国外仪器仪表发展趋势
文章出处：进口仪器仪表新闻中心
责任编辑：进口仪器仪表新闻中心
时间：2008/6/30 16:31:07
- 一、自动化仪表的发展趋势
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工业自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备，，控制仪表从基地式调节器（变送、指示、调节一体化的仪表）开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统（DDC），直至今日的分散控制系统DCS。DCS已经走过了20多年的里程，DCS以其高度的可靠性、强大而易于扩充的功能、漂亮的图形界面、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，得到迅速的发展，成为计算机工业控制系统的主流。PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高、价格低等优点，迅速获得广泛应用，已成为与DCS并驾齐驱的另一种主流工业控制系统。目前以PLC为基础的DCS发展很快，PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争，已成为当前工业控制系统的发展趋势。
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（1） 开放化
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开放化及小型化（Down Sizing）、顾客服务系统等新的、关键技术已进入自动化行业，与以往DCS相对应的PC机控制系统也已经出现。近几年PC机及其相关技术的迅速发展，将对今后产生重大影响。开放化潮流的背景，有下述两方面：
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a． 大量生产的PC机，已在企业和家庭中广泛作为信息设备。
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b． 控制系统的范围逐渐扩大，用户希望自选设备，并能简单方便地把它们相互连接起来，进行统一管理。
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（2） 提供新的服务
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a． 系统集成SI（System Integrator）
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开放化通过多卖方技术设备的综合，建立系统，这就需要高效运行的控制系统集成业务，根据用户对象，熟悉系统中各种自动化仪表，选择最佳设备。今后的趋势是由专门的SI部门来代替用户组成系统。
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b. 系统维修
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用通用信息处理设备组成的控制系统，当故障出现时，判别哪台设备出故障是非常困难的，仪表制造厂不仅要对自己的产品，还必须对在系统中的通用信息处理设备提供一定程度的综合维修服务。
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DCS经历了初创（1975-1980）、成熟（1980-1985）、扩展（1985以后）几个发展时期，在控制功能完善、信息处理能力、速度及组态软件等方面取得了令人瞩目的成就，已经成为计算机控制系统的主流。当今几乎每个发达国家都生产自己的DCS，生产厂家一百多家，已销售几万台套。主要生产厂家集中在美国、日本、德国等多家公司，如美国的霍尼韦尔（Honeywell），TDC300、TDC3000X、S9000；Foxboro,I/AS;Westing House,WDPF;ABB,MOD300; 日本横河（Yokoyawa）,CENUM,Μxl; 日立HIACS3000、5000；德国的西门子（Siemens）,TelenermM、SIPAOS200；加拿大贝莱（BAILEY），N90。
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目前世界上约有200家PLC生产厂家，目前占控制市场份额30%。主要生产厂家有美国的AB公司，莫迪康公司、GE公司、德国的西门子公司、法国的Teleme Cangue公司、日本的欧姆龙公司、三菱电机公司。PLC将与IPC、DCS集成，PLC逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。据美国专家预测，到2000年PLC占控制市场份额将超过50%。
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现场总线技术是九十年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术，是一种用于各种现场仪表（包括变送器、执行器、记录仪、单回路调节器、可编程序控制器、流程分析器等）与基于计算机的控制系统之间进行的数据通信系统。有人预测：基于现场总线的FCS（Fieidbus Control System）将取代DCS成为控制系统的主角，Internet和Intranet技术也将进入控制领域，计算机自动化系统渗透到企业从生产到管理、直到经营的方方面面。
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（3） 自动化产品市场需求将快速增长
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全球的自动化产品市场销售额预测如下：全球的过程自动化产品市场销售额，在1996年达461亿美元，到2001年将半长到559亿美元，预计在2006年将达到700亿美元。从1996年到2001年间的年平均增长率为3.9%，而从2001年到2006年年平均增长率将达到4.6%，以不变价格计算，则2006年的销售额为761亿美元。主要应用于玻璃、陶瓷、钢铁和有色金属工业、轧钢和铝板材工业、化学、食品和制药业、石化工业、纸浆和造纸业、环保、矿山、石油和天燃气工业等。
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在1996年的自动化产品，系统和维修的461亿美元中，有406亿美元是属于自动化工程项目方面，有54亿美元是用于操作方面。测量和自动化技术作为新的投资，在工厂现代化投资中将增长2-3倍。到2006年全球过程自动化产品的市场需求情况为：矿山工业为70亿美元、原材料工业为90亿美元、过程工业为360亿美元、电站为110亿美元、环保工业为70亿美元。就全球地区而言，北美占27.2%、西欧占26%、亚非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、东欧占4.7%、南美占4.9%，其它地区占3.7%，从中看出亚非地区的市场发展前景最好。
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二、科学仪器
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科学仪器含光学仪器和分析析器
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A． 光学仪器
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光学仪器是工农业生产、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递和工具。特别是现代光学仪器的功能已成为人脑神经功能的延伸和拓展。
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集成电路生产所用制造设备品种的40%、数量的60%都是光学设备，而检验仪器所占比重就更大。计量工作约有90%属几何尺寸测量 ，其中主要用光学计量仪器来完成。过去在计量室测量一个凸轮需要数小时；现在在车间生产现场，用计算机控制的三坐标测量机进行测量只需10分钟。轧钢生产现场条件极其恶劣，被测件温度超过1000℃。运动速度为数米每秒，并伴有振动、高温、氧化层飞溅、冷却水雾弥漫和强电磁干扰，但是利用CCD光电在线测径系统在轧钢生产中进行在线尺寸检测，控制了生产流程，就能保证产品高质量和生产高效率。
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光学遥感仪器帮助人类解决面临的能源、粮食、气象预报、环境监测等方面的重大问题。在15号阿波罗飞船上装载的光学遥感仪器就有近十种。美国在70年代先后发射三颗陆地卫星，化费2.5亿美元，但所获经济效益大得多，其中仅用遥感仪器监视洪水、探测农作物病虫害、改进油田勘探以及粮食估产等几项，每年的经济收益估计就达15亿美元以上。
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由于光电系统具有光学和电子两方面的技术优势，从而能满足生产过程中的自动监控以及图象分析、精密测量、信息处理和伟输、微观观察、记录、显示、传递和储存；利用光电转换能在太空、深水、高温、有毒有害气体、核辐射等各种特殊环境下正常地工作。因此光机电一体化的现代光学仪器或光电仪器设备应用十分广泛。
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现代光学仪器的发展趋势
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随着光学仪器产业结构的全球性调整，主要工业发达国家竞相发展高技术产品，使传统的光学仪器已向现代光学仪器转变。美日德等国为了发展现代化的光学仪器工业，大力开发和应用各种新技术、新器件、新材料、新原理，系统地应用光机电算综合技术，以最快的速度开发新颖的高附加值产品投入市场。使光学仪器向产业高技术化、产品高附加值化和智能化、企业集团化和国际化、制造技术柔性化方向发展。
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三、现代光学仪器的特征
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（1） 现代光学仪器冲破了传统现论（以几何光学或物理光学为基础）的束缚，光学技术同其它学科和技术不断融化、渗透，派生出新的学科分支，形成许多交叉发展的领域，打破了长期来光学的传统应用范围。如以傅里叶变换原理为基础的各类傅里叶变换光谱仪；基于光声效应的激光光声光谱仪；利用激光开拓新的测量原理、方法，使众多的激光计量检测仪器问世，激光技术与传统的显微镜相结合，开发出激光扫描显微镜系列产品；得用光电转换原理生产了一大批新颖的光电仪器。许多新技术如激光、红外、光纤、光信息处理、微光学等得到开发应用。
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（2） 在结构上打破了以光学和机械为主体的基本框架，集光学、机械、电子、计算机于一体，电子技术、计算机及其软件成为仪器不可分割的重要组成部分。
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（3） 摆脱了传统光学仪器离不开人的操作和观测的经典模式，操作、检测、数据处理和信息传递实现自动化，工作效率、文凭性和可靠性是传统光学仪器无可比拟的。
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（4） 在设计方法上日益采用计算机辅助设计、优化设计和"三化"设计。整个系列产品品种之间零部件通用性强，标准化程度高，标准件多，因而使仪器成本下降，质量提高。
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（5） 现代光学仪器的质量评价标准更全面、更严格。过去，评价传统光学仪器的质量，主要着眼于功能指标，即仪器的使用范围、精度等级、灵敏度、重复性、稳定性及结构特性等。如今较全面地客观评价现代光学仪器的质量指标、可靠性、工艺性、经济性、人机学指标、美学指标、标准化及专利权指标等八个方面。
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四、发展趋势
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从传统光学仪器转变现代光学仪器，关键在于计算机化，而微电子技术是基础。光谱仪器发展最快，发达国家80年代已实现微机化，现已向联用技术、全自动化（如内装机械手等机器人系统，实现无人操作），实验室信息管理系统自动化及智能化方向发展。光学计量仪器从大型精密仪器－－三坐标测量机到传统的自准直仪和投影仪都已实现微机化、光电化；激光技术的结合和CCD等光电器件的引入，更为快速、准确、可靠的在线检测和监控创造了条件。
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在未来10年，由于高新技术的发展和应用，将进一步推动光学仪器实现光机电算一体化和智能化。现今的智能化仪器更确切地应称为"微机化"仪器。而更高程度的智能化是信息技术的最高层次，应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的综合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用。电子技术、计算机技术和光电器件的不断发展和功能的完善，为仪器向更高档次的智能发展创造了条件。
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未来10年，光和电的渗透会进一步强化，更多的新技术、新器件推广应用，因而在光机电算一体化的基础上熔入不同原理，派生出新用途的产品，以满足各领域日益增长的需求。具有优异性能的光电器件和功能材料的开和应用，将加速现代光学仪器的发展。如CCD器件、半导体激光器、光纤传感器等制造技术趋于成熟，实际应用已获突破，显示了广泛的应用前景。它必将使光学仪器领域发生重要变革，推动产品向小型化、高分辨、光电化和自动化发展。
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光学计量仪器
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· 未来的光学计量仪器仪表必须简化设计，大量压缩零部件，提高智能化和便于操作，发展在线计量测试仪器仪表
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· 利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型计量测试仪器仪表和新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力的新型传感器技术如：
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――利用高温超导量子干涉器（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地学和地质学仪器、化学分析仪器、医学仪器帮无损材料检验仪器等。
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――利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，这是大家所共知的。但它与近场光学相结合，不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料。这是目前实验研究的新探索。
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――将可调谐稳频激光光谱仪的技术用于高精密的几何量与机械量和多种无形态的量的测量，如：高精度的折射率测量、光波波前沿的测量、超薄膜层厚度的测量等。
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――开发新一代微型光纤传导激光干涉仪，它的测量范围可以从纳米到几米或更大的范围。分辨率可达10nm。并且克服了HP激光干涉仪的缺点，但它具有HP激光干涉仪的一切功能。另外，它还可用于称重，研制新型电子天平、高精度的电子皮带称、高分辨率的压力计等。
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――发展纳米测量技术，建立纳米计量测试标准。这是当今在计量与测量技术研究中十分活跃的课题。
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· 发展测量机器人。类似的测量仪器已出现。即Zeiss的Scan Max三坐标测量机。
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――操作十分方便，工人学习5－10分钟即掌握使用；
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――可放在车间使用，自动修正影响测量精度的外界干扰；
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――目前的测量精度为3－5μm。
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它是利用了智能机器人技术，但要保证测量量值的计量正确性是一个十分复杂理论和技术问题。目前已得到了初步解决。
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· 环境保护科学仪器仪表的发展与进步，将是当今和21世纪的重点研究领域。有关环保科学仪器仪表的检测和有关这方面的配套的计量仪器仪表还缺乏。
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· 用于生产安全与防护的科学仪器仪表也还需大力开发与发展。它将成为仪器仪表行业的新分支。
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B. 分析仪器
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分析仪器是集光、机、电、化、计算机等多学科技术为一体的高技术产品，在计算机技术、微电子技术、现代数字手段、信息处理论，数字图像技术以及人工智能技术的发展推动下分析仪器仪器正向智能化方向发展智能化包括了理解、推理、判断、分析等一系列功能，它是数值、逻辑和知识的综合分析结果，"智能化"是知识的表达和应用。
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分析仪器智能化发展趋势主要表现是：
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基于微电子技术和计算机技术的应用实现分析仪器的自动化，通过计算机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、分析、处理提高分析仪器数据处理能力，数字图像处理系统实现了分析仪器数字图像处理功能的发展；分析仪器的联用技术与人工智能的广泛应用等。这些使现代分析测试速度超高速化、分析试样超微量化，分析仪器的超小型化的发展趋势。
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世界分析仪器事业持续快速发展
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可以由二个角度来看：
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从技术发展角度来看，世纪之交的世界分析仪器技术可以说正在经历一场革命性的变化，传统的光学、热学、电化学、色谱、波谱类分析技术都已从经典的化学精密机械电子学结构、实验室内人工操作应用模式转化为光、机、电、算（计算机）一体化、自动化的结构，并正向更名副其实的智能系统发展（带动有自诊断自控、自调、自行判断决策等高智能功能），可与多台仪器、多个实验室结合的综合分析管理系统（LIMS, Laboratory Information Management System）已经推广应用：仪器计算机内装上调制解调器从而可以上网、制造厂商可与全球用户或用户之间实现实时信息交流（例如厂商对用户正在使用的仪器进行远距诊断、指导正确使用或提出维修指导，各同类仪器用户或相同分析工作用户直接进行数据互换、情报共享等），已经不是研究开发的方向，普遍抗议应用亦已指日可待。
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从世界分析仪器销售增势来看，世纪之交在农业、能源、信息、环境、材料、生物、医学等领域快速发展的全球需求刺激下，加上分析仪器技术发展推动的分析仪器更新换代周期不断缩短、使多年来世界分析仪器市场销售额保持10%左右甚至更高的年增长率，这说明分析仪器行业不是"夕阳产业"，而是能不断更新保持旺盛的生命力。
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世界分析仪器技术更新快、高科技含量增长迅猛。
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为适应现代高科技研究和产业的迅猛发展，作为信息时代信息获取-处理-传输链的源头技术，分析仪器技术的发展是必然的。没有新的分析方法、分析技术和相应的全新分析仪器，不能更高、更全面、更灵敏、更可靠、更方便地获取研究、生产、社会、环境等领域中全方位的分析检测信息，21世纪的信息时代就无从谈起。这是我们在世纪之交期间面临新形势的一个特征，也是分析仪器新技术、新元器件、新产品会不断涌现、高科技含量越来越大的缘由。从另一个角度来说，也是被世界科技和产业、人类社会发展大形势的要求逼出来的、是分析仪器技术适应大形势发展的结果。
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分析技术和分析仪器的应用日益拓展
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在20世纪前些年，经典的分析技术和分析仪器主要是为现代产业大生产服务的，主要为了适应分析、监控工农业生产、保证产品质量、保障大生产流程安全高效的要求而发展、提高的；当今世纪之交分析技术和分析仪器的"用武之地"已经大大拓展，最引人注目的是在生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应用日新月异现代高科技在军事方面的发展也促进了分析技术和分析仪器的应用拓展（例如生物武器、化学武器战争中高速、灵敏、准确的现场毒物检测、生命保障任务也大大扩大了分析仪器的应用领域）。
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可以肯定：在新世纪到来后，分析技术和分析仪器的应用由"物"→"人"的拓展趋势将更加显著。我们必须看准这个发展潮流，在分析仪器事业的发展思路中摆正位置、选好方向。
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21世纪初，世界分析仪器市场的年销售额递增率为8-10%。2000年世界市场将达300亿美元，世界分析仪器最大的市场是美国，约占总销售额的40%，其次是欧洲约占27%，第三是日本，约占20%，中国进口分析仪器仅占世界销售额的1.4%。
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科学仪器世界市场
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科学仪器随着世界经济增长，市场需求今后可望每年以3-6%的速度增长。需求潜力最大的产业部门有：通信、电力、信息、生物、生物技术、医药、环保等。市场前景最好的国家和地区为东亚和墨西哥。
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全球科学仪器的市场规模约200亿美元，主要市场为美、德、日、法、英、意等工业发达国家。主要生产国和出口国是美、德、英、瑞士、日本、意大利。近年来部分发展国家对科学仪器的需求增长很快，这些国家（地区）有智利、捷克、洪都拉斯、印度、台湾省、厄瓜多尔、埃及等，他们对科学仪器的进口正在以年均15-30%的速度增长。
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拉美市场由于不断开放，国内工业正在面对大量进口产品的竞争。市场的开放导致科学仪器进口关税率下调和外汇控制放宽，例如哥斯达黎加不仅减速让关税，耐用为进口商及时提供外汇，进口商可从任何一家当地银行获得外汇，而, 无须中央银行批准，进口产品, , , , 与当地产品的竞争迫使当地企业加强质量管理，提高产品质量，并增加质量管理所用的各种检测仪器的进口。拉美地区大部分国家没有科学仪器的生产能力，少数国家如巴西虽然有一定制造能力，但无法供应精密的高水平的仪器。一些进行经济改革，特别是企业私有化进程加快的国家，如墨西哥的企业为了提高竞争力，对研究开发项目越南来越重视，这有利于科研用的各种物理、化学分析仪器需求的增长，另外，环保也更加受到政府的重视，气体分析仪器等的需求量正在上升。美国、德国、瑞士和日本是拉美国家科学设备的主要供应国，巴西因地理优势也占有一份市场。该市场要求产品价格合理，质量优良，送货及时并耐用性强。
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东欧国家中引人注目的市场是捷克、波兰、罗马尼亚。由于公费医疗被取消和大型环保工程计划出台，捷克对仪器仪表有强大需求。波兰是东欧最大的仪表市场，国内生产有限，进口壁垒很小，用于科研的设备免征关税。匈牙利的医疗制度也正在变革，但受预算约束，购买。乌克兰等其他东欧国家的主要需求部门也是科研和教育机构，这些部门购买力有限。东欧、俄罗斯、乌克兰精于生产各种分析测量仪，但在生产自动控制仪器，边缘设备和软件等方面逊于西方国家。
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在非洲，埃及、摩洛哥是重要的仪器仪表市场。根据埃及1992年-1997年的五年计划，政府拨款4亿美元改造科研机构的装备，由于本国产量很小，几乎均依靠进口，其中进口较多的产品有：化学分析仪器、光学仪器、检测仪器。此外，尼日利亚也很引人注目，该国对科仪器需求很少，但食品、制药业、化妆品的国家标准非常严格，迫使企业大量购买检测仪表。
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在东亚，亚洲"四小"、印度、印尼、马来西亚、菲律宾、巴基斯坦、泰国对仪器仪表有旺盛的需求。亚洲"四小"面临产业结构升级，对科研开发十分重视。新加坡政府对工业企业研究开发有专门的财政资助，香港为产业转轨也加大了科研开发投入，台湾省当局不仅增加了基础研究开发的财政支出，而且对私人企业的研究开发给予减免税优惠。这些国家和地区对高附加值的化学分析仪器、物理分析仪器、电子测量仪器肖很大需求。印度的仪器仪表市场呈现持续上升的势头，由于政府强调提高效率和竞争力，再加上对能源、电力、钢铁、化肥、纺织、造纸、石油、石化、制药、生物技术、食品加工等各个部门的投资规划，以及随着印度制造商和出口商越来越多地实行ISO9000系列质量标准认证体系，对购置仪器仪表的支出正在增加。印度还有相当大量的科研机构和大学从事高科技研究和质量控制工作，这些部门也在推动高技术科学实验设备需求上升。
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泰国在东南亚国家中是卫生防疫支出最多的国家，对分光仪、分光光度仪、摄谱仪的需求正在迅速扩大，日本的产品在这个市场占据首位。印尼正在提高其产品在全球的竞争力，在质量控制上有严格的标准，需要进行质量控制的高级实验实验。马来西亚日益强调各产业加强研究开发，科学实验设备的销量正在增加。菲律宾以化工业为最大需求者，其次是冶金工业，对化学分析仪器的需求也在增长。
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