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인간의 감각기관은 매우 민감하게 반응할 수 있지만, 현대 과학과 기술은 모든 현상을 연구·관찰·제어하기 위한 더욱더 정밀한 측정기와 분석도구의 개발이 요구된다.

몇몇 측정기는 일찍이 천문학과 항해에 이용되었다.

가장 오래된 천문기구로 알려진 혼천의(渾天儀 armillary sphere)는 천구의 대원을 나타내는 고리로 엮어진 천구의(天球儀)로 이루어져 있는데, 고대 중국에서 사용되었다. 또한 고대 그리스에서도 이와 비슷한 것이 있었고, 이것을 변형하여 만든 아스트롤라베(astrolabe)로 태양 및 달의 고도(高度)뿐 아니라 밤낮의 시간과 길이를 알아냈다. 별을 보지 않고도 방향을 알 수 있는 고대기구인 나침반의 발명은 11세기경에 만들어진 기구 가운데 놀라운 발전이었다. 주요 천문기구인 망원경은 1608년경 네덜란드의 광학자 한스 리퍼셰이가 발명하여 갈릴레오에 의해 처음으로 폭넓게 사용되었다.

계기화는 측정과 제어기능을 포함한다.

초기의 계기제어장치는 코르넬리스 드레벨(1572~1633)이 설계한 막대와 지렛대 장치를 이용하여 온도계로 노(爐)의 온도를 조절하는 자동온도조절로였다. 보일러 내부의 증기압을 측정하고 조절하는 장치도 이와 같은 시기에 만들어졌다. 1788년 제임스 와트는 증기기관의 속도를 일정하게 유지하는 원심조속기(遠心調速機)를 발명했다. 그후 18·19세기의 산업혁명으로 계기화는 특히 치수측정, 전기계측, 물리적 분석 등의 분야에서 빠르게 발전했다.

이 시대의 제조공정에는 선형정밀도의 새로운 표준을 얻을 수 있는 기구가 필요했으며, 0.000025㎜의 정밀도를 얻을 수 있는 특수한 나사식 마이크로미터로 어느 정도 만족되었다. 전기학이 산업에 적용되면서 전류·전압·저항 측정기가 필요했다. 현미경이나 분광기와 같은 기구를 사용하는 분석방법이 점점 중요해졌으며, 분광기는 백열물질에서 나오는 빛을 파장으로 분석해 화학물질과 별의 구성성분을 알아내는 데 사용되기 시작했다.

20세기 현대산업의 성장, 컴퓨터의 도입, 우주개발의 시작은 계기화, 특히 전자장치의 발전에 더욱더 박차를 가했다.

에너지의 한 형태를 다른 형태로 바꾸는 기구인 변환기(變換機：예를 들면 광전지·열전쌍 및 마이크로폰)는 측정된 에너지의 일부를 처리와 저장이 더욱 쉬운 전기신호로 변환시킨다. 1950년대에 도입된 컴퓨터는 사실상 계기화의 혁명적인 방법으로 정보처리와 저장능력이 커서 많은 정보를 동시에 비교·분석할 수 있었다.

동시에 피드백 시스템은 공정의 각 단계를 감시하는 계기로, 자료를 즉시 평가하고 공정에 영향을 주는 인자를 조절한다. 이 장치는 자동공정에서 매우 중요하다. 대부분의 제조공정은 공정 라인의 절차뿐만 아니라 화학적·물리적·환경적인 성질을 감시하는 데 계기를 이용한다.

화학적인 성질을 파악하는 계기로는 굴절률 측정기, 적외선분석기, 크로마토그래피, pH(수소이온 농도지수) 감지장치 등이 있다.

굴절률측정기는 빛이 한 물질에서 다른 물질로 통과할 때 꺾이는 정도를 측정한다. 예를 들면 설탕용액의 성분비나 케첩 속의 토마토 농도를 알아낼 수 있다. 적외선분석기는 한 물질에서 나오거나 반사되는 적외선 복사의 양과 파장으로 그 물질이 무엇인지 알아낸다. 크로마토그래피는 매우 적은 양의 시료를 화학적으로 분석하는데 감도가 매우 좋고 빠른 방법으로서, 물질이나 다른 형태의 분자를 흡수하는 비율을 이용한다.

pH 감지장치로는 용액의 산성도나 알칼리도를 측정한다.

또한 용액 속의 혼탁도(混濁度)나 특정 물질의 양과 같은 물리적 성질을 측정하는 기구들이 있다. 정수와 정유 공정은 특정한 한 파장의 빛이 흡수되는 정도를 재는 탁도계(濁度計)로 감시된다. 액체의 밀도는 부피를 알고 있고 측정하려는 유체 속에 잠겨 있는 물체의 부력을 측정하는 액체비중계로 구할 수 있다.

터빈유량계는 유체 속에 잠겨 자유롭게 회전하는 터빈의 회전을 측정하여 물질의 유량을 구한다. 유체의 점성(粘性)측정은 여러 가지 방법이 있는데, 그 방법 가운데 하나는 강철로 만든 날개의 진동이 점점 줄어드는 양을 보고 알아내는 것이다.

의학 및 생의학 연구에 사용하는 기구도 산업에서처럼 다양하다. 비교적 간단한 의료기구로 체온·혈압(혈압계)·폐활량(호흡측정계) 등을 재며, 더 복잡한 기구로는 X선 기기, 뇌와 심장에서 발생하는 전기신호를 감지하는 뇌파기록기 및 심전도 기록기 등이 있다. 현재 사용하고 있는 가장 복잡한 의료기구 가운데 둘을 뽑자면 컴퓨터단층촬영기(Computerized Axial Tomography)와 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance)주사기로서, 신체의 일부분을 입체적으로 볼 수 있다.

매우 정교한 화학적 분석을 사용하는 조직샘플 분석도 생의학 연구에 있어서 중요하다.