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上篇 自动检测1

1 自动检测技术基础1

1.1 自动检测的基本概念1

1.1.1 检测1

1.1.2　检测的基本方法1

1.1.3　检测仪表的组成2

1.1.4　检测仪表的分类3

1.1.5　检测仪表的主要性能指标3

1.2　测量误差及处理方法5

1.2.1 测量误差5

1.2.2　误差的分析与处理6

1.3　测量不确定度10

1.3.1 测量不确定度的基本概念10

1.3.2 测量不确定度的分类与表达10

1.3.3 标准不确定度的评定11

1.4　检测技术及仪表的发展14

复习思考题14

2　温度检测与仪表15

2.1　温标及测温方法15

2.1.1 温标15

2.1.2　测温方法及其分类16

2.2　热电偶温度计16

2.2.1 热电偶测温原理17

2.2.2 热电偶的基本定律19

2.2.3 热电偶的结构21

2.2.4 热电偶的分类21

2.2.5 热电偶的冷端补偿24

2.2.6 测温线路26

2.3　电阻温度计28

2.3.1 热电阻测温原理28

2.3.2 热电阻的结构29

2.3.3　特殊热电阻30

2.3.4 热电阻测温线路31

2.4　辐射温度计32

2.4.1 辐射测温原理33

2.4.2　亮度高温计33

2.4.3 比色温度计36

2.4.4　辐射高温计37

2.4.5 红外测温38

2.5　测温仪表的选择及安装40

2.5.1 温度计的选择原则40

2.5.2　接触式测温元件的选型40

2.5.3 非接触式测温元件的选型41

2.5.4　感温元件的安装41

2.5.5 布线要求41

2.6　新型温度传感器42

2.6.1 热流计42

2.6.2　光纤光栅温度传感器42

2.6.3 集成电路温度传感器44

2.7　工业特殊测温技术45

2.7.1 高温金属熔体的温度测量45

2.7.2 高温烟气温度测量46

2.7.3 真空炉温度测量46

复习思考题47

3　压力检测与仪表48

3.1　概述48

3.1.1 压力的概念及单位48

3.1.2　压力表示方法48

3.1.3　压力检测的基本方法49

3.2　弹性式压力计49

3.2.1 弹性元件49

3.2.2　弹簧管压力计50

3.3　压力（差压）传感器51

3.3.1 霍尔压力传感器51

3.3.2 电容式压力传感器52

3.3.3 压电式压力传感器53

3.3.4 应变式压力传感器54

3.3.5 压阻式压力传感器55

3.4　真空计56

3.4.1 压缩式真空计56

3.4.2 热电偶式真空计57

3.4.3 电离式真空计57

3.5　压力检测仪表选用58

3.5.1 压力检测仪表的选择58

3.5.2　压力计的安装59

3.5.3 压力计的校验60

复习思考题61

4　流量检测与仪表62

4.1　节流式流量计62

4.1.1 节流装置测量原理62

4.1.2　标准节流装置64

4.1.3　标准节流装置的使用条件69

4.1.4 节流装置的安装70

4.1.5 节流流量计的不确定度72

4.1.6　非标准节流装置73

4.1.7 节流式流量计的选用80

4.1.8　标准节流装置计算82

4.2　均速管流量计84

4.2.1 阿牛巴流量计85

4.2.2　热线均速管流量计85

4.2.3　威尔巴流量计87

4.3　电磁流量计88

4.3.1 工作原理88

4.3.2 电磁流量传感器89

4.3.3 电磁流量转换器91

4.3.4 电磁流量计的选用91

4.4　容积式流量计92

4.4.1 椭圆齿轮流量计92

4.4.2　腰轮流量计93

4.4.3 容积式流量计的选用93

4.5　质量流量计93

4.5.1 科里奥利质量流量计94

4.5.2　热式质量流量计96

4.5.3　推导式质量流量计96

4.6　其他流量计97

4.6.1 转子流量计97

4.6.2　涡轮流量计98

4.6.3 涡街流量计100

4.6.4　弯管流量计101

4.6.5　超声波流量计102

4.6.6　冲板式流量计104

4.6.7 明渠流量计105

复习思考题108

5　物位检测仪表109

5.1　浮力式液位计109

5.1.1 浮子式液位计109

5.1.2　磁翻转浮标液位计110

5.1.3 浮筒式液位计111

5.2　差压式液位计111

5.2.1 敞口容器的液位检测111

5.2.2 密闭容器的液位检测112

5.3　电容式物位计113

5.3.1 电容物位计工作原理114

5.3.2 电容物位传感器114

5.3.3 射频导纳电容物位计116

5.4　电导物位传感器116

5.4.1 电接点液位传感器116

5.4.2　超导液位计117

5.4.3 电感式液位传感器117

5.4.4 阻力式料位传感器118

5.5　音叉物位计118

5.6　微波物位计119

5.6.1 脉冲微波物位计119

5.6.2　调频微波物位计121

5.6.3 导波式微波物位计123

5.7　光纤液位计123

5.7.1 单光纤液位传感器123

5.7.2　传光型光纤液位计124

5.7.3 吸收型光纤液位计124

5.8　核辐射物位检测126

5.8.1 检测原理126

5.8.2　物位检测方法127

5.9　磁致伸缩液位计128

5.10　超声波液位计129

5.10.1 超声液位计工作原理130

5.10.2　透射式超声液位开关130

5.10.3 气介式超声液位计（反射式）131

5.10.4　液介式超声液位计（反射式）131

复习思考题132

6　机械量检测与仪表134

6.1　转速、转矩与功率测量134

6.1.1 转速测量134

6.1.2 转矩测量138

6.1.3 功率测量139

6.2　位移与厚度测量141

6.2.1 位移测量仪表141

6.2.2 厚度测量145

6.3　振动与加速度检测146

6.3.1 振动测量仪表146

6.3.2　加速度测量仪表147

6.4　力与电子称量仪表148

6.4.1 皮带电子秤149

6.4.2 吊车秤150

6.4.3 料斗秤150

复习思考题151

7　成分分析仪表152

7.1　红外线气体分析仪152

7.1.1 工作原理152

7.1.2　基本组成153

7.1.3 应用举例154

7.2　氧量分析仪155

7.2.1 热磁式氧量分析仪155

7.2.2　氧化锆氧量分析仪156

7.2.3 应用举例158

7.3　其他气体分析仪159

7.3.1 气相色谱仪159

7.3.2 激光在线气体分析仪160

7.4　溶液浓度计161

7.4.1 电导式浓度仪161

7.4.2 电磁式浓度计163

7.4.3 密度式浓度计163

7.5　工业酸度计164

7.5.1 参比电极164

7.5.2　测量电极165

7.6　湿度检测仪表165

7.6.1 自动干湿球湿度计165

7.6.2 金属氧化物陶瓷湿度传感器166

7.6.3 氯化锂电阻湿度传感器167

复习思考题167

8　显示仪表168

8.1　显示仪表概述168

8.2　模拟式显示仪表169

8.2.1 电位差计式显示仪表169

8.2.2 自动平衡电桥式显示仪表172

8.3　数字式显示仪表174

8.3.1 数字式显示仪表概述174

8.3.2 数字式显示仪表的构成175

8.3.3　模－数转换175

8.3.4　非线性补偿176

8.3.5 信号标准化及标度变换178

8.4　常用显示仪表简介180

复习思考题181

9　新型检测技术与仪表182

9.1　虚拟仪器技术182

9.1.1 虚拟仪器技术概述182

9.1.2　虚拟仪器的构成183

9.2　图像检测技术187

9.2.1 图像检测系统的构成187

9.2.2 图像的描述190

9.2.3 图像处理技术192

9.3　软测量技术193

9.3.1 软测量技术概述193

9.3.2　软仪表的设计方法194

9.3.3 软测量的建模方法196

复习思考题198

下篇　过程控制199

10　过程控制系统的基本概念199

10.1　过程控制系统的组成与分类199

10.1.1 过程控制系统199

10.1.2 控制系统的组成200

10.1.3 控制系统方框图200

10.1.4　过程控制系统的分类202

10.1.5 过程控制系统的发展概况202

10.2　过程控制系统的过渡过程和品质指标203

10.2.1 自动控制系统的静态与动态203

10.2.2 自动控制系统的过渡过程204

10.2.3 控制系统的品质指标204

10.3　被控对象特性206

10.3.1 对象特性的类型206

10.3.2　对象特性的参数208

10.4　被控过程的数学模型212

10.4.1 机理建模213

10.4.2 实验建模216

复习思考题218

11　过程控制仪表与装置221

11.1　概述221

11.2　基本控制规律与控制器221

11.2.1 双位控制222

11.2.2 比例（P）控制规律222

11.2.3 比例积分（PI）控制规律224

11.2.4 比例微分（PD）控制规律225

11.2.5 比例积分微分（PID）控制规律227

11.2.6　PID控制算式228

11.2.7　模拟控制器230

11.2.8　数字控制器232

11.3　变送器236

11.3.1 变送器概述236

11.3.2　温度变送器243

11.3.3　差压变送器245

11.3.4　智能变送器248

11.4　执行器251

11.4.1 执行器概述251

11.4.2　执行机构252

11.4.3 控制阀259

复习思考题270

12　单回路控制系统272

12.1　被控量和操纵量的选择272

12.1.1 被控量的选择273

12.1.2　操纵量的选择273

12.2　检测及变送环节的考虑275

12.3　控制阀的选择276

12.3.1 控制阀流量特性的选择276

12.3.2　控制阀结构形式的选择280

12.3.3 控制阀开闭形式的选择281

12.3.4 控制阀口径的选择281

12.4　控制器控制规律及作用方向的选择282

12.4.1 位式控制器283

12.4.2 比例控制器283

12.4.3 比例积分控制器283

12.4.4 比例积分微分控制器283

12.4.5 控制器作用方向的确定284

12.5　控制器参数的工程整定284

12.5.1　经验凑试法284

12.5.2 临界比例带法285

12.5.3 衰减曲线法286

12.5.4 响应曲线法287

12.5.5 工程整定方法比较288

12.6 自动控制系统的投运288

12.6.1　投运的步骤288

12.6.2 系统运行中的故障判别289

12.7　单回路控制系统设计实例290

12.7.1 贮液槽工艺简介290

12.7.2 系统控制方案设计290

复习思考题292

13　复杂控制系统294

13.1　串级控制系统294

13.1.1 串级控制系统组成294

13.1.2 串级控制系统的工作过程295

13.1.3 串级控制系统的特点及应用296

13.1.4 串级控制系统设计297

13.2　前馈控制系统299

13.2.1 前馈控制基本概念299

13.2.2 前馈控制系统的主要形式300

13.2.3 前馈控制的特点和应用302

13.3　其他复杂控制系统302

13.3.1 比值控制系统302

13.3.2　选择性控制系统307

13.3.3　分程控制系统308

13.3.4　均匀控制系统310

13.4　先进控制系统311

13.4.1 预测控制311

13.4.2 推断控制313

13.4.3 自适应控制系统314

13.5　智能控制315

13.5.1 概述315

13.5.2 模糊控制316

13.5.3　专家控制323

13.5.4　神经网络控制324

复习思考题331

14　计算机控制系统333

14.1　概述333

14.1.1 计算机控制系统的一般概念333

14.1.2 计算机控制系统的组成333

14.1.3 计算机控制系统的典型类型335

14.1.4　计算机控制系统的发展336

14.2　可编程控制器338

14.2.1 概述338

14.2.2 可编程序控制器的基本组成340

14.2.3 PLC工作原理343

14.2.4　PLC的编程语言与程序结构345

14.2.5　PLC典型指令编程应用347

14.3　集散控制系统354

14.3.1 集散控制系统体系结构与功能特点355

14.3.2 集散控制系统产品举例358

14.3.3 集散控制系统的应用359

14.4　现场总线控制系统362

14.4.1 现场总线技术及其通信模型362

14.4.2 现场总线控制系统及其结构364

14.4.3 现场总线控制系统的特点366

14.4.4 现场总线控制系统的应用366

14.5　工业自动化（组态）软件369

14.5.1 自动化软件概述369

14.5.2　组态软件的定义及发展370

14.5.3 组态（自动化）软件特点371

14.5.4 组态软件应用371

14.6　计算机集成制造系统374

复习思考题375

15　典型工业过程控制系统377

15.1　锅炉设备的控制377

15.1.1 锅炉汽包水位控制系统378

15.1.2　锅炉燃烧系统的控制381

15.1.3 蒸汽过热系统的控制384

15.2　传热设备的控制385

15.2.1 传热设备的控制概述385

15.2.2　换热器的控制387

15.3　加热炉燃烧过程控制389

15.3.1 加热炉燃烧过程控制概述389

15.3.2 比值串级控制390

15.3.3 交叉限幅串级控制391

15.4　流体输送设备的控制394

15.4.1 泵的控制394

15.4.2　压缩机的控制396

15.4.3 防喘振控制系统397

复习思考题398

附录400

附录1　常用热电偶分度表400

附录2　过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号摘录402

参考文献404