过程测控技术及仪表装置

　　本书介绍过程控制中各种常见变量的检测和控制技术，以及相应的仪表、计算机控制系统及装置，并结合测控技术的发展，介绍一些新的应用方法。在过程测量仪表方面主要介绍温度、压力、流量、物位、成分分析的检测技术和仪表，以及过程变量显示记录仪表。在过程控制仪表方面主要介绍变送器、执行器、控制器。在计算机控制系统及装置方面主要介绍可编程序控制器、计算机监督控制系统、集散控制系统和现场总线。此外还介绍了软测量技术、多传感器数据融合技术、虚拟仪器以及无线传感器网络技术等过程测控新技术。 本书将基本原理介绍与实际应用相结合，可作为高等院校自动化专业、测控技术与仪器专业以及其他涉及过程测量与控制的专业（如石油、石化、化工、制药、食品、冶金、纺织、轻工等）教材使用，也可用于过程自动化专业技术培训，供相关工程技术人员参考。

　　孙自强，华东理工大学，自动化系主任，教授，从事自动化和测控仪表装置教学和科研工作。负责国家特色专业：自动化专业建设，负责《测控技术与仪器仪表概论》的课程建设。科研方面，主持或参加多个项目，包括国家863项目、国家自然科学基金项目等，以及横向科研合作项目。内容涉及过程建模、优化和控制，新型检测技术，智能化仪表开发等。

第1章绪论
1.1过程测控仪表在自动控制系统中的作用和发展状况1
1.1.1过程测控仪表在自动控制系统中的作用1
1.1.2过程测控仪表发展状况2
1.2测控仪表主要相关基础知识4
1.2.1仪表主要性能指标5
1.2.2测量误差6
1.2.3测量误差与仪表精度等级的关系7
1.3化工过程生产安全防爆技术简介8
思考题与习题9
第2章温度检测
2.1温度检测方法10
2.2热电偶11
2.2.1热电偶工作原理11
2.2.2热电偶种类12
2.2.3热电偶结构13
2.2.4补偿导线14
2.2.5热电偶参比端温度补偿14
2.2.6热电偶串、并联线路16
2.3热电阻16
2.3.1金属热电阻16
2.3.2半导体热敏电阻17
2.4热电偶、热电阻的选用18
2.4.1选择18
2.4.2安装18
2.4.3使用19
2.5辐射式测温仪表19
2.6光纤温度传感器21
思考题与习题21
第3章压力检测
3.1压力单位和压力检测方法22
3.1.1压力的单位22
3.1.2压力的表示方法23
3.1.3压力的检测方法23
3.2常用压力检测仪表23
3.2.1弹性式压力表23
3.2.2液柱式压力计25
3.2.3负荷式压力计25
3.2.4压力传感器25
3.2.5压力开关28
3.3压力表的选用29
思考题与习题29
第4章流量检测
4.1流量基本概念和检测方法30
4.1.1流量基本概念30
4.1.2流量检测的主要方法31
4.2体积式流量计32
4.2.1差压流量计32
4.2.2电磁流量计42
4.2.3转子流量计45
4.2.4涡轮流量计47
4.2.5旋涡流量计47
4.2.6超声流量计48
4.2.7容积流量计48
4.3质量流量计50
4.3.1科里奥利质量流量计50
4.3.2热式质量流量计52
4.3.3间接式质量流量计54
4.4流量测量仪表现场校验54
4.4.1零点校验55
4.4.2示值校验55
4.5流量检测仪表的选用57
4.5.1仪表选型步骤57
4.5.2按仪表性能方面选用59
4.5.3按流体特性方面选用60
4.5.4安装条件方面61
4.5.5环境条件方面62
4.5.6经济方面63
思考题与习题64
第5章物位检测
5.1物位检测方法65
5.2常用物位检测仪表66
5.2.1浮力式液位计66
5.2.2差压式液位计66
5.2.3电容式物位计68
5.2.4超声波物位计69
5.2.5核辐射式物位计70
5.2.6雷达物位计70
5.2.7伺服液位计71
5.2.8磁致伸缩液位计72
5.2.9物位开关72
5.3物位检测仪表的选用73
思考题与习题74
第6章成分分析仪表
6.1成分分析方法75
6.1.1热导式气体成分检测75
6.1.2磁导式含氧量检测76
6.1.3氧化锆分析器77
6.1.4红外线成分检测77
6.1.5电导式浓度监测78
6.1.6色谱分析78
6.1.7酸度（pH）检测80
6.1.8湿度检测81
6.1.9密度检测81
6.1.10水质浊度计82
6.1.11溶解氧分析仪82
6.1.12微量氧分析仪83
6.1.13可燃气体及有毒气体报警器84
6.2成分、物性检测的静态特性84
6.3成分、物性检测的动态特性85
思考题与习题86
第7章显示仪表
7.1模拟式显示仪表88
7.1.1电子电位差计88
7.1.2电子自动平衡电桥90
7.2数字式显示仪表91
7.2.1数显仪表的分类91
7.2.2数显仪表的主要技术指标91
7.2.3数显仪表的基本组成92
7.3新型显示仪表95
7.3.1显示仪表发展动态96
7.3.2无纸记录仪97
7.3.3虚拟显示仪表97
思考题与习题98
第8章变送器
8.1变送器的构成99
8.1.1模拟变送器的构成99
8.1.2智能变送器的构成100
8.1.3量程调整、零点调整和零点迁移101
8.2差压变送器102
8.2.1电容式差压变送器102
8.2.2压阻式差压变送器111
8.2.3智能式差压变送器113
8.3温度变送器114
8.3.1模拟式温度变送器114
8.3.2一体化温度变送器126
8.3.3智能式温度变送器127
思考题与习题128
第9章执行器
9.1执行器的基本概念129
9.1.1执行器的组成129
9.1.2执行器的作用方式129
9.2电动执行机构130
9.3气动执行机构130
9.3.1薄膜式131
9.3.2活塞式132
9.4控制阀133
9.4.1控制阀结构133
9.4.2控制阀类型133
9.4.3控制阀的流量特性135
9.5阀门定位器139
9.5.1气动阀门定位器139
9.5.2电气阀门定位器140
9.5.3智能阀门定位器141
9.6控制阀的选用142
9.6.1控制阀结构形式及材质的选择142
9.6.2控制阀流量特性的选择144
9.6.3控制阀口径的确定145
9.7自力式调节阀 146
9.7.1自力式压力调节阀146
9.7.2自力式温度调节阀147
9.7.3自力式流量调节阀148
9.8数字阀和智能控制阀148
9.8.1数字阀148
9.8.2智能控制阀149
思考题与习题149
第10章控制器
10.1控制器的基本概念150
10.1.1控制规律150
10.1.2PID控制规律及其特点151
10.2PID算法实现156
10.2.1模拟PID算法实现156
10.2.2离散PID算法实现157
10.2.3采用离散PID算法与连续PID算法的性能比较158
10.3基型控制器158
10.3.1原理方框图159
10.3.2线路分析159
10.3.3基型控制器的使用168
10.4数字式控制器169
10.4.1数字式控制器的主要特点169
10.4.2数字式控制器的基本构成170
思考题与习题173
第11章可编程控制器
11.1概述174
11.1.1可编程控制器174
11.1.2可编程控制器基本结构175
11.1.3可编程控制器工作原理177
11.1.4可编程控制器的编程语言178
11.2常见可编程控制器及其应用185
11.2.1西门子S7系列PLC概述185
11.2.2西门子S7系列PLC的应用举例187
思考题与习题189
第12章计算机监督控制系统
12.1计算机监督控制系统组成结构191
12.1.1计算机监督控制系统硬件组成191
12.1.2计算机监督控制系统软件组成195
12.2典型的组态软件197
12.2.1iFix组态软件197
12.2.2组态王200
思考题与习题203
第13章集散控制系统和现场总线
13.1概述204
13.2集散控制系统205
13.2.1集散控制系统组成205
13.2.2集散控制系统通信网络207
13.2.3典型集散控制系统及其应用210
13.3现场总线219
13.3.1几种常见的现场总线219
13.3.2实时工业以太网技术223
13.3.3现场总线控制系统227
思考题与习题229
第14章现代测控技术与仪表
14.1软测量技术230
14.1.1软测量的概念230
14.1.2软测量技术的实现方法231
14.1.3软测量建模技术232
14.2多传感器数据融合技术233
14.2.1概述233
14.2.2多传感器数据融合结构234
14.2.3多传感器数据融合方法235
14.3虚拟仪器236
14.3.1概述236
14.3.2虚拟仪器结构和硬件模块237
14.3.3虚拟仪器的软件技术238
14.4无线传感器网络技术239
14.4.1无线传感器网络的概念和特点239
14.4.2无线传感器网络的结构240
14.4.3无线传感器网络的关键技术241
思考题与习题242
参考文献