电气测量技术发展史

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1、电气测量技术发展史摘要：电气测量技术是电气设备生产、制造以及安全运行的必要技术，是科学发展的标尺。本文简述 了电气测试技术方式、方法，比较了国内外电气测试技术发展情况，得出了虽然我国电气测试 技术快速发展，但与欧美发达国家相比还有很大差距的结论。另外，本文还就电气测试技术发 展趋势做了简单分析和叙述。关键词:电气，测量，现状，发展1.1 电气测量仪表与方式目前，电气测量仪表多种多样，测试技术也层0 引言测量是人们认识客观事物，并用数量概念描述 客观事物，进而达到逐步掌握事物的本质和揭示自 然规律的一种手段。其中，电气测量是当代工业发 展的一种必不可少的手段。电气测量是对物质世界的信息进行测量与

2、控制 的基本手段。它融合了微电子技术、计算机技术、 通信技术、网络技术、新元件新材料的现代测量技 术等，是现代工业中新技术应用做多、最快的方向 之一。电气测量的对象主要反映电和磁特征的物理 量，如电流（I）、电压（U）、电功率（P）、磁感应 强度（B）等。在生产技术和生产模式等方面，许多 新的思想和概念不断涌现，而且，不同学科之间相 互渗透、交叉融合，衍生新的研究领域，迅速改变 着传统电气设备制造业的面貌，产品更新换代极为 频繁。由于现代工业电气控制技术的快速发展，使电 气测量技术的内容更加体现现代化和自动化的要求 电气测量与综合国力的提升越来越密切，因此，电 气测量技术的现状和发展方向也是我

3、们关心的话题1 电气测量技术的现状出 不 穷 。 电 气 测 量 仪 表 （electrical measuring instruments）用于测量、记录和计量各种电学量的表 计和仪器。电气测量仪表按被测电流的种类分为交 流仪表和直流仪表两大系列 ;按结构特征分为模拟 指示仪表、数字仪表、记录仪表、积算仪表和比较 仪表，此 类仪表可为安装式固定在屏、柜、箱上， 也可为携带式；按测量功能分，常用的有电流表、 电压表、欧姆表、功率表、功率因数表、频率表、 相位表、同步指示器、电能表和多种用途的万用电 表等.此外.还有电量变送器和变换器式仪表;试验用 的仪表和仪器有:电桥、绝缘 电阻表、接地电阻测

4、 量仪、测量用互感器、谐波分析仪、 电压闪变仪、 示波器等。电气测量方法也非常多，例如：（ 1）按测量过程分：直接测量，间接测量，组合 测量等；（ 2）按测量方式分：偏差式测量法，零位式测量 法，微差式测量法；（3）按被测量的性质分：时域测量，频域测量， 数据测量，随即测量。但是，现代电气测量仪表和技术已经不再局限于 传统电气测量，而更加丰富。例如，应用高频电流 传感器测量电缆 PD 信号。高频电流传感器测量电 缆PD信号示意图见图1.图 1. 高频电流传感器测量电缆局部放电监测1.2 我国电气测量技术现状目前，我国电气测量技术与国际领先水平相差 甚远。首先，仪器仪表与测量控制现状同国际先进

5、水平相比，同我国经济和社会发展的实际需要相比 还存在着很大的差距。差距是全方位的，最要害的 有如下三点：第一，我国仪器仪表产业规模小，产值低，企 业同样是规模小，产值低。2007 年我国仪器仪表产 业总产值 3000亿元人民币，只占工业总产值2.5%。 10 年前，美国仪器仪表产业总产值已达到4 千亿美 元，占工业总产值 4%。目前，美国仪器仪表企业年 产值超过20亿美元不少于50 家，我国最大的仪器 仪表企业，京仪集团年产值80 亿元人民币，川仪集 团 60 亿元人民币。两相比较，差距实在太大第二，我国仪器仪表产品质量上、品种上还存 在不少问题。产品的可靠性和稳定性，长期以来没 有得到根本解

6、决，严重影响到市场销售和正常使用。 许多大型精密仪器我们还生产不出来，国内需求几 乎全部依赖进口。许多仪器还需要依靠进口弥补国 内缺口。MEGGER公司生产的绝缘电阻测量仪和介 质损耗测量仪，见图2。(a)绝缘电阻测量仪，(b)介质损耗测量仪图2. MEGGER公司生产电气测量仪器2007 年我国仪器仪表产品出口创下了 88 亿美 元，可是进口却达到了172 亿美元，逆差 84 亿美元， 成为装备制造业之最。这个问题不解决，我国仪器 仪表与测量控制学科和产业的发展将无法摆脱落后 被动的局面。第三，我国仪器仪表产业创新能力不强，还无 法承担起科技创新主体的责任。国际上仪器仪表科 技创新发展极快，

7、产品更新换代的周期大约只需 2 至 4 年，多数企业销售额一半以上几乎都来自 5 年 内上市的新产品。而我国仪器仪表产品不少还沿自 于 20 世纪 80 年代技术引进的产物，相当多企业产 品是 10年一贯制，靠吃老本为生。自主创新能力不 强原因是多方面的，影响最大的不外乎两条：一是 科技创新开发投入资金太少。国外企业用于科技创 新资金投入一般为销售收入8 至 10%，而我国企业 投入资金很少超过3至 5%，何况销售收入本来就不 多，极大地限制了科技创新的有效开展；二是人的 因素，有的领导不重视自主创新，更多的是创新人 才匮乏。党的十七大提出，提高自主创新能力，建 设创新型国家是国家发展战略的核

8、心，是提高综合 国力的关键。企业提升科技创新能力，已经成为刻 不容缓的历史使命。目前，我国现有各类仪器仪表企业6000 多家， 已经具有一定技术基础和生产规模的产业系。在 6000 多家企业中，年销售收入超过 1000 万元的不 足 1000 家。主要是由于我国测试仪器的普遍水平还 停留在 20 世纪 80 年代初国际水平上；大型和高档 仪器设备几乎全部依赖进口；许多急需的专用仪器 还是空白；中低档产品保证质量上还有许多难关需 要攻克，科技创新及其产业化进展滞缓，是制约我 国测试仪器企业发展的一个瓶颈。中国电子科技集团公司第四十一研究所，2003 年与美国Sydigital公司合作开发了 DT

9、-100/200数字 电视码流实时监测分析仪，并与 Sydigital 公司合资 成立了迪吉泰数码科技有限公司，专业从事数字电 视测试仪器的开发、生产和销售，并于海信集团签 定了全面合作框架协议，全面开展高清数字电视测 量仪器关键技术及其检测标准和生产制造的研究。展望未来几年，由于我国经济发展形成的巨大 需求，电子测量仪器的国内市场仍将呈高速发展的 趋势，特别是数字电视和通信市场的高速发展，使 我国电子测量仪器行业面临着巨大的挑战和机遇。 今后，我国将在信息技术、生物技术、新材料技术、 先进制造技术、航空航天技术等关键领域取得更大 突破，这些领域的研究、开发、技术升级的基本手 段就是利用电子仪

10、器。因此，随着各行各业对电子 仪器产品需求量的增加将不断推动电子仪器行业向 前发展。2 电气测量技术的发展我国仪器仪表与测量控制还存在不小差距，面 临着落后被动的局面。但是，由于国家的重视和支 持，仪器仪表界和广大科技术工作者的努力奋斗， 近年来我国仪器仪表与测量控制依然取得了可喜的 成绩，获得了很大的发展。认真总结我国仪器仪表 与测量控制的发展，有助于我们明确方向和增强信 心。下面我们简要的回顾一下我国仪器仪表与测量 控制近年来的重大进展。（1）工业自动化仪表与控制系统 在工业自动化仪表方面，近年来温度仪表的重要进展主要体现在红外热像仪的应用迅速扩大。流 量仪表内锥流量计创新成果显著，我国已

11、经拥有各 种与V锥相关或相近的流量计产品专利超过20项， 其中至少6项目是发明专利，超过了美国，成为V 锥流量计专利高产国。国产低端压力变送器和带 HART 功能的压力变送器近年来也发展很快，品种 多、规格全、价格低，在市场上已经很具竞争力。 控制阀行业近年来的进展是显著的，产品“跑冒滴漏” 现象得到很大改进，不少产品质量达到国外主流产 品水平。在控制系统方面，进展令人鼓舞。国产DCS系 统已经进入大型超临界火电机组控制系统。2007年 1月，上海自动化仪表股份有限公司的DCS系统在 襄樊电厂首台 600MW 超临界机组上投运成功移交 生产。国电智深公司于2007年11月成功签定江苏 谏壁10

12、00MW超临界机组自动化控制系统项目，并 于2008年3季度成功中标两项大型超临界火电机组 自动化控制系统项目。和利时公司和浙江中控公司 的 DCS 系统，近年来在大型交通和石化工程项目上 都得到了成功应用。特别应该提到的是，国产DCS 系统在核电工程上的应用已经进入核岛控制系统。（2）科学仪器 科学仪器最能体现仪器仪表既是知识创新和技术创新的重要工具，也是科技创新研究的主题内容 之一和创新成就的重要体现。近年来，在国家的大力支持下，科学仪器获得 了很快发展，以质谱仪为代表的高端科学仪器取得 了重大进展，出现了可以与国外产品竞争的国产色 质联用仪器。特别是，我国“嫦娥”环月空间卫 星上天，就携

13、带了我国自主研发的多光谱遥测、信 号传送仪器。四川汶川大地震，全国各地很快送去 了大量环境、水文测量便携式分析仪器，表明了我 国科学仪器产业的实力。此外，科学仪器领域我国还取得了多项很有价 值的进展。比如，自主研制出领先国际的分子束科 学仪器氢原子里德伯态飞渡时间谱交叉分子束 装置；国际第一台真空紫外激光角分辨光电子能谱 仪;离子迁移谱探测技术痕量爆炸物快速检测仪；新 型生命探测仪器“SJ3000搜救雷达”；便携式高分 辨浅水多波束测深仪;光学捕获理论研究取得进展; 光学相干层析成像技术及相关仪器开发取得多方面 进展等等。(3) 医疗仪器国家“ 一五”规划和建设创新型国家都把医疗 仪器产业列为

14、重点发展产业，国家在研发、技术平 台建设、研究中心、重点实验室、产业基地各方面 都加大了支持的力度，近年来医疗仪器也取得了长 足的进展。在医学影像仪器方面，X射线机、计算 机断层扫描机(CT)、超声扫描成像仪以及影像后处 理与分析系统，无论技术水平和产品质量都有显著 提高。在医用电子技术和仪器方面，值得提出的是 清华大学研制出可作为个人电脑外设的脑控键盘和 鼠标，还研制完成基于嵌入系统的脑控家居环境控 制器，用于帮助丧失运动能力长期卧床的残疾人， 2007年世界技术评估中心对这一成果给予了高度的 评价。(4) 电子与电工测量仪器这里，我们只列举两项突出的进展。一是微波 毫米波矢量网络分析仪器跨

15、入了世界先进行列，二 是电能表综合技术达到国际先进水平。矢量网络分 析仪是现代电子装备必备的关键的测试设备。我国 在前几年研制成功矢量网络分析仪基础上，将其应 用领域从线性网络向非线性、大功率网络的测试和 分析发展，掌握了多种以矢量网络分析仪为核心的 自动测试技术和自动测试系统构成及应用，使我国 矢量网络分析仪的设计、制造和应用水平跨入了国 际先进行列。我国是电能表生产大国，近年来非常 注意在准确度、可靠性、功能、能耗、产品兼容性、 环境适应性及可维护性等多方面提高技术水平，在 国际市场上占有重要地位。3电气测量技术的发展趋势31发展方向与学科前沿(1) 配合数控设备的技术创新数控设备的主要误

16、差来源可分为几何误差(共 有21项)和热误差。对于重复出现的系统误差，可 采用软件修正；对于随机误差较大的情况，要采用 实时修正方法。对于热误差，一般要通过温度测量 进行修正。我国机床行业市场萎缩同时又大量进口 国外设备的原因之一就是因为这方面的技术没有得 到推广应用。为此，需要高速多通道激光干涉仪： 其测量速度达60m/min以上，采样速度达5000次/sec 以上，以适应热误差和几何误差测量的需要。空气 折射率实时测量应达到2x10的-7次方水平，其测量 结果和长度测量结果可同步输入计算机。(2) 运行和制造过程的监控和在线检测技术综合运用图像、频谱、光谱、光纤以及其它光 与物质相互作用原理的传感器具有非接触、高灵敏 度、高柔性、应用范围广的优点。在这个领域综合 创新的天地十分广阔，如振动、粗糙度、污染物、 含水量、加工尺寸及相互位置等。(3 )配合信息产业和生产科