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1 绪论 1

1．1 序言 1

1．2 典型控制系统 2

1．2．1 仪表控制系统 2

1．2．2 数字直接控制系统 4

1．2．3 分布式控制系统 5

1．2．4 现场总线控制系统 5

1．3 基础知识和基本概念 6

1．3．1 测量 6

1．3．2 量值 6

1．3．3 真值 6

1．3．4 约定真值 7

1．3．5 测量准确度 7

1．3．6 测量误差 7

1．3．10 测量仪表的滞环、死区和回差 8

1．3．9 仪表的零点迁移和量程迁移 8

1．3．8 测量仪表的引用误差和精度等级 8

1．3．7 相对误差 8

1．3．11 测量仪表的灵敏度和分辨率 9

1．3．12 测量仪表的可靠性 10

1．3．13 敏感元件 10

1．3．14 传感器 11

1．3．15 变送器 11

1．4．1 预备知识 12

1．4 测量不确定度的评定与表示方法 12

1．4．2 测量不确定度的定义及与测量误差的比较 14

1．4．3 u，uc和U(Up)值的评定 15

1．4．4 测量不确定度的评定 18

1．4．5 测量结果和测量不确定度的表示 19

1．4．6 例题 19

1．4．7 节流式差压流量计相对合成标准不确定度的评定 21

1．5 典型的检测方法与检测系统 22

1．5．1 串联型(开环检测和反馈型)(闭环检测) 23

1．5．2 直接测量与间接测量 24

1．5．3 能量变换型与能量控制型检测 25

1．5．4 接触式和非接触式检测 25

1．5．5 静态检测与动态检测 25

1．6 仪表的防爆等级与标志 27

1．7 仪表防护等级标准 30

习题和思考题 32

2 温度测量 34

2．1 温度标尺 35

2．1．1 经验温标 35

2．1．2 热力学温标 36

2．1．3 理想气体温标 37

2．1．4 国际温标 37

2．1．5 1990年国际温标 38

2．1．6 温度量值的传递 39

2．2 接触式测温 40

2．2．1 膨胀式与压力式温度计 40

2．2．2 热电偶温度计 44

2．2．3 热电阻温度计 55

2．2．4 热敏电阻温度计 58

2．2．5 热电偶和热电阻的安装方式及注意事项 59

2．3 非接触式测温 59

2．3．1 辐射理论基础 60

2．3．2 光学高温计 65

2．3．3 光电高温计 67

2．3．4 辐射温度计 70

2．3．5 比色温度计 71

2．4 温度变送器 73

2．4．1 仪表系列的温度变送器单元 73

2．4．2 一体化温度变送器 77

2．5 新型温度传感器 78

2．5．1 单总线数字温度传感器DS 1820 78

2．5．2 光纤温度计 83

习题和思考题 85

3．1．2 压力的单位 86

3．1．1 压力和差压的概念 86

3 压力和差压测量 86

3．1 压力、差压的概念及单位 86

3．2 液柱式压力计 87

3．2．1 U形管压力计 87

3．2．2 单管压力计 88

3．2．3 斜管压力计 89

3．3 弹性元件及弹性压力表 90

3．3．1 弹性元件 90

3．3．2 弹簧管式压力计 91

3．3．3 波纹管压力计 92

3．3．4 膜盒式微压计 92

3．3．5 弹性式远传压力计 93

3．4 应变电阻和压电式传感器 96

3．4．1 应变电阻传感器 96

3．4．2 压电式传感器 102

3．5．1 电容式差压变送器 105

3．5 压力和差压变送器 105

3．5．2 扩散硅型压阻式传感器及变送器 112

3．6 活塞式压力计及压力计的校验和使用 115

3．6．1 活塞式压力计及压力计校验 115

3．6．2 压力计的使用 116

习题和思考题 118

4 流量测量 119

4．1 流量的概念和流量计分类 119

4．2 差压式流量计 120

4．2．1 差压式流量计测量原理 121

4．2．2 实用流量公式及有关系数的确定 123

4．2．3 节流装置 126

4．2．4 差压式流量计 131

4．2．5 标准节流装置的设计计算 132

4．2．6 安装注意事项 138

4．3 电磁流量计 141

4．3．1 测量原理 141

4．3．2 电磁流量计的结构 142

4．3．3 电磁流量计的选用与安装 146

4．4 涡街流量计 147

4．4．1 测量原理 147

4．4．2 涡街流量计的结构 148

4．5 质量流量计 153

4．5．1 概述 153

4．5．2 科里奥利式质量流量计 157

4．6 热式质量流量计 162

4．7 流量校验系统 164

4．7．1 校验方法 164

4．7．2 校验装置 165

习题和思考题 167

5 物位测量 169

5．1 概述 169

5．2．1 单法兰及双法兰 170

5．2 压力式液位变送器 170

5．2．2 吹气法 172

5．3 浮力式液位传感器及变送器 172

5．3．1 恒浮力式 172

5．3．2 变浮力式 177

5．4 电容式物位传感器及变送器 178

5．4．1 电极结构及工作原理 179

5．4．2 位式作用传感器电路 182

5．4．3 连续作用传感器电路 183

5．5 电导式及电感式物位传感器 184

5．5．1 电接点液位传感器 184

5．5．2 简易连续指示液位计 185

5．5．3 跟踪式液位变送器 185

5．5．4 超导液位变送器 185

5．5．5 电感式液位传感器 186

5．6 阻力式料位传感器及变送器 186

5．6．1 重锤探索法 186

5．6．3 音叉法 187

5．6．2 旋桨或推板法 187

5．7 超声式物位传感器 189

5．7．1 窄缝式超声液位开关(透射式) 189

5．7．2 气介式超声液位传感器(反射式) 190

5．7．3 液介式超声液位传感器(反射式) 191

5．7．4 磁致伸缩式液位仪表 192

5．8 微波式及γ射线物位仪表 193

5．8．1 微波物位测量 193

5．8．2 γ射线物位测量 194

习题和思考题 194

6 机械量测量 195

6．1 机械量的测量范围和所用的传感器 195

6．2 位移测量仪表 195

6．2．1 电容式位移传感器 195

6．2．2 电感式位移传感器 200

6．2．3 光栅传感器 205

6．2．4 CCD图像传感器 209

6．2．5 光纤位移传感器 214

6．3 厚度测量仪表 217

6．3．1 涡流式测厚仪 217

6．3．2 射线式测厚仪 219

6．4 转速测量仪表 221

6．4．1 离心力法 221

6．4．2 光电码盘转速检测法 222

6．4．3 空间滤波器式检测法 223

6．5．1 力的测量 224

6．5 力学量测量仪表 224

6．5．2 振动和加速度的测量 226

习题和思考题 228

7 过程分析仪器 229

7．1 概述 229

7．2 热导式气体分析仪 230

7．2．1 测量原理 231

7．2．2 热导池的原理和结构 232

7．2．3 测量桥路 234

7．3 磁性氧量分析仪 236

7．3．1 热磁式氧分析仪测量原理 236

7．3．2 发送器结构 239

7．3．3 磁力机械式氧分析仪的原理及结构 239

7．4 氧化锆氧量计 241

7．4．1 测量原理 242

7．4．2 仪器的结构和安装 243

7．5 红外线气体分析器 245

7．5．1 测量原理 245

7．5．2 仪器的结构和原理 247

7．6 气相色谱仪 250

7．6．1 色谱分析方法的由来 250

7．6．2 色谱分析的原理 251

7．6．3 气相色谱仪的结构和特点 252

7．6．4 基本概念 253

7．6．5 检测器 255

7．6．6 柱切换技术 258

7．6．7 取样阀和柱切阀 260

7．6．8 工业过程色谱仪实例 262

7．7 工业质谱仪 263

7．7．1 测量原理 264

7．7．2 质谱仪的原理和结构 265

7．7．3 仪器技术指标和应注意的问题 267

7．7．4 四极质谱仪 268

7．7．5 磁扇形质谱仪 269

7．8．1 含水量和湿度测量 270

7．8 物性测量仪表 270

7．8．2 粘度测量 273

7．8．3 密度测量 278

7．8．4 酸度测量 279

7．9 过程分析仪器的取样与预处理系统 286

7．9．1 取样装置 286

7．9．2 除尘装置 289

7．9．4 有害物质过滤装置 290

7．9．3 除湿装置 290

7．9．5 稳压稳流调节器 291

7．9．6 流路、管线及气体分配 291

7．9．7 液体取样 292

7．9．8 取样与预处理系统 292

7．9．9 标准试样和自动标定 294

习题和思考题 295

8 调节器与执行器 296

8．1 模拟式电子调节器 296

8．1．1 调节器的调节规律 296

8．1．2 模拟式电子调节器 301

8．2 数字式可编程调节器 312

8．2．1 概述 312

8．2．2 电路构成 312

8．2．3 存储区分配 316

8．2．4 指令 317

8．3．1 气动调节阀的用途与构成 335

8．3 气动调节阀 335

8．3．2 气动调节阀的流量系数、流量特性 338

8．3．3 阀门定位器 342

8．3．4 电气转换器 344

8．4 电动执行器 345

8．4．1 电动执行器的用途和特点 345

8．4．2 电动执行器的组成和工作原理 345

8．4．3 手操作器 346

8．4．4 智能电动执行器 347

8．4．5 智能调节阀 349

习题和思考题 350

9 现场总线技术 352

9．1 现场总线技术概论 352

9．1．1 现场总线技术的发展和标准 353

9．1．2 现场总线控制系统的特点 354

9．2 HART通信协议 355

9．2．1 HART协议的层次结构 355

9．2．2 HART通信协议的应用 358

9．2．3 AMS管理软件 363

9．2．4 HART通信协议的特点 363

9．2．5 开发HART通信协议智能仪表的工作步骤 364

9．3 AS-i总线 364

9．3．1 概论 364

9．3．2 AS-i总线的信号传输系统 371

9．3．3 AS-i从站的结构和工作流程 376

9．3．4 AS-i主站和通信协议 380

9．3．5 AS-i的可靠性 385

习题和思考题 388

10 检测领域新技术 389

10．1 虚拟仪器 389

10．1．1 虚拟仪器的发展历史 389

10．1．2 虚拟仪器的结构和硬件 390

10．1．3 虚拟仪器的软件开发平台 392

10．1．4 虚拟仪器的应用 392

10．2．1 软测量建模方法 394

10．2 软测量技术 394

10．2．2 模型实时演算的工程化实施技术 396

10．2．3 软测量模型的自校正及维护 396

10．2．4 软测量技术在工业中的应用 397

10．3 模糊传感器 398

10．3．1 模糊传感器的原理 399

10．3．2 模糊温度传感器实例 400

10．4 多传感器数据融合 403

10．4．1 分类及特点 404

10．4．2 基本原理、过程及关键技术 405

10．4．3 结构及功能模型 407

10．4．4 数据融合方法 408

10．4．5 应用 411

10．4．6 研究方向和存在的问题 412

习题和思考题 415

附录 416

参考文献 426