Приборостроение, в технике, разработка и использование точного измерительного оборудования. Несмотря на то, что органы чувств человеческого тела могут быть чрезвычайно чувствительными и восприимчивыми, современная наука и техника полагаются на разработку гораздо более точных измерительных и аналитических инструментов для изучения, мониторинга или контроля всевозможных явлений.
Одни из самых ранних измерительных приборов использовались в астрономии и навигации. Армиллярная сфера, самый древний из известных астрономических инструментов, состоит, по сути, из скелета небесного шара, кольца которого представляют собой большие небесные круги. Армиллярная сфера была известна в Древнем Китае; древние греки также были знакомы с ней и модифицировали ее для создания астролябии, которая могла определять время, продолжительность дня и ночи, а также измерять солнечную и лунную высоту. Компас, самый ранний прибор для определения направления, не ориентирующийся по звездам, стал ярким достижением в области приборостроения, появившимся примерно в XI веке. Телескоп, основной астрономический инструмент, был изобретен около 1608 года голландским оптиком Гансом Липпершеем и впервые широко использовался Галилеем.
Приборостроение включает в себя функции как измерения, так и управления. Ранней системой инструментального контроля была термостатическая печь, разработанная голландским изобретателем Корнелиусом Дреббелем (1572-1634), в которой термометр контролировал температуру в печи с помощью системы стержней и рычагов. Приборы для измерения и регулирования давления пара в котле появились примерно в то же время. В 1788 году шотландец Джеймс Уатт изобрел центробежный регулятор для поддержания скорости паровой машины на заданном уровне.
В эпоху промышленной революции XVIII и XIX веков приборостроение развивалось быстрыми темпами, особенно в области измерения размеров, электрических измерений и физического анализа. Производственные процессы того времени требовали приборов, способных достичь новых стандартов линейной точности, которым частично отвечал винтовой микрометр, специальные модели которого могли достигать точности 0,000025 мм (0,000001 дюйма). Промышленное применение электричества потребовало приборов для измерения тока, напряжения и сопротивления. Все большее значение приобретали аналитические методы с использованием таких приборов, как микроскоп и спектроскоп; последний, анализирующий по длине волны световое излучение, испускаемое раскаленными веществами, стал использоваться для определения состава химических веществ и звезд.
В XX веке рост современной промышленности, внедрение компьютеризации и освоение космоса способствовали еще большему развитию приборостроения, особенно электронных приборов. Часто для преобразования образца измеряемой энергии в электрические импульсы, которые легче обрабатывать и хранить, используется преобразователь — прибор, преобразующий энергию из одной формы в другую (например, фотоэлемент, термопара или микрофон). Появление в 1950-х годах электронной вычислительной машины с ее огромными возможностями по обработке и хранению информации практически революционизировало методы приборостроения, поскольку позволило одновременно сравнивать и анализировать большие объемы информации. Примерно в то же время были усовершенствованы системы обратной связи, в которых данные от приборов, контролирующих этапы технологического процесса, мгновенно оцениваются и используются для корректировки параметров, влияющих на процесс. Системы обратной связи имеют решающее значение для функционирования автоматизированных процессов.
В большинстве производственных процессов используются приборы для контроля химических, физических и экологических свойств, а также производительности производственных линий. К приборам для контроля химических свойств относятся рефрактометр, инфракрасные анализаторы, хроматографы и датчики pH. Рефрактометр измеряет изгиб луча света при переходе от одного материала к другому; такие приборы используются, например, для определения состава сахарных растворов или концентрации томатной пасты в кетчупе. Инфракрасные анализаторы позволяют идентифицировать вещества по длине волны и количеству инфракрасного излучения, которое они испускают или отражают. Хроматография, чувствительный и быстрый метод химического анализа, используемый для работы с очень маленькими образцами вещества, основан на различной скорости адсорбции различных типов молекул. Кислотность или щелочность раствора можно измерить с помощью датчиков pH.
Приборы также используются для измерения физических свойств вещества, например его мутности или количества твердых частиц в растворе. Процессы очистки воды и нефтепереработки контролируются с помощью турбидиметра, который измеряет, сколько света определенной длины волны поглощается раствором. Плотность жидкого вещества определяется с помощью гидрометра, который измеряет плавучесть объекта известного объема, погруженного в измеряемую жидкость. Расход вещества измеряется турбинным расходомером, в котором измеряются обороты свободно вращающейся турбины, погруженной в жидкость, а вязкость жидкости измеряется рядом методов, в том числе тем, насколько сильно она гасит колебания стальной лопатки.
Приборы, используемые в медицине и биомедицинских исследованиях, столь же разнообразны, как и в промышленности. Относительно простые медицинские приборы измеряют температуру, кровяное давление (сфигмоманометр) или жизненную емкость легких (спирометр). К более сложным приборам относятся привычные рентгеновские аппараты, а также электроэнцефалографы и электрокардиографы, которые регистрируют электрические сигналы, генерируемые мозгом и сердцем соответственно. Два самых сложных медицинских прибора, используемых в настоящее время, — это CAT (компьютерная осевая томография) и NMR (ядерный магнитный резонанс) сканеры, которые позволяют визуализировать части тела в трех измерениях. Анализ образцов тканей с помощью сложнейших методов химического анализа также важен для биомедицинских исследований.
