自动检测技术及仪表控制系统（第三版）

第一篇基础知识引论

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

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

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Ⅲ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2DDZⅢ型差压变送器162

113DDZ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1DDZ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1DDZ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

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1CAN总线系统230

1622LonWorks总线系统232

1623ProfiBus总线系统233

1624FF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

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 2100433B

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。

本书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。

第一篇基础知识引论

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

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光纤温度传感器53

441液晶光纤温度传感器53

442荧光光纤温度传感器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压力检测57

51压力单位及压力检测方法57

511压力的单位57

512压力的几种表示方法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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力的检测方法111

841金属应变元件111

842半导体应变元件112

843压电效应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成分分析仪表117

91成分分析方法及分析系统的构成117

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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湿度的检测130

931湿度的表示方法及湿度检测的特点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

10仪表系统及其理论分析134

101仪表发展概况134

102常用仪表分类及特性135

1021常用仪表分类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2阶跃扰动动态特性分析143

1053等速扰动动态特性分析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变送单元150

111常用变送器工作原理150

1111常用变送器结构分析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2DDZⅢ型差压变送器153

113DDZ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新型变送器159

1141微电子式变送器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14差动变压器式自动平衡原理164

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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调节器控制规律的实现179

1321DDZⅢ型调节器PID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1DDZ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先进调节器192

1351增强型调节器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调节阀201

1441调节阀工作原理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

第四篇系统控制技术

15计算机仪表控制系统207

151仪表控制系统207

1511闭环回路控制系统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1CAN总线系统221

1622LonWorks总线系统223

1623ProfiBus总线系统224

1624FF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

第五篇现代检测与仪表技术

17虚拟仪器234

171虚拟仪器概念及发展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 2100433B

本书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章至第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章至第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章至第20章介绍现代检测与仪表技术。

本书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。

《过程检测技术及仪表》（第三版）以信息为主线，从信息的获取、变换、处理等方面介绍了过程检测技术及显示仪表的基本概念、各种参数和检测方法、信号的变换技术及参数的记录、数字显示等内容；并结合检测系统的组成以及误差的产生，讨论了各种误差的补偿方法及途径；同时介绍了各种检测元件和实际工业过程仪表选型的原则，增加了检测技术的新进展(智能检测技术和现场总线仪表)。