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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 182078

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