自动检测技术及仪表控制系统 第2版PDF电子书下载

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