2021-10-01 17:46:46

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仪器仪表
仪器仪表
编辑分类

仪器科学与技术最初作为测量器具的仪器在促进科技和生产发展的同时,在现代科学技术和生产力的推动下,已成为完整的仪器科学与技术学科。

测量和测试技术集中体现的仪器科学与技术学科,在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显,仪器仪表是工业生产的"倍增器"、科学研究的"先行官"、军事上的"战斗力"、国民活动中的"物化法官"已广为人们所理解。

基本信息

  • 中文名称

    仪器科学与技术

  • 外文名称

    Instruments Science and Technology

  • 一级学科

    0804仪器科学与技术

折叠 编辑本段 基本情况

折叠 编辑本段 学科介绍

仪器科学与技术学科领域科技和产业发展的主要特点和发展趋势是:学科面对的产品种类和品种多样化;产品的稳定性、可靠性和适应性要求很高;产品的技术指标和功能不断提高;最先应用新的科学研究成果,高新技术大量采用;仪器及测控单元微小型化、智能化、可独立使用,也可嵌入式使用和联网使用;仪器测控范围向立体化、全球化扩展、测控功能向系统化、网络化发展;便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。

现今,我国仪器科学与技术学科从理论研究、计量基准、产品制造技术、新器件、新材料、新工艺的研究和应用等方面已日趋完善,并形成门类品种比较齐全、布局较为合理、具有相当技术基础和生产规模的仪器仪表产业体系。从产品的科技水平分析,现今绝大部分国产仪器的科技水平处于国际上20世纪90年代初、中期的水平,中低档产品品种基本齐全,能够批量生产,且质量稳定;少数中高等产品,已接近国际水平。

在工程应用技术方面,已经能够承担一部分国家重大工程仪器仪表系统成套工程。但在高技术含量的自动化仪表系统及系统、科学测试仪器、传感器、元器件等产品的竞争上,国内仪器仪表行业还基本上处于相当被动的境地。可喜的是,随着我国经济持续稳定地快速增长和"企业要成为科技创新主体"国策的实施,我国仪器仪表产业规模的年增长速度连续四年超过20%,现今我国仪器科学与技术学科领域科技和产业发展在实现微型化、智能化、数字化、集成化和网络化等方面紧跟国际发展的步伐,具有自主知识产权部分的开发研制及产业化,取得了显著的进展。

特别是自动化仪表及大型控制系统出现重大进展,解决了现场总线在仪器仪表和控制系统中应用的一些关键技术,在基于HART、FF现场总线的变送器、执行机构、控制系统等方面取得了重大成果,达到国际先进水平,并已开始实施产品化,打破了由国外大公司垄断的局面;研究解决了工业实时以太网系列关键技术,原创性地提出了EPA(Ethernet for Plant Automation)工业控制网络通信技术,制定了我国第一个拥有自主知识产权的现场总线国家标准和国际标准;先进控制与优化软件产业化取得重大突破,已基本可以平等地与国际著名的Aspen、Honeywell竞争;解决了大型控制系统在工程应用中的可靠性问题,在石油化工、大型电力、核电、冶金等领域得到广泛应用。

折叠 编辑本段 内涵组成

折叠 内涵

马克思曾说过,制造和使用工具,是区分人和动物的根本标志。人类也正是在制造和使用工具的不断发展中加快认识世界、改造世界(包括人类本身)的进程。"工欲善其事,必先利其器。"在人类进化和社会发展的历史长河中,在创造、制作、使用工具改变生活环境和自身的过程中,仪器作为计量器具、疾病诊疗辅助器械和观天测地器件,是人类智慧的结晶,是直接扩展人类感知、操作能力的工具,为人类建立和发展科学研究、扩展生产规模创造了有利条件。

著名科学家门捷列夫说过:科学是从测量开始的。仪器仪表是当今社会人类对物质世界(包括人类创造的各种工具和人类本身)进行测量,并使人类能方便监控物质世界使之达到最佳目标的基本手段和技术,是人类认识世界和改造世界的重要工具。

我国著名科学家钱学森明确指出:"发展高新技术,信息技术是关键,信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术,测量技术是关键和基础。"王大珩院士也多次指出:"在当今以信息技术带动工业化发展的时代,仪器仪表与测试技术是信息科学技术最根本的组成部分。"作为测量和测试技术集中体现的仪器科学和技术学科,其在当今我国国民经济和科学技术发展中的作用日益明显。

实际上,随着人类制造和使用工具的规模不断向高、大、精、尖发展,人类活动的规模和深度不断扩大和深入,人类已不可能通过自己的感觉、思维和体能器官直接观测和操作工具使之达到既定的目标。

仪器科学和技术学科的内涵就是专门研究、开发、制造、应用各类仪器以使人的感觉、思维和体能器官得以延伸的科学技术学科,从而使人类具有更强的感知和操作工具的能力来面对客观物质世界能以最佳或接近最佳的方式发展生产力、进行科学研究、预防和诊疗疾病及从事社会活动。

折叠 组成

仪器科学与技术学科作为工程性学科,有关仪器运行、应用的理论研究,新技术、新器件、新材料、新工艺的研究和应用集中体现于新型仪器仪表的传感器、元器件和材料等领域的研究和产业化中,科技研究和产业发展紧密结合。

现今,根据国际发展的潮流和我国现状,仪器科学与技术学科主要促成包括:工业自动化测控技术及工业自动化仪表与系统;科学测试、分析技术及科学仪器;人体诊疗技术及医疗仪器;信息计测技术及电测仪器(主要是电子测量仪器和电工测量仪器,包括仪表校验装置和计量基准);专用检测技术及各类专用测量仪器;相关传感器、元器件、材料及技术。

折叠 编辑本段 产品种类

据不完全的统计,我国仪器科技产品原属国家机械局归口的工业自动化仪表及控制系统、科学仪器、电工测量仪器及其他各类测量仪器仪表已发展到13大类,145小类,800多个系列,16000多个产品品种;属信息产业部归口的信息技术电测仪器有20大类,2000多个产品品种;属卫生系统归口的医疗仪器也有23大类,2000多个产品品种;相关传感器、元器件及材料的产品品种更是不胜枚举。

工业自动化仪表及控制系统主要是各类生产现场的仪表及控制室仪表,其中包括各种温度、压力、流量、物位等过程检测仪表,各种变送、调节仪表、各种执行伺服装置及执行器,各种PLC(可编程逻辑控制器),SLC/MLC(单/多回路调节器),各种专用控制器、DCS(分散控制系统)、FCS(现场控制系统)等。

科学仪器主要包括各种电化学、光学、热学分析仪器,质谱、波谱、色谱分析仪器、能谱及射线分析仪器、物性分析仪器、生化分析仪器、在线分析仪器及光学仪器、试验机、实验室仪器等。

信息技术电测仪器主要是各种电子测量仪器、电工测量仪器、仪表校验装置和计量基准,其中电子测量仪器包括信号(频率、时延、相位等)测量分析仪器、信号源、元器件参数测量仪器、通信信道测量分析仪器、电声测量仪器、广播音响测量仪器、通信测试仪器、光纤测量仪器等;电工测量仪器包括电能计量仪表(含计费仪表)、安装式电表、精密电表(实验室和便携式电表)、数字仪表电测量仪器(交流仪器、直流仪器)、磁测量仪器、扩大量限装置、自动抄表系统、电力监控仪器仪表及系统、电能计量管理及电力负荷控制系统、自动测试系统、校验装置、电源装置等。

医疗仪器主要是各种人类疾病的预防、诊断、治疗仪器及保健、康复、临床检验、妊娠控制仪器,其中包括医用X射线与磁共振影像设备、医用超声仪器、医用电子仪器、临床检验分析仪器(体外诊断仪器)、医用激光仪器、医用分析仪仪器、医用检测仪器、医用光学仪器、医用实验设备、物理治疗设备、微创介入与植入式真挚系统、细胞和分子层次上的诊治仪器(含生物芯片与仪器)、中西医结合仪器、新型医疗仪器等。

其他各类测量仪器仪表主要是国民经济某一部门用得较多而其他部门使用较少的各类专用仪器仪表和系统,涉及导航制导仪器、大地测量仪器、地震地质仪器、农林牧渔仪器仪表、气象海洋水文天文仪器、核仪器、船用仪器、汽车用仪表,轻工仪器仪表等。

折叠 编辑本段 产品要求

信息技术的要素包括信息的获取、存储、处理、传输和利用,而各行各业的信息获取正是靠仪器科技装备来实现的。如果获取的信息不准确、不稳定、不可靠,都会使随后的存储、处理、传输毫无意义,甚至产生错误,造成巨大损失。加上很多部门对仪器科技装备获取信息是要求24小时连续,长年不懈,这就对产品的稳定性、可靠性提出特别高的要求。此外,仪器科技装备几乎运行于地球及其外层空间的任何地点,很多时候是需在有毒、强腐蚀、有爆炸危险或失重、高速的状态下进行监测、监控任务,因此对产品的环境适应性要求很高。

我国生产的各类仪器科技装备主要产品,包括工业自动化仪表与控制系统、科学仪器、医疗仪器等,虽然各项技术指标同国外同类产品比较差距不算很大,但稳定性、可靠性和环境适用性却又明显差距,从而影响了国产仪器仪表技术装备的市场占有率。

折叠 编辑本段 技术要求

就如奥林匹克运动的口号是"更高、更快、更强"一样,仪器科学与技术学科在提高科技研究水平及其相关仪器的技术指标和功能上的追求是无止境的,测控技术及其相关仪器的技术指标水平是一个国家仪器科学与技术学科水平的量化标准。以扩大检测范围指标来说,如电压从纳伏~百万伏;电阻从超导至1014Ω经;谐波测量到51次;加速度为10-14~104g;频率测量至1012Hz;压力测量至108Pa等,温度测量从接近绝对零度至1080C等,以测量精度指标来说,工业参数测量提高至0.02%以上,航空航天参数测量达到0.05%以上,计量精度和科学仪器达到的精度更是与时俱进。以提高测量的敏感度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。提高测量速度(响应速度),静态0.1~0.02ms,动态为1us。提高可靠性,一般要求为(2~5)×104h,高可靠性要求2.5×105h。稳定性(年变化)±0.05%(高精度仪器)或±0.1%(一般仪器)。提高产品环境适应性,根据不同用户的要求,有高温、高湿、高尘、腐蚀、振动、冲击、电磁场、辐射、深水、雨淋、高压电、低气压等条件下的适应性。

折叠 编辑本段 学科排名

折叠 第四轮学科评估

第四轮学科评估 于2016年4月启动,按照"自愿申请、免费参评"原则,采用"客观评价与主观评价相结合"的方式进行。评估体系在前三轮的基础上进行诸多创新;评估数据以"公共数据和单位填报相结合"的方式获取;评估结果按"分档"方式呈现,具体方法是按"学科整体水平得分"的位次百分位,将前70%的学科分9档公布:前2%(或前2名)为A+,2%~5%为A(不含2%,下同),5%~10%为A-,10%~20%为B+,20%~30%为B,30%~40%为B-,40%~50%为C+,50%~60%为C,60%~70%为C-。

A+

10003清华大学

10006北京航空航天大学

A

10056天津大学

A-

10213哈尔滨工业大学

10248上海交通大学

10286东南大学

10611重庆大学

B+

10110中北大学

10183吉林大学

10358中国科学技术大学

10359合肥工业大学

10614电子科技大学

10698西安交通大学

91002国防科技大学

B

10007北京理工大学

10141大连理工大学

10142沈阳工业大学

10186长春理工大学

10356中国计量大学

10384厦门大学

10701西安电子科技大学

B-

10214哈尔滨理工大学

10216燕山大学

10217哈尔滨工程大学

10287南京航空航天大学

10288南京理工大学

10595桂林电子科技大学

10699西北工业大学

10700西安理工大学

C+

10005北京工业大学

10008北京科技大学

10252上海理工大学

10299江苏大学

10406南昌航空大学

10486武汉大学

10610四川大学

11232北京信息科技大学

C

10280上海大学

10491中国地质大学

10497武汉理工大学

11660重庆理工大学

91019中国人民解放军海军航空大学

91037中国人民解放军战略支援部队信息工程大学

C-

10057天津科技大学

10075河北大学

10080河北工业大学

10220东北石油大学

10293南京邮电大学

10500湖北工业大学

10615西南石油大学

11845广东工业大学

折叠 第三轮学科评估

本一级学科中,全国具有"博士一级"授权的高校共27所,本次有19所参评;还有部分具有"博士二级"授权和硕士授权的高校参加了评估;参评高校共计33所 。 注:以下相同得分按学校代码顺序排列。

学校代码及名称

学科整体水平得分

10006 北京航空航天大学

91

10003 清华大学

89

10056 天津大学

87

10213 哈尔滨工业大学

85

10286 东南大学

80

10611 重庆大学

10614 电子科技大学

78

10110 中北大学

75

90002 中国人民解放军国防科技大学

10007 北京理工大学

74

10183 吉林大学

10248 上海交通大学

10359 合肥工业大学

90035 军械工程学院

71

10214 哈尔滨理工大学

70

10216 燕山大学

10288 南京理工大学

10186 长春理工大学

69

10699 西北工业大学

10142 沈阳工业大学

68

10705 西安石油大学

11232 北京信息科技大学

10356 中国计量大学

67

10595 桂林电子科技大学

10610 四川大学

10057 天津科技大学

65

10299 江苏大学

10500 湖北工业大学

11660 重庆理工大学

10336 杭州电子科技大学

64

10491 中国地质大学

10615 西南石油大学

10616 成都理工大学

63

折叠 第二轮学科评估

本一级学科在全国高校中具有"博士一级"授权的单位共21个,本次参评17个;具有"博士点"授权的单位共11个,本次参评4个。

还有2个具有"硕士一级"授权和3个具有"硕士点"授权的单位也参加了本次评估。参评高校共26所。

排名

学校代码及名称

整体水平得分

1

10056天津大学

94

2

10003清华大学

91

3

10006北京航空航天大学

85

3

10213哈尔滨工业大学

85

5

10611重庆大学

82

6

10335浙江大学

78

7

10248电子科技大学

77

7

10286东南大学

77

9

10110中北大学

75

10

10007北京理工大学

74

11

10358中国科学技术大学

72

12

10359合肥工业大学

70

12

10699西北工业大学

70

12

90002中国人民解放军国防科技大学

70

15

10216燕山大学

69

16

10183吉林大学

67

16

10384厦门大学

67

18

10217哈尔滨工程大学

66

18

10288南京理工大学

66

18

10356中国计量大学

66

18

10486武汉大学

66

22

10005北京工业大学

65

22

10142沈阳工业大学

65

22

10701西安电子科技大学

65

25

10459郑州大学

64

26

10140辽宁大学

60

折叠 编辑本段 工程中心

惯性技术国防科技重点实验室北京航空航天大学,航天三院33所共建

精密测试技术及仪器国家重点实验室,清华大学天津大学共建

电子测试技术国防科技重点实验室,中北大学,中电41所共建

现代光学仪器国家重点实验室, 浙江大学

传感器国家工程研究中心, 仪表科学研究院

地球物理探测仪器国家工程技术研究中心吉林大学

传感技术国家重点实验室, 中国科学院电子学研究所,上海微系统所

环境光学监测仪器国家工程技术研究中心, 中国科学院合肥物质科学研究院

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