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目录1

上篇 自动检测1

1 过程检测技术基础1

1.1 过程检测的基本概念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 检测仪表的主要性能指标2

1.1.5 检测仪表的分类3

1.1.6 检测技术及仪表的发展4

1.2 测量误差及处理方法4

1.2.1 测量误差4

1.2.2 误差分类5

1.2.3 误差的分析与处理5

1.3 测量不确定度的评定8

1.3.1 测量不确定度的定义与分类9

1.3.2 标准不确定度的定义与评定9

1.3.3 合成标准不确定度uc的定义与评定10

1.3.5 测量结果与测量不确定度的表示11

1.3.4 扩展不确定度U或Up的定义与评定11

1.3.6 应用举例12

复习思考题14

2 温度检测仪表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20

2.2.4 热电偶的分类21

2.2.5 热电偶的冷端补偿25

2.2.6 热电偶的实用测温线路26

2.2.7 热电偶的检定28

2.3 热电阻测温29

2.3.1 热电阻测温原理29

2.3.2 常用热电阻30

2.3.3 热电阻基本结构31

2.3.4 热电阻的引线方式31

2.3.5 接触式温度计的选择及安装32

2.4.1 DDZ-Ⅲ型温度变送器33

2.4 温度变送器33

2.4.2 一体化温度变送器35

2.4.3 智能温度变送器36

2.5 非接触式测温37

2.5.1 辐射测温的理论基础37

2.5.2 光学高温计38

2.5.3 光电高温计40

2.5.4 全辐射高温计41

2.5.5 比色测温法42

2.5.6 红外温度计44

2.5.7 热像仪45

2.6 新型温度传感器及其测温技术46

2.6.1 单总线数字式智能型温度传感器46

2.6.2 集成温度传感器48

2.6.3 光纤温度计49

2.6.4 特殊及实用测温技术50

复习思考题52

3 压力与真空度检测仪表53

3.1 概述53

3.1.1 压力的概念及单位53

3.1.2 压力的表示方法53

3.2.1 液柱式压力计54

3.1.3 压力检测的基本方法54

3.2 常用压力检测仪表54

3.2.2 弹性式压力计55

3.2.3 压力传感器56

3.3 差压变送器61

3.3.1 电容式差压变送器61

3.3.2 扩散硅压力（差压）变送器64

3.3.3 智能型压力（差压）变送器65

3.4 压力检测仪表选用67

3.4.1 压力仪表的选择67

3.4.2 压力计的安装68

3.4.3 压力计的校验69

3.5 真空计70

3.5.1 压缩式真空计70

3.5.2 热电偶式真空计71

3.5.3 电离式真空计71

复习思考题72

4 流量检测与仪表74

4.1 节流式流量计74

4.1.1 节流装置测量原理及流量方程74

4.1.2 标准节流装置76

4.1.4 节流装置的安装81

4.1.3 标准节流装置的使用条件81

4.1.5 节流式流量计的不确定度83

4.1.6 非标准节流装置85

4.1.7 节流式流量计的选用90

4.1.8 标准节流装置计算92

4.2 均速管流量计94

4.2.1 阿牛巴（Annubar）流量计95

4.2.2 热线均速管流量计97

4.2.3 威尔巴（Wellbar）流量计97

4.3.1 工作原理99

4.3 电磁流量计99

4.3.2 电磁流量传感器100

4.3.3 电磁流量转换器101

4.3.4 电磁流量计的选用102

4.4 容积式流量计103

4.4.1 椭圆齿轮流量计103

4.4.2 腰轮流量计103

4.4.3 容积式流量计的选用104

4.5 质量流量计104

4.5.1 科里奥利质量流量计104

4.5.2 热式质量流量计106

4.6.1 转子流量计107

4.5.3 推导式质量流量计107

4.6 其他流量计107

4.6.2 涡轮流量计108

4.6.3 涡街流量计109

4.6.4 弯管流量计110

4.6.5 超声波流量计111

4.6.6 冲板式流量计113

4.6.7 空腔振荡流量计115

4.6.8 明渠流量计115

复习思考题117

5.1.1 浮子式液位计119

5.1 浮力式液位计119

5 物位与厚度检测仪表119

5.1.2 磁翻转浮标液位计120

5.1.3 浮筒式液位计121

5.2 差压式液位计121

5.2.1 敞口容器的液位检测121

5.2.2 密闭容器的液位检测122

5.3 电容式物位计123

5.3.1 电容传感器工作原理124

5.3.2 电容物位传感器124

5.4.1 反射式雷达物位计126

5.3.3 射频导纳电容物位计126

5.4 雷达物位计126

5.4.2 调频式雷达物位计127

5.4.3 导波式雷达物位计127

5.5 核辐射物位检测127

5.5.1 检测原理127

5.5.2 物位检测方法128

5.5.3 放射性物位仪表的特点129

5.6.1 超声波液位计130

5.6.2 磁致伸缩物位计130

5.6 其他物位计130

5.7 厚度检测仪表131

5.7.1 涡流式厚度检测仪131

5.7.2 射线式厚度测量仪133

复习思考题134

6 应变与重量检测仪表135

6.1 应变检测原理135

6.1.1 金属电阻丝应变片135

6.1.2 半导体应变片136

6.2 应变电阻传感器137

6.2.1 圆柱（筒）形传感器137

6.2.2 梁形传感器138

6.2.3 环形传感器139

6.2.4 S形传感器140

6.3 应变传感器的应用140

6.3.1 拉杆应变测量141

6.3.2 弯曲应变测量141

6.3.3 弯曲剪应力测量142

6.3.4 材料的弹性模量与泊松比的测量142

6.3.5 拉、压力及其应力测量143

6.3.6 扭矩测量143

6.3.7 疲劳寿命检测144

6.4.1 皮带电子秤145

6.3.8 裂纹扩展速度检测145

6.4 电子秤145

6.4.2 吊车秤146

6.4.3 料斗秤147

复习思考题148

7 过程分析仪器149

7.1 红外线气体分析仪149

7.1.1 红外气体分析仪的检测原理149

7.1.2 红外气体分析仪的结构组成150

7.1.3 取样系统151

7.2.1 工作原理152

7.2 氧化锆氧量分析仪152

7.2.2 基本组成153

7.2.3 分析仪的应用154

7.3 气相色谱分析仪155

7.3.1 工作原理155

7.3.2 基本组成156

7.4 其他气体分析仪156

7.4.1 质谱成分分析仪156

7.4.2 激光在线气体分析仪157

7.5.1 电导式浓度仪158

7.5 溶液成分分析158

7.5.2 电磁式浓度计159

7.5.3 密度式浓度计159

7.5.4 核辐射式浓度计160

7.6 物性测量仪表161

7.6.1 工业酸度计161

7.6.2 湿度检测仪表163

7.7 成分在线检测注意事项165

7.7.1 取样及预处理165

复习思考题166

7.7.4 仪器的维护166

7.7.3 分析仪的标定166

7.7.2 滞后问题166

8 显示（记录）仪表167

8.1 概述167

8.2 模拟式显示仪表167

8.2.1 电子电位差计167

8.2.2 电子自动平衡电桥171

8.3 数字式显示仪表172

8.3.1 概述172

8.3.2 数字显示仪表的构成173

8.3.3 模-数（A/D）转换174

8.3.4 非线性补偿（线性化）175

8.3.5 信号标准化及标度变换177

8.4 新型显示仪表179

8.4.1 显示仪表发展趋势179

8.4.2 屏幕显示仪表179

8.4.3 虚拟显示仪表180

复习思考题180

下篇 过程控制182

9 过程控制系统的基本概念182

9.1 过程控制系统的组成与分类182

9.1.1 过程控制系统182

9.1.3 控制系统方框图183

9.1.2 控制系统的组成183

9.1.4 过程控制系统的分类185

9.2 过程控制系统的发展概况185

9.3 过程控制系统的过渡过程和品质指标186

9.3.1 自动控制系统的静态与动态186

9.3.2 自动控制系统的过渡过程186

9.3.3 控制系统的品质指标187

9.4 过程特性189

9.4.1 对象特性的类型189

9.4.2 描述对象特性的参数191

9.5.1 概述195

9.5 被控过程的数学模型195

9.5.2 建立机理模型196

9.5.3 实验建模197

复习思考题199

10 控制器201

10.1 控制规律201

10.1.1 比例（P）控制规律201

10.1.2 比例积分（PI）控制规律203

10.1.3 比例微分（PD）控制规律204

10.1.4 比例积分微分（PID）控制规律206

10.2.2 DDZ-Ⅲ型控制器207

10.2 模拟控制器207

10.2.1 概述207

10.3 数字控制器209

10.3.1 概述209

10.3.2 数字控制器的控制算法210

10.3.3 数字控制器的构成原理212

复习思考题214

11 执行器215

11.1 电动执行器215

11.1.1 基本组成215

11.1.3 执行机构216

11.1.2 伺服放大器（DFC）216

11.1.4 电子式控制阀217

11.2 气动执行器及控制阀217

11.2.1 组成及特点217

11.2.2 气动执行机构218

11.2.3 控制阀219

11.2.4 电／气转换器与阀门定位器229

11.3 智能执行器230

11.3.1 智能电动执行器230

复习思考题232

11.3.2 智能控制阀232

12 单回路控制系统234

12.1 概述234

12.1.1 换热器的温度控制234

12.1.2 离心泵的流量控制235

12.2 被控量和操纵量的选择236

12.2.1 被控量的选择236

12.2.2 操纵量的选择237

12.3 检测及变送环节的考虑238

12.4.1 控制阀流量特性的选择240

12.4 控制阀的选择240

12.4.2 控制阀结构形式的选择241

12.4.3 控制阀开闭形式的选择242

12.4.4 控制阀口径的选择243

12.5 控制器控制作用的选择244

12.5.1 位式控制器244

12.5.2 比例控制器244

12.5.3 比例积分控制器244

12.5.4 比例积分微分控制器245

12.6 控制器参数的工程整定245

12.6.1 经验凑试法245

12.6.2 临界比例带法246

12.6.3 衰减曲线法247

12.6.4 响应曲线法248

12.6.5 工程整定方法比较249

12.7 自动控制系统的投运249

12.7.1 投运的步骤249

12.7.2 系统运行中的故障判别250

复习思考题250

13 复杂控制与先进控制系统252

13.1 串级控制系统252

13.1.1 串级控制系统组成252

13.1.2 串级控制系统的工作过程253

13.1.3 串级控制系统的特点及应用254

13.1.4 串级控制系统设计254

13.2 前馈控制系统257

13.2.1 前馈控制基本概念257

13.2.2 前馈控制系统的主要形式258

13.2.3 前馈控制的特点和应用260

13.3 其他复杂控制系统260

13.3.1 比值控制系统260

13.3.2 多冲量控制系统264

13.3.3 选择性控制系统266

13.3.3 分程控制系统267

13.3.4 均匀控制系统269

13.4 先进控制系统270

13.4.1 预测控制270

13.4.2 软测量技术272

13.4.3 推断控制273

13.4.4 自适应控制系统274

13.4.5 故障检测诊断275

13.5 智能控制276

13.5.1 智能控制的发展276

13.5.2 模糊控制276

13.5.3 专家控制系统277

13.5.4 神经网络控制279

复习思考题280

14 计算机控制系统282

14.1 概述282

14.1.1 计算机控制系统的发展概况282

14.1.2 计算机控制系统的组成与特点283

14.1.3 计算机控制系统的类型284

14.2 过程通道与接口286

14.2.1 模拟量输入通道286

14.2.2 数字量输入通道287

14.2.3 模拟量输出通道288

14.2.4 数字量输出通道289

14.3 可编程控制器（PLC）289

14.3.1 可编程序控制器的基本组成290

14.3.2 可编程序控制器的工作过程291

14.3.3 PLC应用系统的设计291

14.3.4 烧结过程PLC控制系统292

14.4 集散控制系统（DCS）294

14.4.1 概述294

14.4.2 DCS控制系统的工程化设计与实施295

14.4.3 160t/h锅炉DCS控制系统296

14.5 现场总线控制系统（FCS）299

14.5.1 现场总线技术简介300

14.5.2 现场总线控制系统实例301

14.6 组态（自动化）软件302

14.6.1 组态（自动化）软件的发展历史及定义303

14.6.2 组态（自动化）软件特点303

14.6.3 组态软件与SCADA304

14.7 流程控制系统发展趋势308

复习思考题309

附录310

参考文献312