自动检测和过程控制 第3版PDF电子书下载

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SCADA 304

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