自動(dòng)檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)（第四版）

篇基礎(chǔ)知識(shí)引論
1緒論1
1.1檢測儀表控制系統(tǒng)1
1.1.1典型檢測儀表控制系統(tǒng)1
1.1.2檢測儀表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2
1.2基本概念3
1.2.1測量范圍、上下限及量程3
1.2.2零點(diǎn)遷移和量程遷移3
1.2.3靈敏度和分辨率4
1.2.4誤差4
1.2.5精確度5
1.2.6滯環(huán)、死區(qū)和回差5
1.2.7重復(fù)性和再現(xiàn)性6
1.2.8可靠性6
1.3檢測儀表技術(shù)發(fā)展趨勢7
思考題與習(xí)題7
2誤差分析基礎(chǔ)及測量不確定度8
2.1檢測精度8
2.2誤差分析的基本概念8
2.2.1真值、測量值與誤差的關(guān)系8
2.2.2幾種誤差的定義9
2.2.3測量的準(zhǔn)確度與精密度9
2.3誤差原因分析9
2.4誤差分類10
2.5誤差的統(tǒng)計(jì)處理10
2.5.1隨機(jī)誤差概率及概率密度函數(shù)的性質(zhì)11
2.5.2正態(tài)分布函數(shù)及其特征點(diǎn)11
2.5.3置信區(qū)間與置信概率12
2.6誤差傳遞法則13
2.6.1誤差傳遞法則13
2.6.2不等精度測量的加權(quán)及其誤差14
2.7誤差估計(jì)14
2.7.1平均值的誤差表示方法14
2.7.2平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差的無偏估計(jì)15
2.7.3測量次數(shù)少的誤差估計(jì)16
2.8粗大誤差檢驗(yàn)16
2.9測量不確定度16
2.9.1測量不確定度的由來16
2.9.2測量不確定度的分類17
2.9.3測量不確定度的評定方法18
2.10小二乘法及其應(yīng)用20
2.10.1小二乘法原理20
2.10.2小二乘法在多元間接檢測中的應(yīng)用21
2.10.3小二乘法在曲線擬合中的應(yīng)用22
思考題與習(xí)題23
3檢測技術(shù)及方法分析24
3.1檢測方法及其基本概念24
3.1.1開環(huán)型檢測與閉環(huán)型檢測24
3.1.2直接檢測與間接檢測25
3.1.3檢測與比較檢測25
3.1.4偏差法與零位法25
3.1.5強(qiáng)度變量檢測與容量變量檢測26
3.1.6微差法26
3.1.7替換法26
3.1.8能量變換與能量控制型檢測元件26
3.1.9主動(dòng)探索與信息反饋型檢測27
3.2檢測系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)分析27
3.2.1檢測系統(tǒng)的基本功能27
3.2.2信號(hào)轉(zhuǎn)換模型與信號(hào)選擇性27
3.2.3檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析28
3.3提高檢測精度的方法30
3.3.1時(shí)域信號(hào)選擇方法30
3.3.2頻域信號(hào)選擇方法30
3.4多元化檢測技術(shù)32
3.4.1多元檢測與檢測方程式32
3.4.2多元復(fù)合檢測33
3.4.3多元識(shí)別檢測34
3.4.4構(gòu)造化檢測35
3.4.5多點(diǎn)時(shí)空檢測35
思考題與習(xí)題36

第二篇過程參數(shù)檢測技術(shù)
4溫度檢測37
4.1測溫方法及溫標(biāo)37
4.1.1測溫原理及方法37
4.1.2溫標(biāo)37
4.2接觸式測溫39
4.2.1熱電偶測溫39
4.2.2熱電阻測溫49
4.2.3集成溫度傳感器54
4.3非接觸式測溫54
4.3.1輻射測溫原理55
4.3.2輻射測溫儀表的基本組成及常用方法55
4.3.3輻射測溫儀表56
4.3.4輻射測溫儀表的表觀溫度57
4.4光纖溫度傳感器58
4.4.1液晶光纖溫度傳感器59
4.4.2熒光光纖溫度傳感器59
4.4.3半導(dǎo)體光纖溫度傳感器59
4.4.4光纖輻射溫度計(jì)59
4.5測溫實(shí)例60
4.5.1管道內(nèi)流體溫度的測量60
4.5.2煙道中煙氣溫度的測量60
4.5.3非接觸法測量物體表面溫度61
思考題與習(xí)題61
5壓力檢測63
5.1壓力單位及壓力檢測方法63
5.1.1壓力的單位63
5.1.2壓力的幾種表示方法63
5.1.3壓力檢測的主要方法及分類64
5.2常用壓力檢測儀表65
5.2.1彈性壓力計(jì)65
5.2.2力平衡式壓力計(jì)68
5.2.3壓力傳感器68
5.3測壓儀表的使用及壓力檢測系統(tǒng)72
5.3.1測壓儀表的使用72
5.3.2壓力檢測系統(tǒng)73
思考題與習(xí)題74
6流量檢測76
6.1流量檢測基本概念76
6.1.1流量的概念和單位76
6.1.2流量測量涉及的流體力學(xué)基本概念76
6.1.3流量檢測方法及流量計(jì)分類78
6.2體積流量檢測方法80
6.2.1容積式流量計(jì)80
6.2.2差壓式流量計(jì)82
6.2.3速度式流量計(jì)92
6.3質(zhì)量流量檢測方法101
6.3.1間接式質(zhì)量流量測量方法101
6.3.2直接式質(zhì)量流量計(jì)103
6.4流量標(biāo)準(zhǔn)裝置105
6.4.1液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置105
6.4.2氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置107
思考題與習(xí)題107
7物位檢測109
7.1物位的定義及物位檢測儀表的分類109
7.1.1物位的定義109
7.1.2物位檢測儀表的分類109
7.2常用物位檢測儀表110
7.2.1靜壓式液位檢測儀表110
7.2.2浮力式物位檢測儀表112
7.2.3其他物位測量儀表114
7.3影響物位測量的因素118
7.3.1液位測量的特點(diǎn)118
7.3.2料位測量的特點(diǎn)118
7.3.3界位測量的特點(diǎn)119
思考題與習(xí)題119
8機(jī)械量檢測120
8.1模擬式位移檢測120
8.1.1電容式位移檢測方法120
8.1.2電感式位移檢測方法122
8.1.3差動(dòng)變壓器位移檢測方法123
8.1.4光纖位移檢測方法124
8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測125
8.2.1光柵標(biāo)尺125
8.2.2莫爾條紋標(biāo)尺125
8.2.3激光掃描測長與圖像檢測126
8.2.4激光測距測速127
8.3轉(zhuǎn)速檢測127
8.3.1離心力檢測法127
8.3.2光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法127
8.3.3空間濾波器式檢測法129
8.3.4MEMS陀螺儀測轉(zhuǎn)速130
8.4力的檢測方法131
8.4.1金屬應(yīng)變元件131
8.4.2半導(dǎo)體應(yīng)變元件133
8.4.3壓電效應(yīng)133
8.4.4壓敏導(dǎo)電橡膠134
8.5加速度與振動(dòng)檢測134
8.5.1加速度檢測原理134
8.5.2動(dòng)電型振動(dòng)檢測方法137
8.5.3微機(jī)械加速度傳感元件138
思考題與習(xí)題139
9成分分析儀表140
9.1成分分析方法及分析系統(tǒng)的構(gòu)成140
9.1.1成分分析方法及分類140
9.1.2自動(dòng)分析系統(tǒng)的構(gòu)成140
9.2幾種工業(yè)用成分分析儀表141
9.2.1熱導(dǎo)式氣體分析器141
9.2.2紅外線氣體分析器143
9.2.3氧化鋯氧分析器144
9.2.4氣相色譜儀146
9.2.5半導(dǎo)體氣敏傳感器148
9.2.6工業(yè)酸度計(jì)151
9.3濕度的檢測153
9.3.1濕度的表示方法及濕度檢測的特點(diǎn)153
9.3.2干濕球濕度計(jì)154
9.3.3電解質(zhì)系濕敏傳感器154
9.3.4陶瓷濕敏傳感器155
9.3.5高分子聚合物濕敏傳感器155
思考題與習(xí)題156

第三篇儀表系統(tǒng)分析
10儀表系統(tǒng)及其理論分析157
10.1儀表發(fā)展概況157
10.2常用儀表分類及特性158
10.2.1常用儀表分類158
10.2.2電動(dòng)單元組合儀表及DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型儀表比較159
10.3儀表輸入輸出靜態(tài)特性分析160
10.3.1輸入輸出特性分析160
10.3.2儀表特性線性化處理分析161
10.4儀表系統(tǒng)建模162
10.4.1時(shí)域模型162
10.4.2頻域模型163
10.4.3離散模型164
10.5儀表系統(tǒng)時(shí)域分析165
10.5.1時(shí)域分析指標(biāo)165
10.5.2階躍擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性分析166
10.5.3等速擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性分析166
10.6儀表系統(tǒng)頻域分析167
10.6.1正弦擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性分析167
10.6.2頻率響應(yīng)Bode圖分析168
10.6.3頻帶分析169
10.7混合儀表系統(tǒng)淺析170
10.7.1混合儀表系統(tǒng)建模170
10.7.2時(shí)域分析171
10.7.3頻域分析171
思考題與習(xí)題172
11變送單元173
11.1常用變送器工作原理173
11.1.1常用變送器結(jié)構(gòu)分析173
11.1.2力矩平衡式原理174
11.1.3橋式電路原理174
11.1.4差動(dòng)方式原理175
11.2DDZ-Ⅲ型差壓變送器176
11.3DDZ-Ⅲ型溫度變送器179
11.3.1直流毫伏輸入電路179
11.3.2熱電偶輸入電路180
11.3.3熱電阻輸入電路181
11.4新型變送器182
11.4.1微電子式變送器182
11.4.2數(shù)字式變送器184
思考題與習(xí)題184
12顯示單元185
12.1顯示儀表工作原理185
12.1.1顯示儀表結(jié)構(gòu)分析185
12.1.2電位差計(jì)式自動(dòng)平衡原理186
12.1.3電橋式自動(dòng)平衡原理186
12.1.4差動(dòng)變壓器式自動(dòng)平衡原理187
12.2傳統(tǒng)顯示及記錄儀表187
12.2.1電位差計(jì)式自動(dòng)平衡顯示儀表187
12.2.2電橋式自動(dòng)平衡顯示儀表188
12.3數(shù)字式顯示及記錄儀表191
12.3.1數(shù)字模擬混合記錄儀191
12.3.2全數(shù)字式記錄儀193
思考題與習(xí)題194
13調(diào)節(jié)控制單元195
13.1常規(guī)控制規(guī)律195
13.1.1典型控制系統(tǒng)195
13.1.2基本控制規(guī)律196
13.1.3常規(guī)控制規(guī)律197
13.1.4實(shí)用PID控制規(guī)律的構(gòu)成200
13.2調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)202
13.2.1DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)202
13.2.2數(shù)字式調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)207
13.3常規(guī)調(diào)節(jié)器基本電路分析209
13.3.1DDZ-Ⅲ型調(diào)節(jié)器基本電路分析209
13.3.2數(shù)字式調(diào)節(jié)器基本電路分析210
13.4可編程序調(diào)節(jié)器212
13.4.1可編程序調(diào)節(jié)器的工作原理212
13.4.2程序控制規(guī)律的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)214
13.5先進(jìn)調(diào)節(jié)器215
13.5.1增強(qiáng)型調(diào)節(jié)器215
13.5.2改進(jìn)型PID控制算法217
思考題與習(xí)題218
14執(zhí)行單元220
14.1執(zhí)行器工作原理220
14.1.1執(zhí)行器分類與比較220
14.1.2執(zhí)行器基本構(gòu)成及工作原理220
14.2氣動(dòng)執(zhí)行器221
14.2.1氣動(dòng)執(zhí)行器基本構(gòu)成221
14.2.2閥門定位器222
14.3電動(dòng)執(zhí)行器223
14.4調(diào)節(jié)閥224
14.4.1調(diào)節(jié)閥工作原理224
14.4.2調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)及分類225
14.4.3調(diào)節(jié)閥的流量特性227
14.4.4調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)228
思考題與習(xí)題228

第四篇系統(tǒng)控制技術(shù)
15計(jì)算機(jī)儀表控制系統(tǒng)230
15.1儀表控制系統(tǒng)230
15.1.1閉環(huán)回路控制系統(tǒng)230
15.1.2閉環(huán)回路連續(xù)特性分析231
15.1.3閉環(huán)回路數(shù)字化離散分析231
15.1.4閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析232
15.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)234
15.2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和評價(jià)234
15.2.2集中控制系統(tǒng)235
15.2.3集散控制系統(tǒng)235
15.2.4分布式控制系統(tǒng)236
15.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢237
15.3.1控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)化237
15.3.2控制系統(tǒng)的系統(tǒng)扁平化238
思考題與習(xí)題239
16現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)241
16.1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展241
16.1.1現(xiàn)場總線的產(chǎn)生241
16.1.2現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展過程241
16.1.3底層總線系統(tǒng)242
16.1.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特征243
16.2主要現(xiàn)場總線系統(tǒng)244
16.2.1CAN總線系統(tǒng)244
16.2.2LonWorks總線系統(tǒng)246
16.2.3ProfiBus總線系統(tǒng)247
16.2.4FF總線系統(tǒng)248
16.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)250
16.3.1現(xiàn)場總線單元設(shè)備250
16.3.2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)251
16.3.3現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成與擴(kuò)展252
16.4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢255
16.4.1控制系統(tǒng)的組織重構(gòu)化255
16.4.2控制系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)化255
思考題與習(xí)題256

第五篇現(xiàn)代檢測與儀表技術(shù)
17虛擬儀器257
17.1虛擬儀器概念及發(fā)展257
17.2虛擬儀器結(jié)構(gòu)和硬件模塊258
17.3虛擬儀器的軟件技術(shù)260
思考題與習(xí)題262
18軟測量方法及技術(shù)263
18.1軟測量概述263
18.2基于統(tǒng)計(jì)方法的軟測量方法264
18.3基于狀態(tài)估計(jì)的軟測量方法266
18.4基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的軟測量方法266
18.5軟測量方法應(yīng)用實(shí)例267
思考題與習(xí)題271
19多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)272
19.1多傳感器數(shù)據(jù)融合概念272
19.2多傳感器數(shù)據(jù)融合框架273
19.2.1多傳感器數(shù)據(jù)融合中的傳感器工作方式273
19.2.2多傳感器數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)275
19.3多傳感器數(shù)據(jù)融合算法276
19.3.1基于Kalman濾波的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法276
19.3.2基于貝葉斯決策的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法281
19.3.3基于DS證據(jù)論的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法284
19.4多傳感器數(shù)據(jù)融合應(yīng)用實(shí)例287
思考題與習(xí)題289
20傳感器網(wǎng)絡(luò)290
20.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展290
20.1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)290
20.1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成291
20.1.3傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展291
20.2傳感器網(wǎng)絡(luò)功能與特點(diǎn)292
20.2.1傳感器網(wǎng)絡(luò)主要功能292
20.2.2傳感器網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)293
20.3傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)294
20.3.1自組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)294
20.3.2自組織路由算法295
20.3.3信道接入技術(shù)296
20.3.4電源管理技術(shù)296
20.3.5微型化技術(shù)296
20.3.6協(xié)同檢測與感知技術(shù)296
20.4傳感器網(wǎng)絡(luò)的延展和應(yīng)用297
20.4.1物聯(lián)網(wǎng)298
20.4.2車聯(lián)網(wǎng)300
20.4.3傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用案例分析301
思考題與習(xí)題307
參考文獻(xiàn)308