《化工測量及儀表》(第四版)的主要內(nèi)容包括緒論、檢測基礎(chǔ)知識和測量數(shù)據(jù)處理的基本理論、流程工業(yè)主要的五類檢測對象(壓力、物位、流量、溫度、成分)的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)和測量設(shè)備,并介紹了流程工業(yè)工程檢測的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢。
本書適合作為普通本科院?刂菩畔㈩、電氣類、儀器儀表類專業(yè)學生學習流程工業(yè)(石油化工、冶金、電力、輕化工等)自動化控制技術(shù)教材。書中所闡述的內(nèi)容,同樣可滿足流程工業(yè)相關(guān)工藝專業(yè)的學生了解測量技術(shù)的需要,也可供有關(guān)工程技術(shù)人員和儀表工人閱讀參考。
前言
《化工測量及儀表》自首次出版以來已經(jīng)過了多次改版,在高校教學中得到了廣泛的應(yīng)用和良好的評價。本次是出版以來的第四版,近十年來,流程工業(yè)的測量技術(shù)伴隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、有線和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展發(fā)生著日新月異的變化,測量技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展在不斷融入著新的理念、新的手段、新的材料、新的方法,因此需要對教學內(nèi)容及時更新,確保跟隨工程測量技術(shù)發(fā)展飛快的步伐。
本書在保留原有基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上,本著“基本理論適度,注重工程應(yīng)用”的原則,結(jié)合目前工業(yè)應(yīng)用的實際情況,對前一版教材進行了補充和修改。
主要特點有:
1.把握核心、突出重點:將側(cè)重點放在流程工業(yè)主要的測量技術(shù)方面,按被測參數(shù)的類型和測量系統(tǒng)的組成進行內(nèi)容劃分,把測量技術(shù)作為最為核心的內(nèi)容。
2.緊跟工業(yè)測量技術(shù)發(fā)展:在修訂過程中,結(jié)合企業(yè)應(yīng)用情況的調(diào)研,并通過多方收集的資料,適當刪減了部分非主流技術(shù)和儀表的篇幅,同時對目前工業(yè)測量廣泛應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備介紹進行了補充,加入了工業(yè)測量在工業(yè)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)融合、仿生傳感技術(shù)、人工智能、虛擬儀器等方面應(yīng)用的相關(guān)知識介紹。
3.注重實際與工程應(yīng)用:給出較多的實物圖例和實際應(yīng)用范例,將課程教授的理論知識與實際應(yīng)用進行有機融合,使學生了解所學知識的應(yīng)用環(huán)境。
本書文字闡述簡潔易懂,理論說明盡可能做到深入淺出、易于理解、便于自學,適合作為普通高校自動化、電氣工程與自動化、儀器與儀表等專業(yè)的教學資料,也可用于從事工業(yè)自動化系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用行業(yè)工作的相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)參考。
本次修訂由東華大學負責,左鋒編寫了第1、2、5、7、8章,王璽編寫了第3、4、6、9章,并請陳憂先先生主審。在編寫過程中得到了編者的同事、學生以及企業(yè)、研究部門從事相關(guān)工作人士的許多幫助,在此表示衷心的感謝。
現(xiàn)代檢測技術(shù)是一門日新月異的多學科交叉的技術(shù),雖然本書編者長期從事大學本科生和研究生的教學、科研與實驗工作,對工程檢測有深刻的理解,但畢竟編者知識有限以及時間倉促,書中不足之處,真誠歡迎讀者批評、指正。
編者
2020年4月
第二版前言
《化工測量及儀表》一書自1982年出版以來,被許多院校所采用。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和與國際接軌,測量技術(shù)與儀表都有了很大的發(fā)展與變化,國內(nèi)所接觸的儀表品種范圍更加擴大,部分標準和規(guī)定也發(fā)生了變化。為此,本書對第一版教材進行較大的修改和增刪,采用了最新的國家標準。希望通過此書能幫助讀者掌握化工測量及儀表的基本原理和特性,用好現(xiàn)有儀表,并能溫故知新,進行改進和創(chuàng)新。
第一版教材參加編寫的人員有:華東石油學院(現(xiàn)石油大學)奚立明、曹文舉、范玉久;上;W院(現(xiàn)華東理工大學)章先樓、沈關(guān)梁;上海紡織工學院[現(xiàn)東華大學(原中國紡織大學)]嚴雋道。由浙江大學李海青主審、上海化工學院(現(xiàn)華東理工大學)陳彥萼、天津大學張立儒審定。參加本次修訂的人員有石油大學(華東)杜鵑(第一、二、四篇),范玉久(概述、第三篇),羅萬象(第五篇);東華大學(原中國紡織大學)陳憂先(第六篇第一、二、四、五章)、左鋒(第六篇第三章)。由重慶大學朱麟章審閱。
在編寫過程中得到了長期從事計量和儀表工作的專家們的幫助,特此表示感謝。
由于編者水平有限,書中尚有不足及錯誤之處,歡迎讀者批評、指正。
編者
2001.5
第三版前言
《化工測量及儀表》一書自1982年出版以來,被許多院校所采用。2002年《化工測量及儀表》第二版問世,對第一版教材進行了較大的修改,采用了當時最新的國家標準。第二版前后共印刷了16次之多。
隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展,檢測理論與測量技術(shù)都發(fā)生了巨大的變化,為此,本書對第二版進行了重大的增刪和修改,書的結(jié)構(gòu)也進行了重建,共分成三個模塊(三大篇)。第1篇含第1、2兩章,主要講述測量的基礎(chǔ)知識、誤差的處理以及檢測系統(tǒng)的動靜態(tài)特性。第2篇包括第3、4、5、6、7共五章,主要介紹各種傳感器的基本原理,強調(diào)對壓力、溫度、物位、流量、成分等五大重要參數(shù)的自動測量。第8、9兩章為第3篇,主要講述各類顯示儀表的構(gòu)成(重點分析微機化儀表和虛擬儀器兩類)以及近年來涌現(xiàn)出的主要的測量新技術(shù)。
第一版教材參加編寫的人員有:石油大學(華東)、華東理工大學以及東華大學的教師奚立明、曹文舉、范玉久、章先樓、沈關(guān)梁、嚴雋道。第二版教材參加編寫的人員有:石油大學(華東)和東華大學的教師杜鵑、范玉久、羅萬象、陳憂先以及左鋒。
本次修訂由東華大學(原中國紡織大學)負責,陳憂先編寫了第1、2、9章,左鋒編寫了第3、4、5章,董愛華編寫了第6、7章,第8章由陳憂先、崔正剛、顧斌合作編寫,并敬請范玉久先生主審。
本書配有電子教案,需要者可登錄www.cipedu.com.cn,免費下載。
在編寫過程中得到了河北理工大學智能儀器廠等單位不少專家的指點,美國NI公司技術(shù)市場工程師倪斌先生也幫助審閱了相關(guān)章節(jié),特此表示感謝。
現(xiàn)代檢測技術(shù)是一門日新月異的多學科交叉的技術(shù),雖然本書編者們長期從事大學本科生和研究生的教學、科研與實驗,對工程檢測有深刻的理解,但畢竟編者知識有限以及時間倉促,書中不足之處,真誠歡迎讀者批評、指正。
編者
2009.10
第1章緒論001
1.1測量的含義和地位 001
1.2發(fā)展中的測量技術(shù) 002
1.3自動檢測技術(shù)就在我們身邊 003
1.4流程工業(yè)中測量技術(shù)的特點 004
思考題和習題 005
第2章工業(yè)過程測量基礎(chǔ)006
2.1檢測的基本概念 006
2.1.1傳感器與測量系統(tǒng)的組成/006
2.1.2測量方法及其分類/008
2.1.3測量系統(tǒng)或儀表的基本性能指標和術(shù)語/009
2.2測量誤差概述 014
2.2.1測量誤差客觀存在/014
2.2.2測量誤差產(chǎn)生的規(guī)律/016
2.3隨機誤差的處理與測量不確定度的表示 018
2.3.1隨機誤差的處理/018
2.3.2測量結(jié)果的置信度/021
2.4系統(tǒng)誤差以及粗大誤差的處理 022
2.4.1系統(tǒng)誤差的分類/022
2.4.2系統(tǒng)誤差的判斷和消除/023
2.4.3粗大誤差的處理/024
思考題和習題 025
第3章壓力測量026
3.1壓力檢測概述 026
3.1.1壓力定義及單位/026
3.1.2壓力的幾種表示方法/027
3.2機械式壓力計 027
3.2.1彈性元件/027
3.2.2彈性元件在壓力測量中的應(yīng)用/029
3.3電阻式壓力計 031
3.3.1應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)的原理/031
3.3.2基于金屬應(yīng)變片的電阻式壓力傳感器/032
3.3.3壓阻元件和電阻式差壓傳感器/034
3.3.4溫度補償與測量電路/034
3.4電容式壓力計 038
3.4.1電容式傳感器的原理/038
3.4.2電容式壓力傳感器/040
3.4.3測量電路/042
3.5電感式壓力計 046
3.5.1自感式傳感器/046
3.5.2互感式差動傳感器/050
3.6霍爾式壓力計 054
3.6.1霍爾傳感器的工作原理/054
3.6.2霍爾式壓力計的工作原理/056
3.7其他壓力測量方法 059
3.7.1壓電式壓力計/059
3.7.2振動式壓力計/063
3.7.3光纖壓力計/066
3.8壓力表的選擇和安裝 068
3.8.1壓力儀表的選擇/068
3.8.2壓力表的安裝/069
思考題和習題 071
第4章物位測量072
4.1浮力式液位計 072
4.1.1浮子式液位計/072
4.1.2浮筒式液位計/075
4.2靜壓式液位計 076
4.2.1測量原理/076
4.2.2壓力式液位計/077
4.2.3差壓式液位計/078
4.3電容式液位計 081
4.3.1測量原理/081
4.3.2非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量/081
4.3.3導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量/082
4.3.4固體料位的測量/083
4.4非接觸式物位測量 084
4.4.1超聲波物位計/084
4.4.2雷達物位計/086
4.4.3光電式物位計/087
思考題和習題 091
第5章流量測量092
5.1流量測量的基本概念 092
5.1.1流量的定義/092
5.1.2流體特性參數(shù)對流量測量的影響/092
5.1.3流動狀態(tài)與流量測量/093
5.1.4流體流動中的能量狀態(tài)轉(zhuǎn)換/094
5.1.5流量測量方法分類/095
5.2節(jié)流式流量計 095
5.2.1測量原理/096
5.2.2常用節(jié)流裝置/098
5.2.3節(jié)流裝置的安裝/104
5.3動壓式流量計 108
5.3.1測量原理/108
5.3.2皮托管的其他應(yīng)用結(jié)構(gòu)/110
5.4離心式流量計 111
5.4.1測量原理/111
5.4.2彎管流量計的應(yīng)用特性/113
5.5電磁式流量計 114
5.5.1測量原理/115
5.5.2電磁流量計的傳感器結(jié)構(gòu)/116
5.5.3電磁流量計的信號轉(zhuǎn)換器/118
5.5.4電磁流量計的特點和應(yīng)用/121
5.6超聲波流量計 122
5.6.1傳播速度法的測量原理/122
5.6.2多普勒法的測量原理/126
5.6.3超聲波流量計的特點和應(yīng)用/129
5.7渦輪流量計 130
5.7.1渦輪流量計的結(jié)構(gòu)/130
5.7.2渦輪流量計傳感器的工作原理/131
5.7.3渦輪旋轉(zhuǎn)信號的測量及處理/133
5.7.4渦輪流量計的特點/134
5.8容積式流量計 134
5.8.1測量原理/135
5.8.2容積式流量計的特性/136
5.9質(zhì)量流量計 138
5.9.1科氏力流量計/139
5.9.2量熱式質(zhì)量流量計/143
5.10多相流體測量技術(shù) 144
5.10.1多相流測量技術(shù)的種類和特點/145
5.10.2多相流測量的過程層析成像技術(shù)/147
思考題和習題 148
第6章溫度測量149
6.1概述 149
6.1.1溫標/149
6.1.2溫度的測量方法/150
6.1.3溫度測量儀表的分類/151
6.2熱膨脹式溫度計 151
6.2.1測溫原理/151
6.2.2雙金屬溫度計的結(jié)構(gòu)/152
6.3熱電偶溫度計 153
6.3.1測量原理/153
6.3.2熱電偶材料與結(jié)構(gòu)/157
6.3.3熱電偶的冷端溫度補償/160
6.3.4熱電偶測溫線路及誤差分析/163
6.3.5安裝、使用熱電偶溫度計的注意事項/165
6.4熱電阻溫度計 167
6.4.1熱電阻的測溫原理/167
6.4.2熱電阻材料與結(jié)構(gòu)/168
6.5非接觸式溫度計 173
6.5.1熱輻射基本定理/174
6.5.2光電高溫計/176
6.5.3比色溫度計/177
6.5.4輻射溫度計/178
6.6其他類型的溫度傳感器 179
6.6.1光纖溫度計/179
6.6.2基于半導(dǎo)體的溫度傳感器/181
6.6.3集成式溫度傳感器/183
6.6.4石英振蕩器溫度傳感器/185
思考題和習題 185
第7章工業(yè)分析儀表187
7.1概述 187
7.1.1工業(yè)分析儀表的概念及其應(yīng)用/187
7.1.2工業(yè)分析儀表分類/188
7.1.3工業(yè)分析儀表的組成/189
7.2工業(yè)分析儀表的自動取樣和預(yù)處理系統(tǒng) 190
7.2.1自動取樣和預(yù)處理系統(tǒng)的功能/190
7.2.2自動取樣和預(yù)處理系統(tǒng)的組成/191
7.3熱學和磁學式分析儀 192
7.3.1熱導(dǎo)式氣體分析儀/193
7.3.2熱磁式氧分析器/198
7.4 電化學式在線分析儀 201
7.4.1工業(yè)pH計/201
7.4.2氧化鋯氧分析器/208
7.5工業(yè)色譜儀和質(zhì)譜儀 211
7.5.1工業(yè)色譜儀/211
7.5.2工業(yè)質(zhì)譜儀/215
7.6濕度的自動測量 222
7.6.1濕度的表示方法/222
7.6.2電阻式濕度計/222
7.6.3電解式濕度計/223
7.6.4電容式濕度計/224
7.7密度的自動測量 225
7.7.1壓力式密度計/225
7.7.2重力式密度計/225
7.7.3振動式密度計/227
思考題和習題 229
第8章儀表的數(shù)據(jù)處理和顯示技術(shù)230
8.1二次儀表的概念及其作用 230
8.2二次儀表的信號處理 231
8.2.1信號的標準化及標度變換/231
8.2.2非線性補償/231
8.3儀表的數(shù)字顯示技術(shù) 232
8.3.1數(shù)字式儀表的組成/232
8.3.2數(shù)字顯示技術(shù)特點/233
8.3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換/233
8.3.4儀表的數(shù)字式顯示器件/237
8.4智能儀表 240
8.4.1智能儀表綜述/240
8.4.2智能儀表硬件/241
8.4.3智能儀表軟件/244
8.4.4智能儀表標度變換和線性化/245
8.5虛擬儀器與圖形化顯示技術(shù) 247
8.5.1虛擬儀器技術(shù)概述/247
8.5.2虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)中的硬件組成/248
8.5.3虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)中的軟件組成/249
8.5.4虛擬儀器的設(shè)計簡介/250
8.5.5虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢/251
思考題和習題 252
第9章日新月異的測量技術(shù)及應(yīng)用254
9.1一體化技術(shù) 254
9.1.1數(shù)控機床與數(shù)控技術(shù)/254
9.1.2工業(yè)機器人/255
9.1.3柔性制造系統(tǒng)FMS簡介/256
9.2仿生傳感器 257
9.2.1視覺傳感器/257
9.2.2聽覺傳感器/258
9.2.3觸覺傳感器/259
9.2.4接近覺傳感器/260
9.3多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù) 261
9.3.1基本原理/261
9.3.2數(shù)據(jù)融合模型與方法/262
9.3.3多傳感器數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用/263
9.4軟測量技術(shù) 264
9.4.1概述/264
9.4.2軟測量技術(shù)的實現(xiàn)步驟/265
9.4.3軟測量技術(shù)的應(yīng)用與趨勢/267
9.5物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 268
9.5.1網(wǎng)絡(luò)化傳感器/268
9.5.2網(wǎng)絡(luò)化儀表與設(shè)備/272
9.5.3網(wǎng)絡(luò)化傳感技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用/275
思考題和習題 275
附錄一常用熱電偶分度表276
附錄二常用熱電阻分度表285
參考文獻289