论我国计量仪器的现状与发展趋势

2010-09-01

我国计量仪器的现状与发展趋势分析    
    按照应用领域和仪器原理相结合的分类原则，即“先按大的应用领域分大类；然后在每一大类内先按原理分；按原理不好分时，再按具体应用分”的分类原则对仪器仪表进行分类。从科学性、实用性考虑，计量仪器属于科学仪器的一部分。因为技术的发展和学科的交叉，一些计量仪器又被划分到电子电工测量仪器或自动化仪表和控制系统中。但是不管怎样分类，计量仪器已经随着我国能源及重化工等国民经济支柱产业迅速发展，石油、化工、冶金、电力、机械行业的重大装备的大型化、复杂化得到了长足进步。现代企业对自动化仪表与系统的要求越来越高，同时也对计量仪器提出了更高的要求。本文针对我国计量仪器的现状、与国外同行业比较及发展趋势进行分析。
 
          我国计量仪器的基本状况 
 
          1.种类齐全  
  
      几十年来我国仪器科技产品基本上划归机械系统管理，但是作为信息源头的仪器仪表，机械部门的仪表企业不能满足其他行业的需求，所以在信息、科学、教育、国防科工、航天航空、石油化工、食品医药等20多个部门先后建立了一大批有相当规模的仪器仪表企业，这些企业生产着种类齐全的计量仪器。近20年来有大量民营生产企业进入计量仪器领域，并且形成规模，同时国外企业以独资、合资、合作形式在中国建立生产厂。
 
          2.企业规模小效率低  
  
      2005年我国仪器仪表行业规模总产值约为1780亿元，占国内生产总值（GDP）的0.975%，2006年仪表行业的增长率超过26%，2007年的年增长率也会超过20%。整个仪器仪表行业销售的绝大部分份额来自工作计量仪表，计量仪器的销售份额比较小。以上海仪表集团股份有限公司和西仪集团股份有限公司为例，集团内生产计量仪器的公司的销售额只有几千万元，从业人员只有数十个。同时我国整个行业的效率与国外同行相比只有人家的十分之一甚至更低。
 
          3.产品档次低  
  
      目前我国国产计量仪器的档次还比较低，省级及各行业计量中心以上计量技术机构的主要标准器采用国外产品。中国计量科学研究院虽然在“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置”和“量子化霍尔电阻基准”项目连续两年荣获国家科技进步一等奖，但是我国生产的大量计量仪器还是处于低端水平。例如：在我国广泛使用的标准水银温度计，欧盟委员会做出决定，从2005年起的4年内，水银温度计将从欧洲市场上消失，2011年起禁止这种温度计出口，欧美已经大量使用数字温度计。无论从安全性、环保、使用方便性和准确度方面水银温度计都无法与数字温度计相比。从高端仪表方面看，我们可以看到可以校准51/2和61/2位数字多用表的计量仪器几乎全被美国FLUKE垄断。
 
          产业发展国内外主要差距 
 
          1.传感器技术方面差距  
  
     技术方面的主要差距是传感器技术方面差距，传感器技术是涉及机理研究与分析、设计与研制，涉及材料、精密制造学科的综合技术，是一门多学科交叉的现代科学技术。近年在国家的大力扶持下，传感器领域呈现出良好发展势头。
 《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020)》在支持的重点领域及其优先主题中列入“传感器网络及智能信息处理”。现在我们已经在硅复合传感器、硅隔离耐高温微型压力传感器、采用静磁栅技术的位移传感器、多孔纳米固体ZnO气敏传感器及生物传感器等领域取得了巨大成绩。但是我们传感器生产工艺不稳定，废品率高，高性能传感器还不能自主生产。例如：石英晶体压力传感器的稳定性好、准确度高，现在主要由美国生产企业掌握核心技术，我国目前还无法实现批量生产，只是处于实验室研究阶段。
          2.工艺及配套基础工业差距  
  
     工艺及配套基础工业差距是影响计量仪器水平的另一项重要因素。计量仪器的长期稳定性是评价产品性能的关键指标，生产计量仪器的工艺直接影响产品的性能。因为计量仪器产品的批量小、品种多，所以要形成稳定的工艺流程需要相当大的资金设备投入和严格的制度管理，我国存在很大的差距。国家工业基础差距在计量仪器生产方面体现更为明显，因为众所周知的原因，我国无法引进国外先进设备，我们在精密机械技术、高密封技术、特种加工技术、集成技术、薄膜技术等技术领域无法取得大面积突破。目前已经有相当多的国内行业领先企业为了保证产品质量开始走小而全的道路。
 
          3.创新能力方面差距  
  
     在高端市场被国外企业占领的状况下，我们在个别领域取得突破。例如：信息产业部电子第41研究所生产的矢量网络分析仪，该产品的设计和制造水平跨入了世界先进行列，成为继美国之后世界上第二个掌握此项技术的国家，产品的技术水平与品种可以与国外同行相媲美。但是，我国计量仪表行业的创新能力与国外同行相比存在明显差距，计量仪器大部分覆盖低端市场，差距主要体现在性能落后、功能抄袭。国内现有产品准确度等级与国外相比差1个数量级。在功能上，目前国外产品智能化程度已经相当高，经过数字化处理的信号更接近真实值，网络化已经大量应用。在国外几乎已经普及的数字温度计在我国才刚开始起步，国内大量用户还停留在数字多用表测量传感器原始信号后，人工换算阶段。
 
          发展趋势 
 
          1.向高性能和高准确度方向发展  
  
     数字技术的出现把模拟仪器的准确度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。计量仪器技术指标的提高是行业发展的追求，如测量范围，电阻从超导到1014Ω，温度从接近绝对零度到1010℃。如测量准确度，时间测量从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒。
 
          2.追求高稳定性和高可靠性  
  
      随着仪器仪表和测控系统应用领域的不断扩大，可靠性技术在航天航空、电力、冶金、石油化工等大型工程和工业生产中起到维护正常工作的重要作用。保障现场仪器仪表的测控系统正常工作的计量仪器也要求高稳定性和高可靠性。因为新材料的出现和各种加工技术的发展，现代计量仪器的可靠性按平均无故障时间与10年前相比提高了3倍。
 
          3.微型便携化  
  
      计量仪器的应用场合已经走出实验室，无论是现场校准还是环境保护的现实需求都需要便携式计量仪器。超大规模集成（VLSI）新器件、微机电系统（MEMS）、圆片规模集成（WSI）和多芯片模块（MCM）等；采用微控技术、微加工技术、微检测技术、微光源、微分光光学系统、微传感器等，使计量仪器产品体积缩小，精度提高成为可能。
          对策  
  
      在计量仪器市场竞争日益激烈的形势下，众多国外仪器仪表厂商看好中国市场，纷纷在我国建立生产厂或寻找代理商开发中国市场。对此，我国应该形成完善的对策来发展本国企业。首先，长期规划，改善科研体制，探索适合我国国情的科研与管理模式。其次，创造灵活的有利于中小企业的扶持政策，保障中小企业人才引进和税收优惠政策。后，建立资金引导机制，将国家科研资金主要投入到企业，让企业大力投资研发。我们已经欣喜看到有一批计量仪器生产企业将研发资金提高到年销售额的10%以上。