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出版者:化學工業

作者:吳勤勤

出品人:

頁數:337

译者:

出版時間:1997-3

價格:29.00元

裝幀:

isbn號碼:9787502517885

叢書系列:

圖書標籤:

• 控製儀錶
• 過程控製
• 自動化
• 儀器儀錶
• 工業自動化
• 測量技術
• 傳感器
• 執行器
• PLC
• DCS

《儀錶與測量技術：從原理到實踐》 內容簡介： 本書深入淺齣地剖析瞭現代工業和科研領域中至關重要的“儀錶與測量技術”，旨在為廣大工程師、技術人員、學生以及對精密測量感興趣的讀者提供一套係統、全麵且實用的知識體係。本書的編寫，緊密圍繞著“如何準確、可靠、高效地獲取和處理各種物理量信息”這一核心議題，從基礎原理齣發，逐步深入到各類儀器的設計、應用、校準及維護，並結閤實際工程案例，展現瞭測量技術在解決復雜問題中的強大力量。 第一部分：測量學基礎與誤差分析 本部分是理解後續所有儀錶與測量內容的地基。我們將從最基本的“測量”概念齣發，闡述測量的目的、意義以及其在科學研究和工程實踐中的不可替代性。隨後，係統介紹各類測量誤差的來源，包括係統誤差、隨機誤差和過失誤差，並深入探討其産生的原因及影響。在此基礎上，本書將詳細講解各種誤差的統計分析方法，如算術平均值、標準偏差、置信區間等，教會讀者如何量化測量的不確定性，並采取有效措施來減小和控製誤差，從而提高測量結果的可靠性。我們將通過具體的實例，演示如何使用統計學工具來評估測量係統的精度和準確度，為後續儀錶選擇和使用提供科學依據。 第二部分：經典測量原理與儀錶 本部分將聚焦於那些經過時間檢驗、構成瞭現代測量學基石的經典原理和代錶性儀錶。我們將詳細講解電阻、電容、電感等基本電學參數的測量原理，並在此基礎上介紹各類電阻式、電容式、電感式傳感器的工作機製，如應變片、電容式液位計、電感式位移傳感器等。 力學量測量： 深入探討瞭力的測量（如測力計、稱重傳感器）、壓力的測量（如壓力計、壓力傳感器）、位移/速度/加速度的測量（如LVDT、編碼器、加速度計）以及流量的測量（如渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計）。我們將逐一剖析它們的結構、工作原理、優缺點以及適用範圍。 熱學量測量： 詳盡闡述瞭溫度的測量（如熱電偶、熱電阻、紅外測溫儀）以及熱流、熱導率等參數的測量方法。讀者將瞭解不同溫度傳感器的特性、選擇依據以及在不同環境下的應用技巧。 電學量測量： 除瞭基礎電學參數，我們還將深入介紹電壓、電流、電阻、電容、電感等電量的高精度測量技術，以及頻率、相位等時域和頻域特性的測量。涵蓋瞭數字萬用錶、示波器、信號發生器、頻譜分析儀等常用電學測量儀器的工作原理和操作要領。 磁學量測量： 介紹磁場強度、磁通量等磁學量的測量方法和儀器，如特斯拉計、磁通計等。 光學量測量： 講解光強、照度、光譜等光學量的測量原理和儀器，如光度計、光譜儀等。 第三部分：現代傳感器技術與應用 隨著科技的飛速發展，傳感器技術已成為測量領域最活躍、最具創新性的前沿。本部分將重點介紹近年來湧現的先進傳感器技術及其在各個領域的廣泛應用。 半導體傳感器： 深入研究基於半導體材料的各類傳感器，包括MEMS（微機電係統）傳感器（如MEMS加速度計、陀螺儀、壓力傳感器）、氣體傳感器（如半導體式氣體傳感器）、光敏傳感器（如CMOS、CCD圖像傳感器）以及生物傳感器等。我們將解析其微納加工工藝、傳感機理和集成化設計。 智能傳感器： 探討瞭集成瞭微處理器、存儲器和通信接口的智能傳感器，它們能夠進行數據采集、預處理、自校準甚至做齣初步判斷。我們將分析智能傳感器的發展趨勢，如物聯網（IoT）中廣泛應用的無綫傳感器節點。 光縴傳感器： 詳細介紹基於光縴的光學傳感器，它們具有抗電磁乾擾、高靈敏度、遠距離傳輸等優點，在惡劣環境下應用廣泛，如光縴光柵傳感器、光縴乾涉儀等。 新型傳感材料： 介紹石墨烯、納米材料、壓電陶瓷等新型傳感材料在傳感器設計中的應用潛力，以及它們帶來的性能突破。 生物醫學傳感器： 關注與生命科學相關的傳感器技術，如血糖傳感器、心電圖傳感器、DNA傳感器等，以及它們在醫療診斷、健康監測中的重要作用。 第四部分：信號處理與數據采集 精確的測量結果需要通過適當的信號處理和數據采集係統纔能轉化為有用的信息。本部分將係統介紹這一關鍵環節。 信號的分類與特性： 闡述模擬信號與數字信號的區彆，以及信號的幅值、頻率、相位、噪聲等特性。 信號的濾波與放大： 介紹各種模擬和數字濾波技術（如低通、高通、帶通、帶阻濾波器），以及信號放大器的原理和應用，以提高信號的信噪比和可用性。 數據采集係統（DAS）： 詳細講解數據采集係統的組成部分，包括傳感器接口、采樣器、模數轉換器（ADC）、存儲器和計算機接口。我們將分析ADC的采樣率、分辨率和量化誤差等關鍵參數。 數字信號處理（DSP）： 介紹數字信號處理的基本概念和常用算法，如傅裏葉變換（FFT）、濾波器設計、信號去噪和特徵提取等，以及它們在提高測量精度和信息提取方麵的應用。 通信接口與協議： 講解常用的傳感器與數據采集係統之間的通信接口（如UART, SPI, I2C）和工業通信協議（如Modbus, Profibus, EtherNet/IP），以及它們在構建分布式測量係統中的作用。 第五部分：儀器的校準、維護與可靠性 任何測量儀器都必須經過嚴格的校準纔能保證其測量結果的準確性。同時，儀器的定期維護對於保證其長期穩定運行至關重要。 儀器校準： 詳細介紹儀器校準的原理、方法和流程，包括校準依據、校準周期、校準設備的選擇以及校準證書的解讀。我們將重點闡述溯源至國傢計量基準的重要性。 不確定度評估： 講解如何根據GUM（Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement）等國際標準對測量結果的不確定度進行評估，這是現代計量學的重要組成部分。 儀器維護與故障診斷： 提供關於儀器日常維護、保養和常見故障的排除方法，以及如何通過定期的檢查和預防性維護來延長儀器使用壽命。 儀器可靠性工程： 探討瞭提高儀器可靠性的設計原則、製造工藝以及可靠性測試方法，以確保儀器在各種工況下的穩定運行。 第六部分：工程應用案例與前沿發展 本部分將通過大量的實際工程應用案例，生動地展示儀錶與測量技術在各個行業的關鍵作用，並展望該領域的未來發展趨勢。 工業自動化與過程控製： 講解溫度、壓力、流量、液位等參數在化工、電力、冶金、製藥等行業的測量與控製係統設計。 環境監測與保護： 介紹空氣質量、水質、土壤汙染物等環境參數的測量技術，以及在汙染源監控和環境治理中的應用。 航空航天與國防： 探討高精度、高可靠性測量儀器在飛機、火箭、衛星等領域的應用，以及特種環境下的測量挑戰。 醫療健康與生命科學： 展示各類生理參數監測儀器（如血壓計、心電圖儀、腦電圖儀）以及實驗室分析儀器的測量原理。 交通運輸與智能製造： 講解車輛傳感器、導航係統、生産綫監控等測量技術的應用。 新興技術展望： 探討如量子計量、納米測量、大數據與人工智能在測量領域的融閤應用，以及未來測量技術的發展方嚮。 本書力求以通俗易懂的語言，輔以大量圖錶和實例，將復雜的測量原理和技術轉化為讀者易於理解和掌握的知識。通過學習本書，讀者將能夠： 深刻理解各類物理量測量的基本原理。 熟練掌握不同類型儀器的選擇、操作和數據解讀。 具備分析和評估測量誤差的能力，並能有效控製測量不確定性。 瞭解最新的傳感器技術及其在實際工程中的應用。 掌握儀器校準、維護和故障排除的基本技能。 開闊視野，瞭解儀錶與測量技術在推動科學技術進步和社會發展中的重要貢獻。 本書適閤作為高等院校相關專業（如自動化、電子工程、機械工程、物理學、化學等）的教材或參考書，也是工程師、技術人員以及科研工作者提升專業技能的寶貴資源。

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這本書的排版和圖錶繪製質量，坦白地說，有些令人不忍直視。特彆是那些復雜的係統框圖和信號流圖，綫條交叉重疊，標識符小得像螞蟻，即便是戴著老花鏡，也很難快速區分不同反饋迴路之間的區彆。這極大地影響瞭我的閱讀效率，我不得不經常對照著書中的公式，自己用軟件重新畫一遍框圖纔能理清思路。在涉及到動態響應仿真麯綫的部分，很多麯綫的坐標軸標注不夠清晰，甚至有些圖例和文字說明存在脫節的現象，這在需要精確對比不同控製器性能參數時，造成瞭極大的睏擾。我花費瞭大量時間去猜測作者試圖錶達的某個特定工況下的係統超調量到底是多少。另外，書中對一些關鍵術語的定義，雖然在首次齣現時做瞭解釋，但後續的行文中缺乏統一的縮寫或符號規範，導緻閱讀時需要頻繁迴溯查找定義，這讓閱讀節奏完全被打亂。作為一本專業的參考書，如果能提升一下視覺呈現的專業度和清晰度，對於讀者理解復雜的控製係統動態行為，將是巨大的幫助。

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說實話，我買這本書的時候，是衝著它名字裏那個“裝置”二字去的，希望能看到一些現代分布式控製係統（DCS）或可編程邏輯控製器（PLC）的硬件選型、接綫規範，以及SCADA係統的人機界麵（HMI）設計規範。結果發現，這本書的重心明顯更偏嚮於控製器的“大腦”——算法和理論，而非“軀乾”和“皮膚”——物理實現和操作界麵。例如，書中關於傳感器信號調理的部分，更多的是從信號處理的角度去分析噪聲抑製，而不是具體講解某種標準信號（如4-20mA或HART協議）在不同環境下的實際布綫要求和電磁兼容性（EMC）問題。我對書中關於模糊邏輯和神經網絡控製的章節很感興趣，但它們更像是理論上的探討，缺乏具體的案例分析，比如如何將一個訓練好的模糊規則集成功地移植到一個資源受限的嵌入式控製器上，並在實際生産綫中進行在綫標定。我期待的“裝置”介紹，可能更偏嚮於選型手冊的實用性，比如不同廠商的現場總綫（如Profibus與Foundation Fieldbus）在應用場景下的優劣對比，以及冗餘架構的建立流程。這本書在理論深度上是毋庸置疑的，但對於工程人員而言，那種“從圖紙到現場”的實操經驗分享，稍顯不足，更像是一本優秀的研究型教材，而不是一本工程實踐手冊。

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這本書的閱讀體驗，對我來說更像是一次對經典控製工程原理的“考古”。它的語言風格非常嚴謹，甚至是帶著一點年代感的學術腔調，這使得一些現代工程師可能不太習慣。我注意到書中引用的許多經典文獻和案例都停留在上世紀末的水平，這在理解現代高性能伺服控製和網絡化控製係統時，會略顯滯後。比如，當今工業界廣泛使用的基於EtherCAT或PROFINET的實時以太網控製，書中幾乎沒有涉及，這使得我無法用書中的框架直接去分析現代高速運動控製的同步性和抖動問題。我試圖用書中的頻域分析方法去套用一些現代的電機控製算法，結果發現，由於采樣率和時延模型的差異巨大，很多結論的直接適用性大打摺扣。這本書的價值在於建立基礎，但如果你是衝著最新的工業4.0、工業物聯網（IIoT）的應用場景來的，你會發現需要大量的補充閱讀來“補課”。它像一本打地基的經典著作，雖然堅固，但上層的建築風格已經更新換代瞭。對於那些習慣瞭圖形化編程和一鍵式配置的工程師來說，這本書裏大量的數學符號和矩陣運算可能會成為閱讀的門檻。

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這本書的封麵設計得很樸實，帶著一股子老派的工業美學，讓人一上手就能感覺到它的“分量感”。我當時是抱著找一本能係統梳理基礎控製理論，特彆是針對過程控製係統的參考書的目的去買的。這本書在理論深度上確實沒讓人失望，它對反饋控製係統的穩定性分析，比如奈奎斯特圖和波德圖的解讀，講得非常透徹，連一些經典控製理論中的數學推導過程都給得非常詳盡。我尤其欣賞作者在處理傳遞函數和狀態空間模型之間的轉換時，那種嚴謹的邏輯鏈條。對於我這種需要經常在設計仿真和現場調試之間切換的人來說，能找到一本既能保證數學基礎紮實，又不會完全脫離工程實際的書非常難得。它沒有過多地渲染那些花哨的最新技術，而是沉下心來打磨核心的PID控製參數整定方法，包括一些非綫性的補償策略，這部分內容在實際工廠裏是永恒的基石。我花瞭好幾天時間，把其中關於離散化誤差的章節仔仔細細地啃瞭一遍，感覺對數字控製器在采樣周期選擇上的敏感性有瞭更深刻的理解。這本書更像是老師傅手把手的教學，沒有太多花哨的辭藻，就是一步步把你帶到問題的核心。如果你是自動化專業本科高年級或研究生，想打下一個堅實的理論基礎，這本書絕對值得你投入時間去研讀。它不是一本速查手冊，而是一本需要你沉下心來做筆記、推公式的教科書，但這種投入的迴報是實實在在的知識積纍。

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我購買這本書的初衷，是希望它能提供一套關於先進過程控製（APC）的實用指南，特彆是針對像化工或冶金這類大型、高耦閤過程的優化控製策略。我原本期待裏麵能有詳細介紹模型預測控製（MPC）的具體實現流程，包括如何構建準確的工況模型、如何處理約束條件、以及在綫求解優化問題的計算效率問題。然而，書中對MPC的論述相對簡略，更像是一個概念的介紹，而非工程實施的深度指南。它更多地強調瞭傳統解耦控製和先進PID的組閤應用，這些方法在處理簡單過程時非常有效，但在麵對多變量強耦閤、滯後時間變化劇烈的真實工業流程時，其魯棒性和優化能力顯得力不從心。我翻閱瞭關於自適應控製的部分，期望能找到關於參數辨識與控製器在綫整定的具體算法流程和注意事項，但書中所給齣的算法描述，多數停留在理論層麵，缺乏對實際工況下數據質量、模型失配等實際問題的應對策略。對於追求流程優化和能耗降低的工程師來說，這本書的廣度夠瞭，但處理尖端工程挑戰的“深度挖掘”還遠遠不夠。

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