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第一篇 基础知识引论1

1 绪论1

1.1 检测仪表控制系统1

1.1.1 典型检测仪表控制系统1

目录1

1.1.2 检测仪表控制系统结构分析2

1.2.1 测量范围、上下限及量程3

1.2.2 零点迁移和量程迁移3

1.2 基本概念3

1.2.3 灵敏度和分辨率4

1.2.4 误差4

1.2.5 精确度5

1.2.6 滞环、死区和回差5

1.2.7 重复性和再现性6

1.2.8 可靠性6

1.3 检测仪表技术发展趋势7

思考题与习题7

2.2 误差分析的基本概念8

2.2.1 真值、测量值与误差的关系8

2.1 检测精度8

2 误差分析基础及测量不确定度8

2.2.2 几种误差的定义9

2.2.3 测量的准确度与精密度9

2.3 误差原因分析9

2.4 误差分类10

2.5 误差的统计处理10

2.5.1 随机误差概率及概率密度函数的性质11

2.5.2 正态分布函数及其特征点11

2.5.3 置信区间与置信概率12

2.6.1 误差传递法则13

2.6 误差传递法则13

2.6.2 不等精度测量的加权及其误差14

2.7 误差估计14

2.7.1 平均值的误差表示方法14

2.7.2 平均值与标准偏差的无偏估计15

2.7.3 测量次数少的误差估计15

2.8 粗大误差检验16

2.9 测量不确定度16

2.9.1 测量不确定度的由来16

2.9.2 测量不确定度的分类17

2.9.3 测量不确定度的评定方法18

2.10.2 最小二乘法在多元间接检测中的应用20

2.10.1 最小二乘法原理20

2.10 最小二乘法及其应用20

2.10.3 最小二乘法在曲线拟合中的应用22

思考题与习题23

3 检测技术及方法分析24

3.1 检测方法及其基本概念24

3.1.1 开环型检测与闭环型检测24

3.1.2 直接检测与间接检测25

3.1.3 绝对检测与比较检测25

3.1.4 偏差法与零位法25

3.1.7 替换法26

3.1.8 能量变换与能量控制型检测元件26

3.1.6 微差法26

3.1.5 强度变量检测与容量变量检测26

3.1.9 主动探索与信息反馈型检测27

3.2 检测系统模型与结构分析27

3.2.1 检测系统的基本功能27

3.2.2 信号转换模型与信号选择性27

3.2.3 检测系统的结构分析28

3.3 提高检测精度的方法30

3.3.1 时域信号选择方法30

3.3.2 频域信号选择方法30

3.4.1 多元检测与检测方程式32

3.4 多元化检测技术32

3.4.2 多元复合检测33

3.4.3 多元识别检测34

3.4.4 构造化检测35

3.4.5 多点时空检测35

思考题与习题36

4.1 测温方法及温标37

4.1.1 测温原理及方法37

4.1.2 温标37

4 温度检测37

第二篇 过程参数检测技术37

4.2 接触式测温39

4.2.1 热电偶测温39

4.2.2 热电阻测温45

4.2.3 集成温度传感器49

4.3 非接触式测温49

4.3.1 辐射测温原理49

4.3.2 辐射测温仪表的基本组成及常用方法50

4.3.3 辐射测温仪表50

4.3.4 辐射测温仪表的表观温度52

4.4.2 荧光光纤温度传感器53

4.4 光纤温度传感器53

4.4.1 液晶光纤温度传感器53

4.4.3 半导体光纤温度传感器54

4.4.4 光纤辐射温度计54

4.5 测温实例55

4.5.1 管道内流体温度的测量55

4.5.2 烟道中烟气温度的测量55

4.5.3 非接触法测量物体表面温度56

思考题与习题56

5.1.1 压力的单位57

5.1.2 压力的几种表示方法57

5.1 压力单位及压力检测方法57

5 压力检测57

5.1.3 压力检测的主要方法及分类58

5.2 常用压力检测仪表59

5.2.1 弹性压力计59

5.2.2 力平衡式压力计62

5.2.3 压力传感器62

5.3 测压仪表的使用及压力检测系统66

5.3.1 测压仪表的使用66

5.3.2 压力检测系统67

思考题与习题68

6 流量检测70

6.1 流量检测基本概念70

6.1.1 流量的概念和单位70

6.1.2 流量检测方法及流量计分类70

6.2 体积流量检测方法72

6.2.1 容积式流量计72

6.2.2 差压式流量计74

6.2.3 速度式流量计83

6.3 质量流量检测方法87

6.3.1 间接式质量流量测量方法87

6.3.2 直接式质量流量计89

6.4 流量标准装置91

6.4.1 液体流量标准装置91

6.4.2 气体流量标准装置92

思考题与习题93

7 物位检测94

7.1 物位的定义及物位检测仪表的分类94

7.1.1 物位的定义94

7.1.2 物位检测仪表的分类94

7.2 常用物位检测仪表95

7.2.1 静压式液位检测仪表95

7.2.2 浮力式物位检测仪表97

7.2.3 其他物位测量仪表99

7.3 影响物位测量的因素102

7.3.1 液位测量的特点102

7.3.2 料位测量的特点103

7.3.3 界位测量的特点103

思考题与习题103

8 机械量检测104

8.1 模拟式位移检测104

8.1.1 电容式位移检测方法104

8.1.2 电感式位移检测方法105

8.1.3 差动变压器位移检测方法106

8.1.4 光纤位移检测方法107

8.2 光学数字式位移检测107

8.2.1 光栅标尺107

8.2.2 莫尔条纹标尺108

8.2.3 激光扫描测长与图像检测108

8.3 转速检测109

8.3.1 离心力检测法109

8.3.2 光电码盘转速检测法109

8.3.3 空间滤波器式检测法110

8.4.1 金属应变元件111

8.4 力的检测方法111

8.4.3 压电效应112

8.4.2 半导体应变元件112

8.4.4 压敏导电橡胶113

8.5 加速度与振动检测113

8.5.1 加速度检测原理113

8.5.2 动电型振动检测方法115

8.5.3 微机械加速度传感元件116

思考题与习题116

9.1.1 成分分析方法及分类117

9.1.2 自动分析系统的构成117

9.1 成分分析方法及分析系统的构成117

9 成分分析仪表117

9.2 几种工业用成分分析仪表118

9.2.1 热导式气体分析器118

9.2.2 红外线气体分析器120

9.2.3 氧化锆氧分析器121

9.2.4 气相色谱仪123

9.2.5 半导体气敏传感器125

9.2.6 工业酸度计128

9.3.1 湿度的表示方法及湿度检测的特点130

9.3 湿度的检测130

9.3.2 干湿球湿度计131

9.3.3 电解质系湿敏传感器131

9.3.4 陶瓷湿敏传感器132

9.3.5 高分子聚合物湿敏传感器132

思考题与习题133

第三篇 仪表系统分析134

10 仪表系统及其理论分析134

10.1 仪表发展概况134

10.2.1 常用仪表分类135

10.2 常用仪表分类及特性135

10.2.2 电动单元组合仪表及DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型仪表比较136

10.3 仪表输入输出静态特性分析137

10.3.1 输入输出特性分析137

10.3.2 仪表特性线性化处理分析138

10.4 仪表系统建模139

10.4.1 时域模型139

10.4.2 频域模型140

10.4.3 离散模型141

10.5 仪表系统时域分析142

10.5.1 时域分析指标142

10.5.3 等速扰动动态特性分析143

10.5.2 阶跃扰动动态特性分析143

10.6 仪表系统频域分析144

10.6.1 正弦扰动动态特性分析144

10.6.2 频率响应Bode图分析145

10.6.3 频带分析146

10.7 混合仪表系统浅析147

10.7.1 混合仪表系统建模147

10.7.2 时域分析148

10.7.3 频域分析148

思考题与习题149

11.1.1 常用变送器结构分析150

11 变送单元150

11.1 常用变送器工作原理150

11.1.2 力矩平衡式原理151

11.1.3 桥式电路原理151

11.1.4 差动方式原理152

11.2 DDZ-Ⅲ型差压变送器153

11.3 DDZ-Ⅲ型温度变送器156

11.3.1 直流毫伏输入电路156

11.3.2 热电偶输入电路157

11.3.3 热电阻输入电路158

11.4.1 微电子式变送器159

11.4 新型变送器159

11.4.2 数字式变送器160

思考题与习题161

12 显示单元162

12.1 显示仪表工作原理162

12.1.1 显示仪表结构分析162

12.1.2 电位差计式自动平衡原理163

12.1.3 电桥式自动平衡原理163

12.2 传统显示及记录仪表164

12.2.1 电位差计式自动平衡显示仪表164

12.1.4 差动变压器式自动平衡原理164

12.2.2 电桥式自动平衡显示仪表165

12.3 数字式显示及记录仪表168

12.3.1 数字模拟混合记录仪168

12.3.2 全数字式记录仪170

思考题与习题171

13 调节控制单元172

13.1 常规控制规律172

13.1.1 典型控制系统172

13.1.2 基本控制规律173

13.1.3 常规控制规律174

13.1.4 实用PID控制规律的构成177

13.2.1 DDZ-Ⅲ型调节器PID控制规律的实现179

13.2 调节器控制规律的实现179

13.2.2 数字式调节器控制规律的实现184

13.3 常规调节器基本电路分析186

13.3.1 DDZ-Ⅲ型调节器基本电路分析186

13.3.2 数字式调节器基本电路分析187

13.4 可编程序调节器189

13.4.1 可编程序调节器的工作原理189

13.4.2 程序控制规律的构成和实现191

13.5.1 增强型调节器192

13.5 先进调节器192

13.5.2 改进型PID控制算法194

思考题与习题195

14 执行单元197

14.1 执行器工作原理197

14.1.1 执行器分类与比较197

14.1.2 执行器基本构成及工作原理197

14.2 气动执行器198

14.2.1 气动执行器基本构成198

14.2.2 阀门定位器199

14.3 电动执行器200

14.4.1 调节阀工作原理201

14.4 调节阀201

14.4.2 调节阀结构及分类202

14.4.3 调节阀的流量特性204

14.4.4 调节阀的流量系数205

思考题与习题205

15.1 仪表控制系统207

15.1.1 闭环回路控制系统207

15 计算机仪表控制系统207

第四篇 系统控制技术207

15.1.2 闭环回路连续特性分析208

15.1.3 闭环回路数字化离散分析208

15.1.4 闭环回路控制系统网络化分析209

15.2 计算机控制系统211

15.2.1 计算机控制系统的发展和评价211

15.2.2 集中控制系统212

15.2.3 集散控制系统212

15.2.4 分布式控制系统213

15.3 计算机控制系统发展趋势214

15.3.1 控制系统的控制网络化214

15.3.2 控制系统的系统扁平化215

思考题与习题216

16 现场总线控制系统218

16.1 现场总线控制系统的发展218

16.1.1 现场总线的产生218

16.1.2 现场总线系统的发展过程218

16.1.3 底层总线系统219

16.1.4 现场总线控制系统特征220

16.2 主要现场总线系统221

16.2.1 CAN总线系统221

16.2.2 LonWorks总线系统223

16.2.3 ProfiBus总线系统224

16.2.4 FF总线系统225

16.3 现场总线控制系统227

16.3.1 现场总线单元设备227

16.3.2 现场总线控制系统结构228

16.3.3 现场总线系统集成与扩展229

16.4 现场总线控制系统发展趋势232

16.4.1 控制系统的组织重构化232

16.4.2 控制系统的工作协调化232

思考题与习题233

17.1 虚拟仪器概念及发展234

17 虚拟仪器234

第五篇 现代检测与仪表技术234

17.2 虚拟仪器结构和硬件模块235

17.3 虚拟仪器的软件技术237

思考题与习题239

18 软测量方法及技术240

18.1 软测量概述240

18.2 基于统计方法的软测量方法241

18.3 基于状态估计的软测量方法243

18.4 基于神经元网络技术的软测量方法243

18.5 软测量方法应用实例244

思考题与习题248

19 多传感器数据融合技术249

19.1 多传感器数据融合概念249

19.2 多传感器数据融合框架250

19.2.1 多传感器数据融合中的传感器工作方式250

19.2.2 多传感器数据融合结构252

19.3 多传感器数据融合算法253

19.3.1 基于Kalman滤波的多传感器数据融合方法253

19.3.2 基于贝叶斯决策的多传感器数据融合方法257

19.3.3 基于DS证据论的多传感器数据融合方法258

19.4 多传感器数据融合应用实例261

思考题与习题263

20 传感器网络264

20.1 传感器网络的产生与发展264

20.1.1 传感器网络264

20.1.2 传感器网络的构成265

20.1.3 传感器网络的发展265

20.2 传感器网络功能与特点266

20.2.1 传感器网络主要功能266

20.2.2 传感器网络主要特点267

20.3.1 自组织网络体系结构268

20.3 传感器网络关键技术268

20.3.2 自组织路由算法269

20.3.3 信道接入技术270

20.3.4 电源管理技术270

20.3.5 微型化技术270

20.3.6 检测与数据融合技术270

20.4 传感器网络典型应用271

20.4.1 动物习性监测271

20.4.2 智能交通系统272

思考题与习题273

参考文献274