儀器儀表的發展史

（一）早期主要的測量、度量器具1.稱重器和計時器人類最早的度量器具是稱重器和計時器，反映了人類早期的認識和生活需求?，F已發現公元前2500年使用天平的證據，而在普通貿易中使用天平的最早跡象是在公元前1350年。天平桿為木制，砝碼則是用青銅做成的各類鳥獸形狀。原始的計時器主要有影鐘、水鐘和水運天文臺3種。公元前1450年，古埃及就有綠石板影鐘。至公元14世紀，用以表示時間的唯一可靠的方法是日晷或影鐘。

公元前600年至公元前525年，也有用棕櫚葉和鉛垂線記錄夜間時間和特定天體的儀器。當天體通過子午線時，從棕櫚葉的開口中觀察到天體穿過鉛垂線的過程。在中國江蘇儀征,出土了東漢中期的小型折疊銅質民間測影儀器。

公元1400年前，埃及記錄較短時間的儀器叫水鐘，水鐘內有刻度，下有小孔，整個水鐘用雪花石膏做成瓶狀。在古希臘,古羅馬有當時世界上唯一的機械計時儀——水儀。通過水的傳遞計量時間，記錄的是不斷流動的概念而不是連續相等的時間，非常不精確。中國北宋時期的蘇頌和韓公謙于1088年制作了天文計時器——天文儀象臺。它采用民間的水車、筒車、桔槔、凸輪和天平秤桿等，是集觀測、演示和報時為一身的天文鐘，被稱為水運天文臺。2.指南針、渾天儀、地動儀

在中國，公元前300～公元前100年，有人利用天然磁石的性質，發明了磁羅盤，即定向儀器；指南針到宋代發展成熟。中國西夏時候就有觀測和記錄天文的儀器，叫渾天儀元代的郭守儀(1231年～1361年)對渾天儀進行了改造，制成簡儀，其制造水平在當時遙遙領先，其原理在現代工程測量、地形觀測和航海儀器中廣泛使用。東漢時期，張衡發明了世界上第一臺自動天文儀——渾天儀和世界上第一臺觀測氣象的候風儀，開創了人類使用儀器測量地震的歷史。

（二）中世紀的儀器

至1500年，世界上已有了精密儀器。這時的天文儀器已經比較精確，主要有赤道經緯儀、子午渾儀、視差儀，以及希臘的角度儀、水準儀及星盤等；計時儀器有便攜式日昝和水鐘；計算和證明儀器有天球儀、日歷、小時計算器等。這些儀器的制造工藝和使用材料等在當時都有相當高的水平和測量精度。780年，穆斯林造幣廠的工人把天平放在密閉容器中，以兩次的稱量結果相比較，天平經過無數次擺動達到平衡后讀取數據，能稱出1 /3毫克。這是分析天平的始祖。

（三）文藝復興時期的科學儀器

15世紀后期，隨著自然科學的發展，早期的科學儀器也以不同的背景和形式逐漸形成，主要有光學儀器、溫度計、擺鐘、數學儀器等。 光學儀器 1590年左右，荷蘭人扎哈里那斯·詹森制造了第一個非常精確的復合顯微鏡，這就是今天人們常說的顯微鏡。

另一荷蘭人漢斯·利佩于1608年發明了單筒望遠鏡，后來又發明了雙筒望遠鏡。伽利略把望遠鏡和顯微鏡第一次用于科學實驗,并于1609年后制造了第一臺長29米、直徑42毫米的鉛管儀器，所以后來人們常把伽利略作為望遠鏡和顯微鏡的實際發明者。1611年，刻卜勒出版了《屈光學》，解釋了望遠鏡和顯微鏡的光學原理，并提出了“天文望遠鏡”的設想。再后來，沙伊納制造第一架天文望遠鏡，牛頓于1668年制成了第一架天文反射望遠鏡。

18世紀后半葉，所有的光學儀器都是在開普勒式透鏡組合的基礎上改造。 溫度計 伽利略在他早期的實驗中，用玻璃管制成了空氣溫度計。后來，托斯卡斯的大公斐迪南二世改良制成液體溫度計。

大約1714年，華倫海特創造了以其名字命名的溫度計，被稱為華氏溫度計。17世紀末，氣壓計和溫度計與刻度標尺、指針和其它配件配合安裝在一起，成為儀器大家庭中的重要組成部分，也是儀器制造貿易中的重要部分。 數學儀器 英格蘭的吉米尼( Thomas Gemini)率先進行數學儀器(1524年～1562年)的制造，之后不久英國雕刻匠和制模匠科爾(Humfray Cole)開始從事儀器的專門制作，從此開始出現了大批的儀器供應商，產品范圍也由星盤、日昝和象限儀擴展到觀測和測量用儀器，以及一系列演示“自然科學實驗”的儀器。 其它儀器 到1650年后，新型的精密儀器就不斷地被制造出來。如測量用的圓周儀、量角器，航海用的高度觀測儀和反向式八分儀，繪圖和校儀用的分度尺和繪圖儀，還有經緯儀、氣泡水平儀、新型望遠準鏡、測探儀、海水取暖器、玻意爾制造的比重計、擺鐘，等等。這些精密儀器為17世紀后自然科學的發展提供了重要保障，是科學技術發展的標志，也為科學儀器的進一步發展打下了良好的基礎。 到了18世紀初，由于科學研究和科學課堂的需求，制造者們開始設計和生產標準的儀器和配件；儀表工匠與其它專業制造者聯合起來，制造了光學、氣動、磁力和電力等方面的儀器，從此將儀器與儀表正式結合起來，使儀器儀表融為一體，成為一個專門的學科。 以蒸汽機的發明為標志，一種將蒸汽的能量轉換為機械功的往復式動力機械，引起了18世紀的工業革命，人類進入了工業化時代。 1800年，英國的特里維西克設計了可安裝在較大車體上的高壓蒸汽機，這是機車的雛型。英國的史蒂芬孫將機車不斷改進，在1829年創造了“火箭”號蒸汽機車，該機車拖帶一節載有30位乘客的車廂，時速達46公里/時，引起了各國的重視，開創了鐵路時代。 自從奧斯特在1820發現了電流的磁效應,奧斯特做了六十多個實驗，考察電流對磁針作用的強弱、電流對磁針的影響；并在1820年7月21日發表了題為《關于磁針上電流碰撞的實驗》的論文，向科學界宣布了電流的磁效應，揭開了電磁學的序幕，標志著電磁學時代的到來。 1831年8月26日，法拉第用伏打電池在給一組線圈通電（或斷電）的瞬間，在另一組線圈獲得的感生電流，稱之為“伏打電感應”。同年10月17日，法拉第完成了在磁體與閉合線圈相對運動時在閉合線圈中激發電流的實驗，稱之為“磁電感應”，并提出磁場的概念，實現了“磁生電”，創造電磁力學，設計了圓盤發電機，宣告了電氣時代的到來，以電磁為核心的第一代電磁式儀器開始逐步走向成熟。

電磁效應的發現與應用，為原始的機械式儀器儀表向電磁式儀器儀表發展提供了理論和技術保障，使第一代指針式儀器儀表正式形成與發展。3.麥克斯韋繼法拉第之后集電磁學大成，在1865年他預言了電磁波的存在，說并指出電磁波只可能是橫波，計算出電磁波的傳播速度等于光速。麥克斯韋于1873年建立電磁理論，在出版的科學名著《電磁理論》中系統、全面、完美地闡述了電磁場理論，成為經典物理學的重要支柱之一。4.1886 年至1888 年，德國物理學家赫茲通過試驗驗證了麥克斯韋爾的理論，證明了無線電輻射具有波的所有特性，進而發現了無線電波，設計出了雷達，開啟了無線電波通信技術，使遠距離無線測量儀器的出現成為可能，讓電話、電視等電器有了飛躍發展。 隨著X射線、γ射線先后被德國科學家倫琴、法國科學家P.V.維拉德發現，因其超強穿透力這一特性，使儀器的功能與概念被進一步推向更深的領域，如廣東正業的X光檢查機、檢孔機ASIDA－JK2400、線寬檢測儀等儀器，就采用了X射線、γ射線的超強穿透力研發的先進檢測儀器設備。 6.20世紀初，電子技術的發展使各類電子儀器快速產生，如今后普及全球的電子計算機，便是從這一時代開始崛起的。同時，隨著工業化程度的不斷提高，各行各業的電子儀器如雨后春筍般地出現，如計量、分析、生物、天文、汽車、電力、石油、化工儀器等。

電子儀器的產生使儀器儀表從模擬式儀器過渡到數字式儀器。