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論我國計量儀器的現狀與發展趨勢

2010-09-01

我國計量儀器的現狀與發展趨勢分析
    按照應用領域和儀器原理相結合的分類原則，即“先按大的應用領域分大類；然后在每一大類內先按原理分；按原理不好分時，再按具體應用分”的分類原則對儀器儀表進行分類。從科學性、實用性考慮，計量儀器屬于科學儀器的一部分。因為技術的發展和學科的交叉，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中。但是不管怎樣分類，計量儀器已經隨著我國能源及重化工等國民經濟支柱產業迅速發展，石油、化工、冶金、電力、機械行業的重大裝備的大型化、復雜化得到了長足進步。現代企業對自動化儀表與系統的要求越來越高，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狀、與國外同行業比較及發展趨勢進行分析。

          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品基本上劃歸機械系統管理，但是作為信息源頭的儀器儀表，機械部門的儀表企業不能滿足其他行業的需求，所以在信息、科學、教育、國防科工、航天航空、石油化工、食品醫藥等20多個部門先后建立了一大批有相當規模的儀器儀表企業，這些企業生產著種類齊全的計量儀器。近20年來有大量民營生產企業進入計量儀器領域，并且形成規模，同時國外企業以獨資、合資、合作形式在中國建立生產廠。

          2.企業規模小效率低

      2005年我國儀器儀表行業規模總產值約為1780億元，占國內生產總值（GDP）的0.975%，2006年儀表行業的增長率超過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，集團內生產計量儀器的公司的銷售額只有幾千萬元，從業人員只有數十個。同時我國整個行業的效率與國外同行相比只有人家的十分之一甚至更低。

          3.產品檔次低

      目前我國國產計量儀器的檔次還比較低，省級及各行業計量中心以上計量技術機構的主要標準器采用國外產品。中國計量科學研究院雖然在“NIM4激光冷卻-銫原子噴泉時間頻率基準裝置”和“量子化霍爾電阻基準”項目連續兩年榮獲國家科技進步一等獎，但是我國生產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準水銀溫度計，歐盟委員會做出決定，從2005年起的4年內，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，歐美已經大量使用數字溫度計。無論從安全性、環保、使用方便性和準確度方面水銀溫度計都無法與數字溫度計相比。從高端儀表方面看，我們可以看到可以校準51/2和61/2位數字多用表的計量儀器幾乎全被美國FLUKE壟斷。

          產業發展國內外主要差距

          1.傳感器技術方面差距

     技術方面的主要差距是傳感器技術方面差距，傳感器技術是涉及機理研究與分析、設計與研制，涉及材料、精密制造學科的綜合技術，是一門多學科交叉的現代科學技術。近年在國家的大力扶持下，傳感器領域呈現出良好發展勢頭。
《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006～2020)》在支持的重點領域及其優先主題中列入“傳感器網絡及智能信息處理”。現在我們已經在硅復合傳感器、硅隔離耐高溫微型壓力傳感器、采用靜磁柵技術的位移傳感器、多孔納米固體ZnO氣敏傳感器及生物傳感器等領域取得了巨大成績。但是我們傳感器生產工藝不穩定，廢品率高，高性能傳感器還不能自主生產。例如：石英晶體壓力傳感器的穩定性好、準確度高，現在主要由美國生產企業掌握核心技術，我國目前還無法實現批量生產，只是處于實驗室研究階段。
          2.工藝及配套基礎工業差距

     工藝及配套基礎工業差距是影響計量儀器水平的另一項重要因素。計量儀器的長期穩定性是評價產品性能的關鍵指標，生產計量儀器的工藝直接影響產品的性能。因為計量儀器產品的批量小、品種多，所以要形成穩定的工藝流程需要相當大的資金設備投入和嚴格的制度管理，我國存在很大的差距。國家工業基礎差距在計量儀器生產方面體現更為明顯，因為眾所周知的原因，我國無法引進國外先進設備，我們在精密機械技術、高密封技術、特種加工技術、集成技術、薄膜技術等技術領域無法取得大面積突破。目前已經有相當多的國內行業領先企業為了保證產品質量開始走小而全的道路。

          3.創新能力方面差距

     在高端市場被國外企業占領的狀況下，我們在個別領域取得突破。例如：信息產業部電子第41研究所生產的矢量網絡分析儀，該產品的設計和制造水平跨入了世界先進行列，成為繼美國之后世界上第二個掌握此項技術的國家，產品的技術水平與品種可以與國外同行相媲美。但是，我國計量儀表行業的創新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，差距主要體現在性能落后、功能抄襲。國內現有產品準確度等級與國外相比差1個數量級。在功能上，目前國外產品智能化程度已經相當高，經過數字化處理的信號更接近真實值，網絡化已經大量應用。在國外幾乎已經普及的數字溫度計在我國才剛開始起步，國內大量用戶還停留在數字多用表測量傳感器原始信號后，人工換算階段。

          發展趨勢

          1.向高性能和高準確度方向發展

     數字技術的出現把模擬儀器的準確度、分辨力與測量速度提高了幾個量級，為實現測試自動化打下了良好的基礎。計算機的引入，使儀器的功能發生了質的變化，從個別參量的測量轉變成測量整個系統的特征參數，從單純的接受、顯示轉變為控制、分析、處理、計算與顯示輸出，從用單個儀器進行測量轉變成用測量系統進行測量。計量儀器技術指標的提高是行業發展的追求，如測量范圍，電阻從超導到1014Ω，溫度從接近絕對零度到1010℃。如測量準確度，時間測量從30萬年不差1秒提高到600萬年不差1秒。

          2.追求高穩定性和高可靠性

      隨著儀器儀表和測控系統應用領域的不斷擴大，可靠性技術在航天航空、電力、冶金、石油化工等大型工程和工業生產中起到維護正常工作的重要作用。保障現場儀器儀表的測控系統正常工作的計量儀器也要求高穩定性和高可靠性。因為新材料的出現和各種加工技術的發展，現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

      計量儀器的應用場合已經走出實驗室，無論是現場校準還是環境保護的現實需求都需要便攜式計量儀器。超大規模集成（VLSI）新器件、微機電系統（MEMS）、圓片規模集成（WSI）和多芯片模塊（MCM）等；采用微控技術、微加工技術、微檢測技術、微光源、微分光光學系統、微傳感器等，使計量儀器產品體積縮小，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廠或尋找代理商開發中國市場。對此，我國應該形成完善的對策來發展本國企業。首先，長期規劃，改善科研體制，探索適合我國國情的科研與管理模式。其次，創造靈活的有利于中小企業的扶持政策，保障中小企業人才引進和稅收優惠政策。后，建立資金引導機制，將國家科研資金主要投入到企業，讓企業大力投資研發。我們已經欣喜看到有一批計量儀器生產企業將研發資金提高到年銷售額的10%以上。