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第一章 基础知识 1

第一节 基本概念与基本定律 1

第二节 化工控制工艺识图 12

一、工艺流程图 12

二、仪表位号表示 19

三、回路编号 29

第三节 检测控制术语 30

一、基本术语 30

二、传感器特性 31

三、仪表的零点迁移和量程迁移 35

四、标准仪表信号 36

五、变送器 36

六、调节器（控制器） 37

七、执行器 37

八、仪表的防爆等级与标志 38

第四节 电容传感器原理 38

一、差动式电容传感器 39

二、变介质电容传感器原理 41

三、转换电路 42

第五节 电感式传感器 45

一、电感式传感器的主要特点 45

二、自感式电感传感器 46

三、差动电感传感器 48

四、差动变压器式传感器 49

五、相敏检波电路 50

六、差动整流电路 52

第二章 仪表常用测量变换电路 54

第一节 传感器电路的基本要求 54

一、传感器输出信号的特点 54

二、信号的二次变换 54

第二节 基本运算放大器电路分析 55

一、负反馈放大电路的四种基本形式 55

二、负反馈对输入电阻的影响 61

三、负反馈对输出电阻的影响 62

第三节 基本运算电路 63

一、积分运算电路 63

二、微分运算电路 64

三、对数运算电路 65

四、指数运算电路 66

五、差动比例运算电路 67

六、三运放精密差动放大电路 68

第四节 有源滤波器 70

一、无源滤波电路 71

二、有源低通滤波电路 72

三、有源高通滤波电路 74

四、有源带通滤波电路 76

五、有源带阻滤波电路 77

第五节 变换电路 78

一、电压-电流转换 78

二、恒流源与恒压源 80

三、电阻-电压转换 81

四、电感-电压转换 81

五、交流电桥对称激励电路 83

第六节 数字线性化简介 84

第三章 执行器 86

第一节 阀门特性 88

一、理想流量特性 88

二、阀门特性参数 91

第二节 阀座的基本结构与特点 95

一、调节阀的工作原理 95

二、常见调节阀结构 95

三、调节阀的选择 96

第三节 电动执行器（调节阀） 97

一、伺服电动机 99

二、伺服电动机控制电路 100

三、数字式电动执行器和智能电动执行器 102

第四节 气动执行器与电气变换器 103

一、气动执行器的结构和原理 103

二、电—气变换器 105

三、电—气阀门定位器 106

四、气动阀门定位器 108

五、阀门定位器传递函数 108

六、阀门定位器的主要特性 109

七、阀门定位器的选择 110

第五节 调节阀的选择和安装原则 111

一、固有流量特性选择 111

二、调节阀形式的选择 112

三、阀门材料选择 114

四、调节阀泄漏量考虑 116

五、上阀盖形式的选择 116

六、调节阀口径的确定原则 116

七、执行机构的选择 117

八、调节阀附件的选择 119

九、调节阀气开、气关特性选择原则 121

十、调节阀安装要求 121

十一、调节阀配管和配线 123

第四章 温度测量与变送技术 124

第一节 温度标准 124

第二节 温度测量 128

一、温度仪表的分类 129

二、温度仪表的选择 130

第三节 接触式温度测量仪表 131

一、热膨胀式温度计 131

二、工业常用温度检测元件 134

第四节 金属热电阻 136

一、铂热电阻 136

二、铜热电阻 137

三、热电阻分度表 137

四、金属热电阻的主要参数 140

五、工业用金属热电阻 142

六、热电阻引线方式 148

第五节 半导体热敏电阻 149

一、半导体陶瓷的热敏特性 149

二、热敏电阻的基本参数 151

第六节 热电偶测温 157

一、热电偶原理和类型 157

二、各类热电偶参考模型和系数表 160

三、热电偶装配形式 172

四、热电偶基本参数 174

五、热电偶的保护 178

六、补偿导线 180

七、冷端补偿 185

第七节 一体化温度变送器 189

第八节 其它温度计简介 192

一、光学高温计 192

二、红外辐射温度计 193

三、辐射高温计 194

四、光电高温计 194

五、光导纤维红外辐射温度计 196

第五章 压力测量仪表及选用 198

第一节 概述 198

一、压力测量基础 198

二、压力量值传递 198

三、压力仪表的分类 199

第二节 液柱式压力计 201

一、液柱式压力计分类 201

二、液柱式压力计工作原理及结构 201

第三节 弹性压力表 204

一、弹性压力表分类 204

二、弹簧管压力表 205

三、膜片压力表和隔膜式压力表 208

四、膜盒压力表 210

五、波纹管压力表 211

六、专用压力表 212

七、压力开关 217

八、基地式压力调节器 218

第四节 压力传感器和变送器 218

一、电位器式远传压力传感器 220

二、应变电阻传感器 220

三、电容式压力传感器 223

四、电感式压力传感器 225

五、霍尔式压力传感器 229

六、霍尔式微压力传感器 230

第五节 压力测量仪表选择 231

一、量程选择 232

二、仪表类型和型号的选择 233

三、仪表精度等级的选择 234

第六章 流量测量仪表及选用 236

第一节 概述 236

一、流量测量的意义 236

二、流量仪表的分类 237

第二节 流量测量仪表的选用 241

一、流体特性 241

二、仪表性能 245

三、安装条件 248

四、环境条件 250

五、经济因素 251

第三节 差压式流量计 253

一、差压式流量计工作原理 253

二、差压式流量计分类与结构 255

三、差压式流量计的主要特点 262

四、差压式流量计选用注意事项 263

第四节 浮子流量计 264

一、浮子流量计基本工作原理 264

二、浮子流量计分类与结构 265

三、浮子流量计的主要特点 267

四、选用注意事项 268

第五节 容积式流量计 268

一、基本工作原理 269

二、容积式流量计分类与结构 270

三、容积式流量计的主要特点 274

四、选用注意事项 275

第六节 涡轮流量计 276

一、工作原理 276

二、分类与结构 278

三、涡轮流量传感器主要特点 282

四、选用注意事项 283

第七节 电磁流量计 284

一、工作原理 285

二、电磁流量计结构与分类 285

三、电磁流量计主要特点 288

四、选用注意事项 289

第八节 涡街流量计 290

一、工作原理 291

二、涡街流量计分类与结构 293

三、涡街流量计主要特点 296

四、选用注意事项 298

第九节 超声流量计 298

一、工作原理 299

二、超声流量计分类与结构 301

三、超声流量计主要特点 303

四、选用注意事项 304

第十节 质量流量计 304

一、间接式质量流量计 304

二、直接式质量流量计 306

三、直接式质量流量计的主要特点和选用 312

第十一节 插入式流量计 314

一、插入式流量计工作原理 314

二、插入式流量传感器分类与特点 318

三、选用注意事项 319

第十二节 流量显示仪 321

一、基本工作原理 322

二、流量显示仪主要技术参数和功能 322

第十三节 其它流量测量方法 324

一、混相流流量测量 324

二、固体流量测量 327

第十四节 流量仪表的校验 329

一、校验目的和方法 329

二、流量标准装置的作用与分类 330

三、流量标准装置结构 332

第七章 物位测量 336

第一节 物位测量仪表类型和选择 336

一、物位测量仪表类型 336

二、物位测量方法选择 341

第二节 直读式液位测量仪表 342

一、基本原理 342

二、玻璃管式液位计 342

三、玻璃板式液位计 343

四、其它系列的玻璃板液位计 344

第三节 静压式液位测量仪表 345

一、测量原理 345

二、带有正负迁移的差压法液位测量 347

三、差压法界面测量 348

四、吹气法液位测量的基本原理 348

第四节 浮力式液位测量仪表 349

一、浮子式液位计 349

二、伺服型浮子液位计 350

三、浮筒式液位计 352

四、磁性翻板式液位计 355

第五节 电气型液位测量仪表 356

一、电接点式液位计 356

二、磁致伸缩式液位计 358

三、电容式液位计 359

第六节 超声波液位测量仪表 363

一、反射式超声波液位计 363

二、超声波液位开关 366

三、超声波液位计安装 367

四、超声波液位计适用范围与注意事项 367

第七节 雷达液位计 368

一、基本原理 368

二、工业控制级雷达液位计（BL—30K型）的主要技术参数 369

第八节 放射性液位计 372

一、基本原理 372

二、主要技术参数 373

三、放射性防护的基本概念 375

第八章 过程分析仪表及选用 377

第一节 概述 377

一、对样品预处理系统的要求 378

二、过程分析仪的选用 382

第二节 热导式气体分析仪 383

第三节 红外线分析仪 387

一、工作原理及结构 387

二、主要特性及规格 392

三、选用注意事项 394

四、应用场所 394

第四节 工业色谱仪 395

一、工业色谱仪的分类及结构 395

二、工业色谱仪的主要特性及规格 403

三、选用注意事项 404

四、应用场所 406

第五节 色谱—质谱联用仪 406

一、质谱仪工作原理及分类 407

二、色谱—质谱（GC—MS）联用仪的构成 414

三、色谱—质谱联用仪的优点 417

四、GC—MS联用仪的主要性能指标 417

五、选用注意事项 418

六、GC—MS联用仪的应用 420

第六节 氧分析仪 421

一、磁导式氧分析仪 421

二、磁力机械式氧分析仪 424

三、磁压力式氧分析仪 425

四、氧化锆氧分析仪 427

五、微量氧分析仪 429

第七节 水分析仪 431

一、pH计 431

二、电导仪 438

三、溶解氧分析仪 441

第八节 粘度检测仪表 443

一、超声波式粘度计 444

二、差压式粘度计 445

三、扭矩式粘度计 447

第九节 环保安全检测仪表 448

一、可燃气体报警器 448

二、毒性气体报警器 449

第十节 过程分析仪的取样与预处理系统 452

一、取样装置 452

二、过滤装置 455

三、流量控制装置 457

第九章 系统安全保护 458

第一节 系统安全基本概念 458

第二节 爆炸危险场所的划分 460

一、主要工业国家对危险场所划分规定 461

二、美国对工业危险场所划分的规定 464

三、我国对爆炸危险场所的划分和防爆安全法规 466

四、仪表防护等级标准 469

第三节 电气设备防爆 471

一、防爆电气设备的分类 471

二、本安型防爆仪表的特征 473

三、关联设备 474

四、本安系统分级 479

五、本安电路外部连接电缆的影响 481

第四节 保护接地 483

一、电气设备和线路的保护接地 483

二、防静电保护接地 485

第五节 防雷电技术 487

一、雷电危害的类型及雷电参数 488

二、雷电感应的防护 490

三、常用防雷元器件 492

第六节 控制系统的抗干扰 498

一、噪声与信噪比 499

二、共模信号与差模信号 500

三、抗耦合干扰技术 501

四、抗传导干扰技术 503

五、其它抗干扰技术 504

第十章 过程控制系统分析与设计 507

第一节 控制系统的数学模型 509

一、三大守恒定律 510

二、单容过程模型 512

三、多容过程模型 513

四、不可压缩流体管道流动模型 514

第二节 基本控制算法 515

一、PID调节器的基本原理 515

二、数字式PID控制算式 518

三、改进PID控制算式 520

四、数字PID控制算法的改进 524

第三节 单回路控制系统设计 526

一、被控参数的选择 527

二、测量反馈 527

三、控制参数的选择 529

四、执行器（调节阀）的选择 530

五、调节器正、反作用的确定 530

六、调节器控制规律的设计 531

七、单回路控制系统分析 531

第四节 单回路控制系统调节器参数的整定 534

一、工程整定法 535

二、单回路控制系统的投运 539

第五节 复杂控制系统 540

一、串级控制系统 540

二、前馈控制系统 548

第六节 大时延系统控制 557

一、微分先行控制方案 557

二、Smith预估控制方案 559

第七节 比值控制系统 561

一、常用比值控制系统 561

二、比值控制系统设计 564

第八节 分程控制系统 566

一、控制系统设计 567

二、分程控制的应用 570

第十一章 自动化仪表系统维护 573

第一节 综述 573

第二节 调节阀故障处理 577

一、改变阀结构或用特殊材料 577

二、增大阀门正常工作时的开度 578

三、调节阀防堵（卡）方法 578

四、调节阀防泄漏方法 579

五、调节阀防振动 579

六、提高调节阀稳定性 581

第三节 仪表故障的一般规律 582

一、仪表故障的一般规律 582

二、故障处理的常用方法 583

三、电动仪表维修 584

四、气动仪表维修 584

五、调节器参数整定 585

第四节 温度检测仪表故障处理 585

一、温度检测故障原因的判断 585

二、热电偶常见故障原因及处理方法 586

三、工业热电阻常见故障原因及处理方法 587

第五节 压力检测仪表故障处理 587

第六节 流量检测仪表故障及处理 589

第七节 物位检测仪表故障处理 590

附录 常用数据 592

一、过热蒸汽表 592

二、热电偶分度简表 593

三、常用热电偶及配用补偿导线 600

四、热电偶补偿电桥（自由端温度补偿器）规格与技术数据 602

五、热电阻分度表（ITS-90） 602

六、常用热电阻元件表 609

七、常用弹簧管压力表及真空表规格 610

八、霍尔压力变送器规格 612

九、CW型双波纹管差压计规格 613

十、靶式流量计规格 614

十一、椭圆齿轮流量计规格 614

十二、电磁流量计规格 615

十三、涡轮流量变送器规格 615

十四、沉筒液位变送器规格 615

十五、爆炸性气体蒸气特性表 616

主要参考文献 621