自动检测技术及仪表控制系统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

1.1.2检测仪表控制系统结构分析 2

1.2基本概念 3

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

1.2.3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误差分析基础及测量不确定度 8

2.1检测精度 8

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

2.2.2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误差传递法则 13

2.6.1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最小二乘法及其应用 20

2.10.1最小二乘法原理 20

2.10.2最小二乘法在多元间接检测中的应用 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

3.1.5强度变量检测与容量变量检测 26

3.1.6微差法 26

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

3.1.9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多元化检测技术 32

3.4.1多元检测与检测方程式 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

第二篇 过程参数检测技术 37

4温度检测 37

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

4.2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 50

4.3非接触式测温 51

4.3.1辐射测温原理 51

4.3.2辐射测温仪表的基本组成及常用方法 51

4.3.3辐射测温仪表 52

4.3.4辐射测温仪表的表观温度 54

4.4光纤温度传感器 54

4.4.1液晶光纤温度传感器 55

4.4.2荧光光纤温度传感器 55

4.4.3半导体光纤温度传感器 55

4.4.4光纤辐射温度计 55

4.5测温实例 56

4.5.1管道内流体温度的测量 56

4.5.2烟道中烟气温度的测量 56

4.5.3非接触法测量物体表面温度 57

思考题与习题 57

5压力检测 59

5.1压力单位及压力检测方法 59

5.1.1压力的单位 59

5.1.2压力的几种表示方法 59

5.1.3压力检测的主要方法及分类 60

5.2常用压力检测仪表 61

5.2.1弹性压力计 61

5.2.2力平衡式压力计 64

5.2.3压力传感器 64

5.3测压仪表的使用及压力检测系统 68

5.3.1测压仪表的使用 68

5.3.2压力检测系统 69

思考题与习题 70

6流量检测 72

6.1流量检测基本概念 72

6.1.1流量的概念和单位 72

6.1.2流量测量涉及的流体力学基本概念 72

6.1.3流量检测方法及流量计分类 74

6.2体积流量检测方法 76

6.2.1容积式流量计 76

6.2.2差压式流量计 78

6.2.3速度式流量计 88

6.3质量流量检测方法 92

6.3.1间接式质量流量测量方法 92

6.3.2直接式质量流量计 94

6.4流量标准装置 96

6.4.1液体流量标准装置 96

6.4.2气体流量标准装置 97

思考题与习题 98

7物位检测 99

7.1物位的定义及物位检测仪表的分类 99

7.1.1物位的定义 99

7.1.2物位检测仪表的分类 99

7.2常用物位检测仪表 100

7.2.1静压式液位检测仪表 100

7.2.2浮力式物位检测仪表 102

7.2.3其他物位测量仪表 104

7.3影响物位测量的因素 108

7.3.1液位测量的特点 108

7.3.2料位测量的特点 108

7.3.3界位测量的特点 109

思考题与习题 109

8机械量检测 110

8.1模拟式位移检测 110

8.1.1电容式位移检测方法 110

8.1.2电感式位移检测方法 112

8.1.3差动变压器位移检测方法 113

8.1.4光纤位移检测方法 114

8.2光学数字式位移检测 114

8.2.1光栅标尺 114

8.2.2莫尔条纹标尺 115

8.2.3激光扫描测长与图像检测 115

8.3转速检测 116

8.3.1离心力检测法 116

8.3.2光电码盘转速检测法 116

8.3.3空间滤波器式检测法 117

8.4力的检测方法 118

8.4.1金属应变元件 118

8.4.2半导体应变元件 120

8.4.3压电效应 120

8.4.4压敏导电橡胶 121

8.5加速度与振动检测 121

8.5.1加速度检测原理 121

8.5.2动电型振动检测方法 124

8.5.3微机械加速度传感元件 125

思考题与习题 125

9成分分析仪表 126

9.1成分分析方法及分析系统的构成 126

9.1.1成分分析方法及分类 126

9.1.2自动分析系统的构成 126

9.2几种工业用成分分析仪表 127

9.2.1热导式气体分析器 127

9.2.2红外线气体分析器 129

9.2.3氧化锆氧分析器 130

9.2.4气相色谱仪 132

9.2.5半导体气敏传感器 134

9.2.6工业酸度计 137

9.3湿度的检测 139

9.3.1湿度的表示方法及湿度检测的特点 139

9.3.2干湿球湿度计 140

9.3.3电解质系湿敏传感器 140

9.3.4陶瓷湿敏传感器 141

9.3.5高分子聚合物湿敏传感器 141

思考题与习题 142

第三篇 仪表系统分析 143

10仪表系统及其理论分析 143

10.1仪表发展概况 143

10.2常用仪表分类及特性 144

10.2.1常用仪表分类 144

10.2.2电动单元组合仪表及DDZ- Ⅱ型和DDZ-Ⅱ型仪表比较 145

10.3仪表输入输出静态特性分析 146

10.3.1输入输出特性分析 146

10.3.2仪表特性线性化处理分析 147

10.4仪表系统建模 148

10.4.1时域模型 148

10.4.2频域模型 149

10.4.3离散模型 150

10.5仪表系统时域分析 151

10.5.1时域分析指标 151

10.5.2阶跃扰动动态特性分析 152

10.5.3等速扰动动态特性分析 152

10.6仪表系统频域分析 153

10.6.1正弦扰动动态特性分析 153

10.6.2频率响应Bode图分析 154

10.6.3频带分析 155

10.7混合仪表系统浅析 156

10.7.1混合仪表系统建模 156

10.7.2时域分析 157

10.7.3频域分析 157

思考题与习题 158

11变送单元 159

11.1常用变送器工作原理 159

11.1.1常用变送器结构分析 159

11.1.2力矩平衡式原理 160

11.1.3桥式电路原理 160

11.1.4差动方式原理 161

11.2 DDZ-Ⅲ型差压变送器 162

11.3 DDZ-Ⅲ型温度变送器 165

11.3.1直流毫伏输入电路 165

11.3.2热电偶输入电路 166

11.3.3热电阻输入电路 167

11.4新型变送器 168

11.4.1微电子式变送器 168

11.4.2数字式变送器 169

思考题与习题 170

12显示单元 171

12.1显示仪表工作原理 171

12.1.1显示仪表结构分析 171

12.1.2电位差计式自动平衡原理 172

12.1.3电桥式自动平衡原理 172

12.1.4差动变压器式自动平衡原理 173

12.2传统显示及记录仪表 173

12.2.1电位差计式自动平衡显示仪表 173

12.2.2电桥式自动平衡显示仪表 174

12.3数字式显示及记录仪表 177

12.3.1数字模拟混合记录仪 177

12.3.2全数字式记录仪 179

思考题与习题 180

13调节控制单元 181

13.1常规控制规律 181

13.1.1典型控制系统 181

13.1.2基本控制规律 182

13.1.3常规控制规律 183

13.1.4实用PID控制规律的构成 186

13.2调节器控制规律的实现 188

13.2.1 DDZ- Ⅲ型调节器PID控制规律的实现 188

13.2.2数字式调节器控制规律的实现 193

13.3常规调节器基本电路分析 195

13.3.1 DDZ-Ⅲ型调节器基本电路分析 195

13.3.2数字式调节器基本电路分析 196

13.4可编程序调节器 198

13.4.1可编程序调节器的工作原理 198

13.4.2程序控制规律的构成和实现 200

13.5先进调节器 201

13.5.1增强型调节器 201

13.5.2改进型PID控制算法 203

思考题与习题 204

14执行单元 206

14.1执行器工作原理 206

14.1.1执行器分类与比较 206

14.1.2执行器基本构成及工作原理 206

14.2气动执行器 207

14.2.1气动执行器基本构成 207

14.2.2阀门定位器 208

14.3电动执行器 209

14.4调节阀 210

14.4.1调节阀工作原理 210

14.4.2调节阀结构及分类 211

14.4.3调节阀的流量特性 213

14.4.4调节阀的流量系数 214

思考题与习题 214

第四篇 系统控制技术 216

15计算机仪表控制系统 216

15.1仪表控制系统 216

15.1.1闭环回路控制系统 216

15.1.2闭环回路连续特性分析 217

15.1.3闭环回路数字化离散分析 217

15.1.4闭环回路控制系统网络化分析 218

15.2计算机控制系统 220

15.2.1计算机控制系统的发展和评价 220

15.2.2集中控制系统 221

15.2.3集散控制系统 221

15.2.4分布式控制系统 222

15.3计算机控制系统发展趋势 223

15.3.1控制系统的控制网络化 223

15.3.2控制系统的系统扁平化 224

思考题与习题 225

16现场总线控制系统 227

16.1现场总线控制系统的发展 227

16.1.1现场总线的产生 227

16.1.2现场总线系统的发展过程 227

16.1.3底层总线系统 228

16.1.4现场总线控制系统特征 229

16.2主要现场总线系统 230

16.2.1 CAN总线系统 230

16.2.2 LonWorks总线系统 232

16.2.3 ProfiBus总线系统 233

16.2.4 FF总线系统 234

16.3现场总线控制系统 236

16.3.1现场总线单元设备 236

16.3.2现场总线控制系统结构 237

16.3.3现场总线系统集成与扩展 238

16.4现场总线控制系统发展趋势 241

16.4.1控制系统的组织重构化 241

16.4.2控制系统的工作协调化 241

思考题与习题 242

第五篇 现代检测与仪表技术 243

17虚拟仪器 243

17.1虚拟仪器概念及发展 243

17.2虚拟仪器结构和硬件模块 244

17.3虚拟仪器的软件技术 246

思考题与习题 248

18软测量方法及技术 249

18.1软测量概述 249

18.2基于统计方法的软测量方法 250

18.3基于状态估计的软测量方法 252

18.4基于神经元网络技术的软测量方法 252

18.5软测量方法应用实例 253

思考题与习题 257

19多传感器数据融合技术 258

19.1多传感器数据融合概念 258

19.2多传感器数据融合框架 259

19.2.1多传感器数据融合中的传感器工作方式 259

19.2.2多传感器数据融合结构 261

19.3多传感器数据融合算法 262

19.3.1基于Kalman滤波的多传感器数据融合方法 262

19.3.2基于贝叶斯决策的多传感器数据融合方法 266

19.3.3基于DS证据论的多传感器数据融合方法 267

19.4多传感器数据融合应用实例 270

思考题与习题 272

20传感器网络 273

20.1传感器网络的产生与发展 273

20.1.1传感器网络 273

20.1.2传感器网络的构成 274

20.1.3传感器网络的发展 274

20.2传感器网络功能与特点 275

20.2.1传感器网络主要功能 275

20.2.2传感器网络主要特点 276

20.3传感器网络关键技术 277

20.3.1自组织网络体系结构 277

20.3.2自组织路由算法 278

20.3.3信道接入技术 279

20.3.4电源管理技术 279

20.3.5微型化技术 279

20.3.6检测与数据融合技术 279

20.4传感器网络的延展和应用 280

20.4.1物联网 280

20.4.2车联网 282

20.4.3传感器网络应用案例分析 283

思考题与习题 288

参考文献 289