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出版者:化学工业

作者:吴勤勤

出品人:

页数:337

译者:

出版时间:1997-3

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787502517885

丛书系列:

图书标签:

• 控制仪表
• 过程控制
• 自动化
• 仪器仪表
• 工业自动化
• 测量技术
• 传感器
• 执行器
• PLC
• DCS

《仪表与测量技术：从原理到实践》 内容简介： 本书深入浅出地剖析了现代工业和科研领域中至关重要的“仪表与测量技术”，旨在为广大工程师、技术人员、学生以及对精密测量感兴趣的读者提供一套系统、全面且实用的知识体系。本书的编写，紧密围绕着“如何准确、可靠、高效地获取和处理各种物理量信息”这一核心议题，从基础原理出发，逐步深入到各类仪器的设计、应用、校准及维护，并结合实际工程案例，展现了测量技术在解决复杂问题中的强大力量。 第一部分：测量学基础与误差分析 本部分是理解后续所有仪表与测量内容的地基。我们将从最基本的“测量”概念出发，阐述测量的目的、意义以及其在科学研究和工程实践中的不可替代性。随后，系统介绍各类测量误差的来源，包括系统误差、随机误差和过失误差，并深入探讨其产生的原因及影响。在此基础上，本书将详细讲解各种误差的统计分析方法，如算术平均值、标准偏差、置信区间等，教会读者如何量化测量的不确定性，并采取有效措施来减小和控制误差，从而提高测量结果的可靠性。我们将通过具体的实例，演示如何使用统计学工具来评估测量系统的精度和准确度，为后续仪表选择和使用提供科学依据。 第二部分：经典测量原理与仪表 本部分将聚焦于那些经过时间检验、构成了现代测量学基石的经典原理和代表性仪表。我们将详细讲解电阻、电容、电感等基本电学参数的测量原理，并在此基础上介绍各类电阻式、电容式、电感式传感器的工作机制，如应变片、电容式液位计、电感式位移传感器等。 力学量测量： 深入探讨了力的测量（如测力计、称重传感器）、压力的测量（如压力计、压力传感器）、位移/速度/加速度的测量（如LVDT、编码器、加速度计）以及流量的测量（如涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计）。我们将逐一剖析它们的结构、工作原理、优缺点以及适用范围。 热学量测量： 详尽阐述了温度的测量（如热电偶、热电阻、红外测温仪）以及热流、热导率等参数的测量方法。读者将了解不同温度传感器的特性、选择依据以及在不同环境下的应用技巧。 电学量测量： 除了基础电学参数，我们还将深入介绍电压、电流、电阻、电容、电感等电量的高精度测量技术，以及频率、相位等时域和频域特性的测量。涵盖了数字万用表、示波器、信号发生器、频谱分析仪等常用电学测量仪器的工作原理和操作要领。 磁学量测量： 介绍磁场强度、磁通量等磁学量的测量方法和仪器，如特斯拉计、磁通计等。 光学量测量： 讲解光强、照度、光谱等光学量的测量原理和仪器，如光度计、光谱仪等。 第三部分：现代传感器技术与应用 随着科技的飞速发展，传感器技术已成为测量领域最活跃、最具创新性的前沿。本部分将重点介绍近年来涌现的先进传感器技术及其在各个领域的广泛应用。 半导体传感器： 深入研究基于半导体材料的各类传感器，包括MEMS（微机电系统）传感器（如MEMS加速度计、陀螺仪、压力传感器）、气体传感器（如半导体式气体传感器）、光敏传感器（如CMOS、CCD图像传感器）以及生物传感器等。我们将解析其微纳加工工艺、传感机理和集成化设计。 智能传感器： 探讨了集成了微处理器、存储器和通信接口的智能传感器，它们能够进行数据采集、预处理、自校准甚至做出初步判断。我们将分析智能传感器的发展趋势，如物联网（IoT）中广泛应用的无线传感器节点。 光纤传感器： 详细介绍基于光纤的光学传感器，它们具有抗电磁干扰、高灵敏度、远距离传输等优点，在恶劣环境下应用广泛，如光纤光栅传感器、光纤干涉仪等。 新型传感材料： 介绍石墨烯、纳米材料、压电陶瓷等新型传感材料在传感器设计中的应用潜力，以及它们带来的性能突破。 生物医学传感器： 关注与生命科学相关的传感器技术，如血糖传感器、心电图传感器、DNA传感器等，以及它们在医疗诊断、健康监测中的重要作用。 第四部分：信号处理与数据采集 精确的测量结果需要通过适当的信号处理和数据采集系统才能转化为有用的信息。本部分将系统介绍这一关键环节。 信号的分类与特性： 阐述模拟信号与数字信号的区别，以及信号的幅值、频率、相位、噪声等特性。 信号的滤波与放大： 介绍各种模拟和数字滤波技术（如低通、高通、带通、带阻滤波器），以及信号放大器的原理和应用，以提高信号的信噪比和可用性。 数据采集系统（DAS）： 详细讲解数据采集系统的组成部分，包括传感器接口、采样器、模数转换器（ADC）、存储器和计算机接口。我们将分析ADC的采样率、分辨率和量化误差等关键参数。 数字信号处理（DSP）： 介绍数字信号处理的基本概念和常用算法，如傅里叶变换（FFT）、滤波器设计、信号去噪和特征提取等，以及它们在提高测量精度和信息提取方面的应用。 通信接口与协议： 讲解常用的传感器与数据采集系统之间的通信接口（如UART, SPI, I2C）和工业通信协议（如Modbus, Profibus, EtherNet/IP），以及它们在构建分布式测量系统中的作用。 第五部分：仪器的校准、维护与可靠性 任何测量仪器都必须经过严格的校准才能保证其测量结果的准确性。同时，仪器的定期维护对于保证其长期稳定运行至关重要。 仪器校准： 详细介绍仪器校准的原理、方法和流程，包括校准依据、校准周期、校准设备的选择以及校准证书的解读。我们将重点阐述溯源至国家计量基准的重要性。 不确定度评估： 讲解如何根据GUM（Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement）等国际标准对测量结果的不确定度进行评估，这是现代计量学的重要组成部分。 仪器维护与故障诊断： 提供关于仪器日常维护、保养和常见故障的排除方法，以及如何通过定期的检查和预防性维护来延长仪器使用寿命。 仪器可靠性工程： 探讨了提高仪器可靠性的设计原则、制造工艺以及可靠性测试方法，以确保仪器在各种工况下的稳定运行。 第六部分：工程应用案例与前沿发展 本部分将通过大量的实际工程应用案例，生动地展示仪表与测量技术在各个行业的关键作用，并展望该领域的未来发展趋势。 工业自动化与过程控制： 讲解温度、压力、流量、液位等参数在化工、电力、冶金、制药等行业的测量与控制系统设计。 环境监测与保护： 介绍空气质量、水质、土壤污染物等环境参数的测量技术，以及在污染源监控和环境治理中的应用。 航空航天与国防： 探讨高精度、高可靠性测量仪器在飞机、火箭、卫星等领域的应用，以及特种环境下的测量挑战。 医疗健康与生命科学： 展示各类生理参数监测仪器（如血压计、心电图仪、脑电图仪）以及实验室分析仪器的测量原理。 交通运输与智能制造： 讲解车辆传感器、导航系统、生产线监控等测量技术的应用。 新兴技术展望： 探讨如量子计量、纳米测量、大数据与人工智能在测量领域的融合应用，以及未来测量技术的发展方向。 本书力求以通俗易懂的语言，辅以大量图表和实例，将复杂的测量原理和技术转化为读者易于理解和掌握的知识。通过学习本书，读者将能够： 深刻理解各类物理量测量的基本原理。 熟练掌握不同类型仪器的选择、操作和数据解读。 具备分析和评估测量误差的能力，并能有效控制测量不确定性。 了解最新的传感器技术及其在实际工程中的应用。 掌握仪器校准、维护和故障排除的基本技能。 开阔视野，了解仪表与测量技术在推动科学技术进步和社会发展中的重要贡献。 本书适合作为高等院校相关专业（如自动化、电子工程、机械工程、物理学、化学等）的教材或参考书，也是工程师、技术人员以及科研工作者提升专业技能的宝贵资源。

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这本书的排版和图表绘制质量，坦白地说，有些令人不忍直视。特别是那些复杂的系统框图和信号流图，线条交叉重叠，标识符小得像蚂蚁，即便是戴着老花镜，也很难快速区分不同反馈回路之间的区别。这极大地影响了我的阅读效率，我不得不经常对照着书中的公式，自己用软件重新画一遍框图才能理清思路。在涉及到动态响应仿真曲线的部分，很多曲线的坐标轴标注不够清晰，甚至有些图例和文字说明存在脱节的现象，这在需要精确对比不同控制器性能参数时，造成了极大的困扰。我花费了大量时间去猜测作者试图表达的某个特定工况下的系统超调量到底是多少。另外，书中对一些关键术语的定义，虽然在首次出现时做了解释，但后续的行文中缺乏统一的缩写或符号规范，导致阅读时需要频繁回溯查找定义，这让阅读节奏完全被打乱。作为一本专业的参考书，如果能提升一下视觉呈现的专业度和清晰度，对于读者理解复杂的控制系统动态行为，将是巨大的帮助。

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我购买这本书的初衷，是希望它能提供一套关于先进过程控制（APC）的实用指南，特别是针对像化工或冶金这类大型、高耦合过程的优化控制策略。我原本期待里面能有详细介绍模型预测控制（MPC）的具体实现流程，包括如何构建准确的工况模型、如何处理约束条件、以及在线求解优化问题的计算效率问题。然而，书中对MPC的论述相对简略，更像是一个概念的介绍，而非工程实施的深度指南。它更多地强调了传统解耦控制和先进PID的组合应用，这些方法在处理简单过程时非常有效，但在面对多变量强耦合、滞后时间变化剧烈的真实工业流程时，其鲁棒性和优化能力显得力不从心。我翻阅了关于自适应控制的部分，期望能找到关于参数辨识与控制器在线整定的具体算法流程和注意事项，但书中所给出的算法描述，多数停留在理论层面，缺乏对实际工况下数据质量、模型失配等实际问题的应对策略。对于追求流程优化和能耗降低的工程师来说，这本书的广度够了，但处理尖端工程挑战的“深度挖掘”还远远不够。

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这本书的阅读体验，对我来说更像是一次对经典控制工程原理的“考古”。它的语言风格非常严谨，甚至是带着一点年代感的学术腔调，这使得一些现代工程师可能不太习惯。我注意到书中引用的许多经典文献和案例都停留在上世纪末的水平，这在理解现代高性能伺服控制和网络化控制系统时，会略显滞后。比如，当今工业界广泛使用的基于EtherCAT或PROFINET的实时以太网控制，书中几乎没有涉及，这使得我无法用书中的框架直接去分析现代高速运动控制的同步性和抖动问题。我试图用书中的频域分析方法去套用一些现代的电机控制算法，结果发现，由于采样率和时延模型的差异巨大，很多结论的直接适用性大打折扣。这本书的价值在于建立基础，但如果你是冲着最新的工业4.0、工业物联网（IIoT）的应用场景来的，你会发现需要大量的补充阅读来“补课”。它像一本打地基的经典著作，虽然坚固，但上层的建筑风格已经更新换代了。对于那些习惯了图形化编程和一键式配置的工程师来说，这本书里大量的数学符号和矩阵运算可能会成为阅读的门槛。

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说实话，我买这本书的时候，是冲着它名字里那个“装置”二字去的，希望能看到一些现代分布式控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC）的硬件选型、接线规范，以及SCADA系统的人机界面（HMI）设计规范。结果发现，这本书的重心明显更偏向于控制器的“大脑”——算法和理论，而非“躯干”和“皮肤”——物理实现和操作界面。例如，书中关于传感器信号调理的部分，更多的是从信号处理的角度去分析噪声抑制，而不是具体讲解某种标准信号（如4-20mA或HART协议）在不同环境下的实际布线要求和电磁兼容性（EMC）问题。我对书中关于模糊逻辑和神经网络控制的章节很感兴趣，但它们更像是理论上的探讨，缺乏具体的案例分析，比如如何将一个训练好的模糊规则集成功地移植到一个资源受限的嵌入式控制器上，并在实际生产线中进行在线标定。我期待的“装置”介绍，可能更偏向于选型手册的实用性，比如不同厂商的现场总线（如Profibus与Foundation Fieldbus）在应用场景下的优劣对比，以及冗余架构的建立流程。这本书在理论深度上是毋庸置疑的，但对于工程人员而言，那种“从图纸到现场”的实操经验分享，稍显不足，更像是一本优秀的研究型教材，而不是一本工程实践手册。

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这本书的封面设计得很朴实，带着一股子老派的工业美学，让人一上手就能感觉到它的“分量感”。我当时是抱着找一本能系统梳理基础控制理论，特别是针对过程控制系统的参考书的目的去买的。这本书在理论深度上确实没让人失望，它对反馈控制系统的稳定性分析，比如奈奎斯特图和波德图的解读，讲得非常透彻，连一些经典控制理论中的数学推导过程都给得非常详尽。我尤其欣赏作者在处理传递函数和状态空间模型之间的转换时，那种严谨的逻辑链条。对于我这种需要经常在设计仿真和现场调试之间切换的人来说，能找到一本既能保证数学基础扎实，又不会完全脱离工程实际的书非常难得。它没有过多地渲染那些花哨的最新技术，而是沉下心来打磨核心的PID控制参数整定方法，包括一些非线性的补偿策略，这部分内容在实际工厂里是永恒的基石。我花了好几天时间，把其中关于离散化误差的章节仔仔细细地啃了一遍，感觉对数字控制器在采样周期选择上的敏感性有了更深刻的理解。这本书更像是老师傅手把手的教学，没有太多花哨的辞藻，就是一步步把你带到问题的核心。如果你是自动化专业本科高年级或研究生，想打下一个坚实的理论基础，这本书绝对值得你投入时间去研读。它不是一本速查手册，而是一本需要你沉下心来做笔记、推公式的教科书，但这种投入的回报是实实在在的知识积累。

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