自动检测技术及仪表控制系统

第一篇基础知识引论

1绪论

1.1检测仪表控制系统

1.1.1典型检测仪表控制系统

1.1.2检测仪表控制系统结构分析

1.2基本概念

1.2.1测量范围、上下限及量程

1.2.2零点迁移和量程迁移

1.2.3灵敏度和分辨率

1.2.4误差

1.2.5精确度

1.2.6滞环、死区和回差

1.2.7重复性和再现性

1.2.8可靠性

1.3检测仪表技术发展趋势

思考题与习题

2误差分析基础及测量不确定度

2.1检测精度

2.2误差分析的基本概念

2.2.1真值、测量值与误差的关系

2.2.2几种误差的定义

2.2.3测量的准确度与精密度

2.3误差原因分析

2.4误差分类

2.5误差的统计处理

2.5.1随机误差概率及概率密度函数的性质

2.5.2正态分布函数及其特征点

2.5.3置信区间与置信概率

2.6误差传递法则

2.6.1误差传递法则

2.6.2不等精度测量的加权及其误差

2.7误差估计

2.7.1平均值的误差表示方法

2.7.2平均值与标准偏差的无偏估计

2.7.3测量次数少的误差估计

2.8粗大误差检验

2.9测量不确定度

2.9.1测量不确定度的由来

2.9.2测量不确定度的分类

2.9.3测量不确定度的评定方法

2.10最小二乘法及其应用

2.10.1最小二乘法原理

2.10.2最小二乘法在多元间接检测中的应用

2.10.3最小二乘法在曲线拟合中的应用

思考题与习题

3检测技术及方法分析

3.1检测方法及其基本概念

3.1.1开环型检测与闭环型检测

3.1.2直接检测与间接检测

3.1.3绝对检测与比较检测

3.1.4偏差法与零位法

3.1.5强度变量检测与容量变量检测

3.1.6微差法

3.1.7替换法

3.1.8能量变换与能量控制型检测元件

3.1.9主动探索与信息反馈型检测

3.2检测系统模型与结构分析

3.2.1检测系统的基本功能

3.2.2信号转换模型与信号选择性

3.2.3检测系统的结构分析

3.3提高检测精度的方法

3.3.1时域信号选择方法

3.3.2频域信号选择方法

3.4多元化检测技术

3.4.1多元检测与检测方程式

3.4.2多元复合检测

3.4.3多元识别检测

3.4.4构造化检测

3.4.5多点时空检测

思考题与习题

第二篇过程参数检测技术

4温度检测

4.1测温方法及温标

4.1.1测温原理及方法

4.1.2温标

4.2接触式测温

4.2.1热电偶测温

4.2.2热电阻测温

4.2.3集成温度传感器

4.3非接触式测温

4.3.1辐射测温原理

4.3.2辐射测温仪表的基本组成及常用方法

4.3.3辐射测温仪表

4.3.4辐射测温仪表的表观温度

4.4光纤温度传感器

4.4.1液晶光纤温度传感器

4.4.2荧光光纤温度传感器

4.4.3半导体光纤温度传感器

4.4.4光纤辐射温度计

4.5测温实例

4.5.1管道内流体温度的测量

4.5.2烟道中烟气温度的测量

4.5.3非接触法测量物体表面温度

思考题与习题

5压力检测

5.1压力单位及压力检测方法

5.1.1压力的单位

5.1.2压力的几种表示方法

5.1.3压力检测的主要方法及分类

5.2常用压力检测仪表

5.2.1弹性压力计

5.2.2力平衡式压力计

5.2.3压力传感器

5.3测压仪表的使用及压力检测系统

5.3.1测压仪表的使用

5.3.2压力检测系统

思考题与习题

6流量检测

6.1流量检测基本概念

6.1.1流量的概念和单位

6.1.2流量测量涉及的流体力学基本概念

6.1.3流量检测方法及流量计分类

6.2体积流量检测方法

6.2.1容积式流量计

6.2.2差压式流量计

6.2.3速度式流量计

6.3质量流量检测方法

6.3.1间接式质量流量测量方法

6.3.2直接式质量流量计

6.4流量标准装置

6.4.1液体流量标准装置

6.4.2气体流量标准装置

思考题与习题

7物位检测

7.1物位的定义及物位检测仪表的分类

7.1.1物位的定义

7.1.2物位检测仪表的分类

7.2常用物位检测仪表

7.2.1静压式液位检测仪表

7.2.2浮力式物位检测仪表

7.2.3其他物位测量仪表

7.3影响物位测量的因素

7.3.1液位测量的特点

7.3.2料位测量的特点

7.3.3界位测量的特点

思考题与习题

8机械量检测

8.1模拟式位移检测

8.1.1电容式位移检测方法

8.1.2电感式位移检测方法

8.1.3差动变压器位移检测方法

8.1.4光纤位移检测方法

8.2光学数字式位移检测

8.2.1光栅标尺

8.2.2莫尔条纹标尺

8.2.3激光扫描测长与图像检测

8.3转速检测

8.3.1离心力检测法

8.3.2光电码盘转速检测法

8.3.3空间滤波器式检测法

8.4力的检测方法

8.4.1金属应变元件

8.4.2半导体应变元件

8.4.3压电效应

8.4.4压敏导电橡胶

8.5加速度与振动检测

8.5.1加速度检测原理

8.5.2动电型振动检测方法

8.5.3微机械加速度传感元件

思考题与习题

9成分分析仪表

9.1成分分析方法及分析系统的构成

9.1.1成分分析方法及分类

9.1.2自动分析系统的构成

9.2几种工业用成分分析仪表

9.2.1热导式气体分析器

9.2.2红外线气体分析器

9.2.3氧化锆氧分析器

9.2.4气相色谱仪

9.2.5半导体气敏传感器

9.2.6工业酸度计

9.3湿度的检测

9.3.1湿度的表示方法及湿度检测的特点

9.3.2干湿球湿度计

9.3.3电解质系湿敏传感器

9.3.4陶瓷湿敏传感器

9.3.5高分子聚合物湿敏传感器

思考题与习题

第三篇仪表系统分析

10仪表系统及其理论分析

10.1仪表发展概况

10.2常用仪表分类及特性

10.2.1常用仪表分类

10.2.2电动单元组合仪表及DDZⅡ型和DDZⅢ型仪表比较

10.3仪表输入输出静态特性分析

10.3.1输入输出特性分析

10.3.2仪表特性线性化处理分析

10.4仪表系统建模

10.4.1时域模型

10.4.2频域模型

10.4.3离散模型

10.5仪表系统时域分析

10.5.1时域分析指标

10.5.2阶跃扰动动态特性分析

10.5.3等速扰动动态特性分析

10.6仪表系统频域分析

10.6.1正弦扰动动态特性分析

10.6.2频率响应Bode图分析

10.6.3频带分析

10.7混合仪表系统浅析

10.7.1混合仪表系统建模

10.7.2时域分析

10.7.3频域分析

思考题与习题

11变送单元

11.1常用变送器工作原理

11.1.1常用变送器结构分析

11.1.2力矩平衡式原理

11.1.3桥式电路原理

11.1.4差动方式原理

11.2DDZⅢ型差压变送器

11.3DDZⅢ型温度变送器

11.3.1直流毫伏输入电路

11.3.2热电偶输入电路

11.3.3热电阻输入电路

11.4新型变送器

11.4.1微电子式变送器

11.4.2数字式变送器

思考题与习题

12显示单元

12.1显示仪表工作原理

12.1.1显示仪表结构分析

12.1.2电位差计式自动平衡原理

12.1.3电桥式自动平衡原理

12.1.4差动变压器式自动平衡原理

12.2传统显示及记录仪表

12.2.1电位差计式自动平衡显示仪表

12.2.2电桥式自动平衡显示仪表

12.3数字式显示及记录仪表

12.3.1数字模拟混合记录仪

12.3.2全数字式记录仪

思考题与习题

13调节控制单元

13.1常规控制规律

13.1.1典型控制系统

13.1.2基本控制规律

13.1.3常规控制规律

13.1.4实用PID控制规律的构成

13.2调节器控制规律的实现

13.2.1DDZⅢ型调节器PID控制规律的实现

13.2.2数字式调节器控制规律的实现

13.3常规调节器基本电路分析

13.3.1DDZⅢ型调节器基本电路分析

13.3.2数字式调节器基本电路分析

13.4可编程序调节器

13.4.1可编程序调节器的工作原理

13.4.2程序控制规律的构成和实现

13.5先进调节器

13.5.1增强型调节器

13.5.2改进型PID控制算法

思考题与习题

14执行单元

14.1执行器工作原理

14.1.1执行器分类与比较

14.1.2执行器基本构成及工作原理

14.2气动执行器

14.2.1气动执行器基本构成

14.2.2阀门定位器

14.3电动执行器

14.4调节阀

14.4.1调节阀工作原理

14.4.2调节阀结构及分类

14.4.3调节阀的流量特性

14.4.4调节阀的流量系数

思考题与习题

第四篇系统控制技术

15计算机仪表控制系统

15.1仪表控制系统

15.1.1闭环回路控制系统

15.1.2闭环回路连续特性分析

15.1.3闭环回路数字化离散分析

15.1.4闭环回路控制系统网络化分析

15.2计算机控制系统

15.2.1计算机控制系统的发展和评价

15.2.2集中控制系统

15.2.3集散控制系统

15.2.4分布式控制系统

15.3计算机控制系统发展趋势

15.3.1控制系统的控制网络化

15.3.2控制系统的系统扁平化

思考题与习题

16现场总线控制系统

16.1现场总线控制系统的发展

16.1.1现场总线的产生

16.1.2现场总线系统的发展过程

16.1.3底层总线系统

16.1.4现场总线控制系统特征

16.2主要现场总线系统

16.2.1CAN总线系统

16.2.2LonWorks总线系统

16.2.3ProfiBus总线系统

16.2.4FF总线系统

16.3现场总线控制系统

16.3.1现场总线单元设备

16.3.2现场总线控制系统结构

16.3.3现场总线系统集成与扩展

16.4现场总线控制系统发展趋势

16.4.1控制系统的组织重构化

16.4.2控制系统的工作协调化

思考题与习题

第五篇现代检测与仪表技术

17虚拟仪器

17.1虚拟仪器概念及发展

17.2虚拟仪器结构和硬件模块

17.3虚拟仪器的软件技术

思考题与习题

18软测量方法及技术

18.1软测量概述

18.2基于统计方法的软测量方法

18.3基于状态估计的软测量方法

18.4基于神经元网络技术的软测量方法

18.5软测量方法应用实例

思考题与习题

19多传感器数据融合技术

19.1多传感器数据融合概念

19.2多传感器数据融合框架

19.2.1多传感器数据融合中的传感器工作方式

19.2.2多传感器数据融合结构

19.3多传感器数据融合算法

19.3.1基于Kalman滤波的多传感器数据融合方法

19.3.2基于贝叶斯决策的多传感器数据融合方法

19.3.3基于DS证据论的多传感器数据融合方法

19.4多传感器数据融合应用实例

思考题与习题

20传感器网络

20.1传感器网络的产生与发展

20.1.1传感器网络

20.1.2传感器网络的构成

20.1.3传感器网络的发展

20.2传感器网络功能与特点

20.2.1传感器网络主要功能

20.2.2传感器网络主要特点

20.3传感器网络关键技术

20.3.1自组织网络体系结构

20.3.2自组织路由算法

20.3.3信道接入技术

20.3.4电源管理技术

20.3.5微型化技术

20.3.6检测与数据融合技术

20.4传感器网络的延展和应用

20.4.1物联网

20.4.2车联网

20.4.3传感器网络应用案例分析

思考题与习题

参考文献

《自动检测技术及仪表控制系统（第3版）》是有关过程参数检测和自动化仪表系统的基础理论和应用技术的教材。

　　全书分为五篇共20章。第一篇中第1、2章介绍检测和仪表的基本知识及误差分析方法，第3章介绍检测技术基本方法；第二篇中第4章~第9章分别介绍温度、压力、流量、物位、机械量、成分分析等参数的检测方法；第三篇中第10章介绍自动化仪表特性及发展，第11章~第14章分别介绍仪表系统中的变送、显示、调节和执行等单元；第四篇中第15章、第16章分析和讨论由仪表构成的计算机控制系统和现场总线控制系统的相关技术及其发展趋势；第五篇中第17章~第20章介绍现代检测与仪表技术。

　　《自动检测技术及仪表控制系统（第3版）》作为高校自动化及相关专业的本科生教材，亦可满足相关研究生和工程技术人员的需要。