chǎn)方面體現(xiàn)更為明顯，因為眾所周知的原因，我國無法引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備，我們在精密機械技術(shù)、高密封技術(shù)、特種加工技術(shù)、集成技術(shù)、薄膜技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域無法取得大面積突破。目前已經(jīng)有相當(dāng)多的國內(nèi)行業(yè)**企業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量開始走小而全的道路。
3.**能力方面差距
在**市場被國外企業(yè)占領(lǐng)的狀況下，我們在個別領(lǐng)域取得突破。例如：信息產(chǎn)業(yè)部電子第41研究所生產(chǎn)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，該產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平跨入了世界先進(jìn)行列，成為繼美國之后世界上**個掌握此項技術(shù)的國家，產(chǎn)品的技術(shù)水平與品種可以與國外同行相媲美。但是，我國計量儀表行業(yè)的**能力與國外同行相比存在明顯差距，計量儀器大部分覆蓋低端市場，差距主要體現(xiàn)在性能落后、功能抄襲。國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品準(zhǔn)確度等級與國外相比差1個數(shù)量級。在功能上，目前國外產(chǎn)品智能化程度已經(jīng)相當(dāng)高，經(jīng)過數(shù)字化處理的信號更接近真實值，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)大量應(yīng)用。在國外幾乎已經(jīng)普及的數(shù)字溫度計在我國才剛開始起步，國內(nèi)大量用戶還停留在數(shù)字多用表測量傳感器原始信號后，人工換算階段。
發(fā)展趨勢
1.向高性能和高準(zhǔn)確度方向發(fā)展
數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)把模擬儀器的準(zhǔn)確度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現(xiàn)測試自動化打下了良好的基礎(chǔ)。計算機的引入，使儀器的功能發(fā)生了質(zhì)的變化，從個別參量的測量轉(zhuǎn)變成測量整個系統(tǒng)的特征參數(shù)，從單純的接受、顯示轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂?、分析、處理、計算與顯示輸出，從用單個儀器進(jìn)行測量轉(zhuǎn)變成用測量系統(tǒng)進(jìn)行測量。計量儀器技術(shù)指標(biāo)的提高是行業(yè)發(fā)展的追求，如測量范圍，電阻從超導(dǎo)到1014Ω，溫度從接近**零度到1010℃。如測量準(zhǔn)確度，時間測量從30萬年不差1秒提高到600萬年不差1秒。
2.追求高穩(wěn)定性和高可靠性
隨著儀器儀表和測控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，可靠性技術(shù)在航天航空、電力、冶金、石油化工等大型工程和工業(yè)生產(chǎn)中起到維護正常工作的重要作用。保障現(xiàn)場儀器儀表的測控系統(tǒng)正常工作的計量儀器也要求高穩(wěn)定性和高可靠性。因為新材料的出現(xiàn)和各種加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計量儀器的可靠性按平均無故障時間與10年前相比提高了3倍。
3.微型便攜化
計量儀器的應(yīng)用場合已經(jīng)走出實驗室，無論是現(xiàn)場校準(zhǔn)還是環(huán)境保護的現(xiàn)實需求都需要便攜式計量儀器。超大規(guī)模集成（VLSI）新器件、微機電系統(tǒng)（MEMS）、圓片規(guī)模集成（WSI）和多芯片模塊（MCM）等；采用微控技術(shù)、微加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微光源、微分光光學(xué)系統(tǒng)、微傳感器等，使計量儀器產(chǎn)品體積縮小，精度提高成為可能。
對策
在計量儀器市場競爭日益激烈的形勢下，眾多國外儀器儀表廠商看好中國市場，紛紛在我國建立生產(chǎn)廠或?qū)ふ掖砩涕_發(fā)中國市場。對此，我國應(yīng)該形成完善的對策來發(fā)展本國企業(yè)。首先，長期規(guī)劃，改善科研體制，探索適合我國國情的科研與管理模式。其次，創(chuàng)造靈活的有利于中小企業(yè)的扶持政策，保障中小企業(yè)人才引進(jìn)和稅收優(yōu)惠政策。*后，建立資金引導(dǎo)機制，將國家科研資金主要投入到企業(yè)，讓企業(yè)大力投資研發(fā)。我們已經(jīng)欣喜看到有一批計量儀器生產(chǎn)企業(yè)將研發(fā)資金提高到年銷售額的10%以上。
