精密仪器发展综述 历史起源 从人类出现先的时代，开始出现了制造。起初当然只是制造简单的一些工具，直到部落文明的形成，人们已能够制造比较精细复杂的工具。即使在人们熟知的四大文明古国，在几千年的时间里，他们也仅仅以制造作战武器为主，而其他的制造才用于生活的基本材料。然而一直到20世纪初，在工业革命以前人们能够完成的制造工作仍然是很局限的，人们只能在手工制作的条件下制作一些比较长常用的工具，直到工业革命开始后，机械得以迅猛的发展。尤其是第二次工业革命后，制造业的蓬勃发展使人们对生活要求品质的不断提高，开始出现了各种机械仪器的制造，这些仪器起初只是用于生活中。 直到20世纪50年代后期，人们开始将其运用到对工业生产的量化以及对生产设计精度的提高。随着机械仪器的不但发展和完善，在20世纪60年代初，精密仪器的词语开始出现在人们的眼中。从此精密仪器开始不断发展渗透，如机械、测量、电子、计算机及自动化、光学技术等等。因此精密仪器的设计也在不断完善，由当初的简单到现在的程序多样，结构复杂，人们已将其运用到各个能涉及到的领域。如机械仪表、机床、检测技术和仪器设计、高精密测量仪、数据传输等等。 ?? 天平原理示意图 天平的发明很早。在埃及尼罗河三角洲用纸草写成纸草书记载，早在公元前1500多年，埃及人就已经使用天平了，还有人说，埃及人使用天平的时间还要早，大约在公元前5000年以前。古埃及的天平虽然做的很粗糙，但是已经有了现代天平的轮廓，成为现代天平的雏型。在化学实验中较早使用天平的有英国化学家布莱克，他生活和工作于18世纪，那个时候，正是化学中不断发现气体、并开始建立理论的时期。布莱克在化学研究中非常重视实验，而且是第一个应用定量的方法研究气体的人。1755年，他写了一篇论文，内容是对石灰石等碱性物质的实验研究。论文中提到，他发现将石灰石煅烧会产生气体。于是，他在煅烧前称量了石灰石的重量，煅烧后再次称量重量，结果发现，石灰石经过煅烧重量减少了44％，他认为这个重量正是从中释放出的气体的重量。在此基础上，他又进行了多方面的研究，比如，他将石灰石与酸作用，发现也有气体产生，用石灰水吸收这种气体，并进行了定量研究，他发现这种气体的重量与煅烧石灰石产生的气体的重量相等，由此他认识到，石灰石中固定着一种气体，他称之为“固定空气”（即现在我们熟知的二氧化碳）。从布莱克的实验研究中可以了解到，他进行了定量研究，定量研究需要称量，而称量离不开天平。历史资料表明，布莱克确实使用了天平，他用过的天平至今仍保存在爱丁堡皇家博物馆中 用绳子挂着称盘，横梁又挂在另一个称钩上。布莱克正是用这个天平进行化学实验研究，而且做出了发现的，这个天平的使用，不仅在化学实验中建立了定量方法，而且对天平的进一步发展、改良，也是重要的。我们知道法国著名化学家拉瓦锡是一位非常重视定量研究的人，他经常使用天平，而且注意称量的精确性。正是在精确的定量研究中，拉瓦锡确定了氧气的存在，并且建立了科学的氧化燃烧理论。应用定量方法研究化学变化，必须假定化学变化前后物质质量守恒，由此拉瓦锡确立了质量守恒定律。拉瓦锡的研究工作得到天平的帮助，可是拉瓦锡本人却很少设计和制造仪器，也没有设计和制造过天平，不过，18世纪的法国，天平比较普及，有许多小店铺就出售天平，拉瓦锡可能得益于这种良好的条件。18世纪末英国也已经制造出了一种天平，横梁中央嵌上一个钢质的刀口。把它放在玛瑙盘中，大大提高了精密度和灵敏度。当时出现了一些天平设计家和制造家，不过，据说天平的价格比较贵，而且要先预定，不像法国，天平虽不那么精密，但比较容易买到在英国，使用天平的不限于化学家和科学家，普通医药商店也常用天平，化学原子论的提出者道尔顿，在科学研究中经常使用天平，由于道尔顿在化学史上的重要地位和他在英国科学界的影响，使他成了著名人物，成了著名化学家，他使用过的天平据说也成了不凡之物，后来为英国曼彻斯特文学和哲学会所有，并为该会收藏。道尔顿曾经是这个学会的会员。 19世纪20年代，伦敦有一位仪器设计家叫罗宾逊，他开始设计和制造分析天平，不仅英国，就连美国在一个时期里都使用这种天平。罗宾逊用空心材料做横梁，把梁做成三角形，竖梁中部有指针。 有刻度横梁和游码的天平，大约也是在19世纪诞生的，究竟谁是这种天平的发明人有不同说法，也存在争议。可是1851年在伦敦召开了一次国际博览会，英国和欧洲大陆国家的一些主要天平制造商都参加了，经博览会审查团审议，最后把最高奖奖给了奥耶领，以表彰他在有刻度横梁和滑动装置（即游码）天平的制造上所做的贡献，由此看来，奥耶领的发明权得到了国际上的确在很长时期里，天平制造业中流行一种理论，认为天平的横梁越长天平越灵敏。但是有一个叫波尔·邦格的人却不受这种理论的限制，1866年，他设计、制造了一架短横梁分析天平。后来，在平天设计理论方面，他也有建树。天平的改进，除了横梁、接触点、游码、刻度等方面以外，还表现在其它方面，例如，19世纪前半期，已经出现了旋钮天平。旋钮天平有什么优点呢？原来，早期的天平，横梁架在竖直的柱上，用时和不用时都是一样的。后来分析天平出现了，分析天平的刀口用玛瑙制成，为了减少刀口的损伤，不用平天时，将天平横梁架在一个架子上，让刀口不再受力，用时再将刀口架在支撑碗上。这些都是通过旋纽装置控制的。现代分析天平都有旋纽装置。 随着科学的发展、技术的进步，天平的设计和制造不断取得长足的进展。正是经过一代一代人的不懈努力，经过技术的积累和提高，才有了今天的各式各样的现代天平。如今，在化学实验室中，常用的天平有：托盘天平，正如前面讲过的，用于精确度要求不高或测定物料的大致质量，可称量100克、200克、500克乃至1000克；分析天平（常量分析天平、微量分析天平和半微量分析天平）；电光天平，设有空气阻尼装置或电磁阻尼装置，使天平既具有高灵敏度又能迅速阻止横梁的摇动，电光天平从外观上看不见砝码，能看到放置要测物的称盘，砝码的加减用旋转刻度盘操作，称量的数值可通过投影刻度标尺直接读出。电子天平它是传感技术、模拟电子技术、数字电子技术和微处理器技术发展的综合产物，具有自动校准、自动显示、去皮重、自动数据输出、自动故障寻迹、超载保护等多种功能。电子天平通常使用电磁力传感器(见称重传感器)，组成一个闭环自动调节系统，准确度高，稳定性好。当秤盘上加上被称物时，传感器的位置检测器信号发生变化，并通过放大器反馈使传感器线圈中的电流增大，该电流在恒定磁场中产生一个反馈力与所加载荷相平衡；同时，该电流在测量电阻Rm上的电压值通过滤波器、模／数转换器送入微处理器，进行数据处理，最后由显示器自动显示出被称物质量数值。没有规矩不成方圆，同样，没有精密仪器也不能制造出高标准的产品来。对一个国家来说，仪器越齐全，精度越高，科技含量越高就越能促进产业的快速发展，然而发展是循序渐进的，对于一个地区，一个城市来说更是如此当今信息技术已经成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术。著名科学家钱学森先生曾指出：“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。测量技术是关键和基础。”采用适度先进的信息化数字测量技术和产品来迅速提升装备制造业水平，是当前一个重要的发展方向。国内外许多著名量仪量具制造厂商在近年来的CIMT展览会上展示了他们所取得的部分科研成果，所展现的现代测量技术发展趋势和面向市场与用户、服务于加工制造现场、测量与加工制造过程融合集成的新动向，值得我们高度重视和密切关注。如：数字化测量技术和测量技术与数字系统的集成，数字化测量技术是数字化制造技术的一个重要的、不可或缺的组成部分；数字化测量仪器、数字化量具产品的不断丰富和发展，适合并满足了生产现场不断提高的使用要求。其次将现代测量技术及仪器融合、集成于先进制造系统，从而构建成完备的先进闭环制造系统，为“零废品”制造奠定了基础。 随着现代制造业的发展，很多专家认为测量仪器技术也将面临新的技术要求和发展动向。高精度、高可靠性的测量能力对测量仪器提出了更高的要求，由传统微米、亚微米精度向着纳米量级精度方向发展；实时测量、大尺寸测量技术的发展是对测量仪器工作范围的拓展，测量方式也由原接触式向光学非接触式测量过渡；此外，信息技术与测量技术的集成，即CAD/CAM/CAT的技术应用也将是未来精密测量技术发展的方向。由此将精密仪器带人另一个发展阶段。

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