这本书从参数检测本质规律的关联性出发，根据自然运动规律的相似性，找出个性问题隶属的共性，共性问题中的个性，在过程研究者与测试专业人员之间建立桥梁与纽带。

本书重点介绍化工过程各类参数检测的原理，同时也针对化工科研中遇到的代表性问题介绍具体解决方案。全书分为十章，分别为测量的物理及数学基础、电学量的基本测量技术、温度及与之相关参数的检测、压力及与之相关参数的检测、浓度和含率及与之相关参数的检测、相变及与之相关参数的检测、位移及与之相关参数的检测、信号处理技术、抗干扰技术、化工测试系统的建立。  本书可作为以化学工程学科为代表的过程工程类各专业的硕士生、博士生教材，也是测试技术类相关专业和过程工程专业科研人员、技术人员的参考书。

第l章测量的物理及数学基础…………………………………………………………………(1)

 1．1测量学及计量学的基本知识……………………………………………………………(1)

1．1．1测量的定义…_…………………………………………………………………（1)

1．1．2测量结果的表示…………………………………………………………………（1）

1．1，3测量中的变换……………………………………………………………………(1)

1．1．4量具和比较仪……………………………………………………………………(1)

1．1．5测量装置与系统…………………………………………………………………(2)

1．1．6计量学与测量学的关系…………………………………………………………(2)

1．1．7单位与单位制……………………………………………………………………(2)

1．1．8基准与标准…………………………………………………………………………(2)

I．1．9测量仪器的标定…………………………………………………………………(3)

1．1．10测量方法………………………………………………………………………(3）

1．1．11误差与修正值…………………………………………………………………(4)

1．1．12测量误差及其主要来源………………………………………………………(5)

 1．2误差……………………………………………………………………………………(6)

1．2．1误差的性质及其分类……………………………………………………………(6)

1。2．2随机误差…………………………………………………………………………(8)

1．2．3系统误差…………………………………………………………………………(17)

1．2．4误差的合成与分配………………………………．……………………………(19)

 1．3测量结果的处理………………………………………………………………………(24)

1．3．1测量结果的数据处理……………………………………………………………(24)

1．3．2测量结果的图解分析……………………………………………………………(25)

1．3．3用最小二乘法回归曲线…………………………………………………………(28)

1．3．4经验公式的确定…………………………………………………………………(31)

第2章电学量的基本测量技术…………………………………………………………………(33)

 2．1常用指示电表原理……………………………………………………………………（33）

2．1．1磁电系仪表………………………………………………………………………（33)

2．1．2数字式仪表………………………………………………………………………(36)

2．1．3频率计……………………………………………………………………………(38)

 2．2万用电表………………………………………………………………………………(44)

2．2．1模拟式万用表…………………………………………………………………（44)

2．2．2数字式万用表……………………………………………………………………(50)

2．2．3使用万用表的注意事项…………………………………………………………(55)

 2．3显示和记录装置………………………………………………………………………(57)

2．3．1模拟式……………………………………………………………………………(57)

2．3．2数字式……………………………………………………………………………(70)

第3章温度及与之相关参数的检测……………………………………………………………(77)

 3．1引起温度变化的因素…………………………………………………………………(77)

3．1．1能量转化引起的温度变化………………………………………………………(77)

3．1．2热量传递造成的温度变化………………………………………………………(80)

 3．2温度所能引起的变化…………………………………………………………………(82)

3．2．1热的机械效应…………………………………………………………………… (82)

3．2．2热的辐射效应……………………………………………………………………(83)

3．2．3热的电效应………………………………………………………………………(84)

3．2．4热的化学效应……………………………………………………………………(86)

3．2．5热的其他效应……………………………………………………………………(88)

 3．3温度的测量……………………………………………………………………………(91)

3．3．1接触式非电参量输出测量技术…………………………………………………(91)

3．3．2接触式龟参量输出测温技术……………………………………………………(96)

3．3．3非接触测温技术………………………………………………………………(102)

 3．4与温度相关参数的测量………………………………………………………………(105)

3．4．1与导热系数相关参数的测量…………………………………………………．(105)

3．4．2与对流传热系数相关参数的检测……………………………………………(106)

3．4．3热示踪法流动参数测量………………………………………………………(109)

3．4．4光电式露点仪…………………………………………………………………(110)

第4章压力及与之相关参数的检测…………………………………………………………(111)

 4．1引起压力变化的因素………………………………………………………………(111)

4．1．1力学因素所引起的压力变化…………………………………………………(111)

4．1．2物理因素导致的压力变化……………………………………………………(113)

4．1．3化学因素导致的压力变化……………………………………………………(115)

 4．2压力所能引起的变化………………………………………………………………(116)

4．2．1压阻效应…………………………………………………………………………(117)

4．2．2压电效应………………………………………………………………………(118)

4．2．3压磁效应………………………………………………………………………(119)

4．2．4压频效应………………………………………………………………………(119)

 4．3压力的检测…………………………………………………………………………(121)

4．3．1重力平衡式压力计……………………………………………………………(121)

4．3．2弹性平衡式压力表………………………………………………………………(123)

4．3．3电子式测压装置………………………………………………………………(125)

4·3·4压力测量注意事项……………………………………………………………(129)

 4．4与压力相关参数的测量……………………………………………………………(134)

4．4．1液位的测量……………………………………………………………………(134)

 4．4．2节流式流量计…………………………………………………………………(136)

 4．4．3靶式流量计……………………………………………………………………(137)

 4．4．4流速的测量……………………………………………………………………(137)

 4．4．5质量的测量……………………………………………………………………(138)

第5章浓度和含率及与之相关参数的检测………………………………………………(139)

 5．1 引起浓度和含率变化的因素………………………………………………………(140)

5．1．1传递过程………………………………………………………………………(140)

5．1．2化学反应过程…………………………………………………………………(142)

 5．2浓度和含率所能引起的变化………………………………………………………(143)

 5．2．1物理性质变化…………………………………………………………………(143)

 5．2．2化学变化……………………………………………………………………………(147)

 5．3浓度和含率的测量…………………………………………………………………(147)

 5．3．1密度测量法……………………………………………………………………(147)

 5．3．2热导测量法……………………………………………………………………(148)

 5．3．3电导测量法……………………………………………………………………(151)

 5．3．4电磁测量法……………………………………………………………………(154)

 5．3．5旋光测量法……………………………………………………………………(157)

 5．3．6折光测量法……………………………………………………………………(158)

 5．3．7光吸收式分析仪………………………………………………………………(160)

 5．3．8色谱分析法……………………………………………………………………(162)

 5。3，9其他测试方法…………………………………………………………………(165)

5．4与浓度和含率相关参数的测量……………………………………………………(170)

 5．4．1密度的测量……………………………………………………………………(170)

 5．4．2停留时间分布的测定…………………………………………………………(171)

第6章相变及与之相关参数的检测………………………………………………………(174)

6．1引起相变的因素……………………………………………………………………(176)

 6．1．1温度的影响……………………………………………………………………(176)

 6．1．2压力的影响……………………………………………………………………(177)

 6．1．3电场的影响……………………………………………………………………(178)

 6．1．4颗粒尺寸的影响………………………………………………………………(178)

 6．1．5其他因素的影响………………………………………………………………(178)

6．2相变引起的变化……………………………………………………………………(179)

6．3相变测量技术………………………………………………………………………(180)

 6．3．1熔点测定………………………………………………………………………(180)

 6．3．2沸点仪…………………………………………………………………………(183)

 6．3．3固体相变类型的检测…………………………………………………………(184)

 6．3．4其他相变检测方法……………………………………………………………(189)

6．4与相变相关参数的测量……………………………………………………………(195)

 6．4．1相变测温………………………………………………………………………(195)

6．4．2金属熔点附近热物性测试…………………………………………………(196)

第7章位移及与之相关参数的检测………………………………………………………(198)

 7．1引起位移变化的因素………………………………………………………………(198)

 7．2位移所能引起的变化………………………………………………………………(109)

 7．3位移的检测…………………………………………………………………………(201)

7．3．1电位器式位移传感器…………………………………………………………(201)

7．3．2电感式位移测量系统…………………………………………………………(204)

7．3．3旋转变压器角位移测量系统…………………………………………………(207)

7．3．4电涡流式位移测量系统………………………………………………………(209)

7·3．5霍尔式位移传感器……………………………………………………………(214)

7．3．6电容式位移测量系统…………………………………………………………(218)

7·3．7纤维光学位移传感器…………………………………………………………(222)

7．3．8激光位移测量系统……………………………………………………………(225)

7．3．9计量光栅系统…………………………………………………………………(227)

7．3．10编码器系统……………………………………………………………………(230)

7．3．1l感应同步器系统………………………………………………………………(233)

 7．4与位移相关参数的检测……………………………………………………………(237)

7．4．1温度的检测……………………………………………………………………(237)

7．4．2压力的检测……………………………………………………………………(237)

7．4．3物位的检测……………………………………………………………………(238)

7．4．4转速的检测……………………………………………………………………(239)

7．4．5其他与位移相关参数的检测…………………………………………………(239)

第8章信号处理技术…………………………………………………………………………(240)

8．1测量电桥…………………………………………………………………………………(240)

 8．1．1电桥的分类…………………………………………………………………………(241 )

 8．1．2直流电桥……………………………………………………………………………(242)

 8．1．3交流电桥……………………………………………………………………………(247)

8．2信号的放大………………………………………………………………………………(252)

 8．2．1基本概念……………………………………………………………………………(253)

 8．2．2数据放大器的设计…………………………．…………………………………(254)

8．3非线性特性的线性化……………………………………………………………………(256)

 8．3．1非线性特性的类型…………………………………………………………………(256)

 8．3．2非线性校正的模拟方法……………………………………………………………(256)

 8．3．3非线性校正的数字方法……………………………………………………………(260)

8．4测量信号的计算机采集…………………………………………………………………(261)

 8．4．1A／D转换器…………………………………………………………………………(262)

 8．4．2采样／保持电路……………………………………………………………………(265)

 8．4．3多路转换开关电路…………………………………………………………………(267)

第9章抗干扰技术……………………………………………………………………………(270)

9．1物系的干扰………………………………………………………………………………(270)

 9．1．1物系干扰源…………………………………………………………………………(270)

 9．1．2消除物系干扰的措施………………………………………………………………(272)

9．2电磁干扰………………………·………………………………………………………(273)

 9．2．1干扰的分类…………………………………………………………………………(273)

 9．2．2干扰的形成…………………………………………………………………………(276)

 9．2．3抑制电磁干扰的基本方法…………………………………………………………(279)

第10章化工测试系统的建立…………………………………………………………………(290)

10．1现代测试系统概述……………………………………………………………………(290)

10．1．1现代测试系统的基本结构…………………………………………………………(290)

 10．1．2现代测试系统的特点……·……………………………………………………(293)

10．2测试系统的组建原则……………………………………………………………………(295)

10．3测试系统的设计…………………………………………………………………………(297)

 10．3．1测试系统的设计内容…………………………………………·………………(297)

 10．3．2测试系统的软件设计………………………………………………………………(298)

10．4测试系统的综合评价与标定……………………………………………………………(303)

 10．4．1测试系统性能的综合评估…………………………………………………………(304)

 10．4．2测试系统的标定……………………………………………………………………(305)

参考文献………………………………………………………………………………………(306)

1．1．1测量的定义  测量是人们用一个预定的标准与一个未知量进行定量比较的过程或结果。实际中，人们通过专门的设备，借助于实验的方法，对客观事物取得数量的认识过程就称为测量，以此为目的的研究理论被称为测量学。  为了使结果具有普遍意义，对测量有如下要求：①用来进行比较的标准必须准确并已得到公认；②进行比较所用的方法和仪器必须已得到验证。1．1．2测量结果的表示  测量结果可以是一定的数字、曲线及某种图形，也可能以某种形式的信号出现。不论结果以哪一种形式出现都包含有一定的数值及相应的单位。就是说，测量结果都是有名数，如0．7 mol/L3．2 MPa、O．005℃等等；而有些结果，如空隙率，看上去无因次，而实际上却是两个体积之比。  另外，由于各种因素的影响，在测量结果中不可避免地存在误差，为了表明所测量结果的可靠程度，必须在结果中注明测量误差的数值或范围。必须指出，误差是在任何情况下都存在的，了解误差对测量者来说是极为重要的。因此，在表示测量结果时，除了数值外还必须包括单位及误差，它们缺一不可。1．1．3测量中的变换  由于电子学的发展，今后的绝大部分待测量都将被转换为电学量来检测。因此，很有必要将待测量经过尽可能少的次数可靠地转变为电信号。  另外，随着科学技术的发展，要求测量结果的精确度越来越高、测量速度越来越快、量程越来越广、数据处理越来越方便。这样，就需要对测量量进行另一层面的变换，以使数据处理能达到以上要求，如MD、D，A变换等都属于此类变换。1．1．4量具和比较仪  如前所述，测量是一个比较过程，而在一个比较过程中，必须有一个体现测量单位的已知量，这样才能将被测量与已知量进行比较来确定被测量与已知量的倍数关系。因此将体现测量单位的器具称为量具。  如果待测量不能或不方便与已知量直接比较，则需要用专用设备来比较，通常将这些专用设备称为比较仪。例如用尺度量长度，用量杯度量液体体积都是直接比较，尺与量杯都是量具；而在进行质量的测量时，则需借助于天平等比较仪。1．1．5测量装置与系统  在测量中，除了使用量具和比较仪外，广泛使用的是测量装置与测量系统。  测量装置是由若干台测量仪器及辅助设备组成的一个整体。如用光导纤维测定气一固流 化床床层空隙度的装置就是由专用光源、光纤探头及积分仪所组成的。这里所说的仪器指一 切参与测量工作的设备，如信号发生器、放大器、模拟显示器等等。  测量系统是指那些为实现对多种参数进行综合测定，由若干用于不同目的的测量仪器及 有关辅助设备组成的系统。例如用电导法进行气一液一固三相含率及流动状况测量即采用由 电导仪、放大器、图示仪、斩波器、计数器以及积分仪所组成的测量系统。  目前，测量已向更大规模、更高精密度的方向发展，往往测量仪器本身已是一个由测量及数据处理部分所组成的系统。1．1．6计量学与测量学的关系  一般认为计量学是一门关于测量的基础理论科学。它是一门研究如何保证量值的统一和 准确所必需的方法、技术、政策以及专门设备的科学。它主要涉及如下内容：①关于测量及计 量的一般理论；②关于测量及计量的方法、技术及专用量具和仪器，各种基准和标准；③关于单位制问题，各物理量的单位及其互换关系；④关于量值的传递，以及保证量值统一所要采用的法规、措施等。以上四项工作是具有法律意义的。1．1．7单位与单位制  单位是表征测量结果的重要组成部分，是赖以对两个同类物理量进行比较的基础。可以说，物理量的单位是根据定义而令系数为1的量。  这样，人们就可以依据单位的定义任意地将那些彼此无关地分别确定物理量的单位作为基本单位，再由此派生出各种导出单位，进而可以由它们组成单位制。实际上，各国以及各个地区在以往由于交流的不发达，产生过各种单位制，这在当时是必要的。但是，随着科学的进步，单位制的繁多愈显不便，于是在1960年第十一届国际计量会议上通过了一种统一单位制--国际单位制，代号SI。  在国际单位制中，包含了7个基本单位：米(m)、千克(kg、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、摩尔(m01)、坎德拉(cd)，用它们分别表达长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量以及发光强度的单位。在国际单位制中，另有两个辅助单位，即表示平面角的"弧度(md)"以及表示立体角的"球面度(sr)"。

"工欲善其事，必先利其器"，以化学工程为代表的过程工程学科的研究与发展，首当其冲地要考虑用先进的测试手段来观测过程的变化，洞察过程演变的规律，进而运用这些规律为人类服务。

作者自上世纪80年代即编写了"化工测试技术"讲义，并在天津大学化工系开设了该课程，授课对象为博士生、硕士生及高年级本科生。经过20多年的教学与科研实践，体会到过程研究的深入与测试手段的完善是相辅相成、密不可分的，即过程研究水平的提高需要先进的测试手段的支撑，同时为测试技术的进步提供应用机会；而测试技术的进步赖以过程研究深入所产生的需求，同时为过程研究水平的提高提供利器。

随着过程研究的深入，研究内容已由空间域的"宏观"转向"微观"，由时问域的"平均"转向"瞬态"。在很多研究中，已没有现成的、甚至没有可供借鉴的测试方法及相应的仪器仪表，需要研究者自己针对研究对象的特点，建立专用的测试系统。从某种意义上说，对过程工程的研究者而言，完善的测试系统的建成之日，就是其研究目标的实现之时。

建立专用的测试系统，需要广泛且深入的专业知识。在知识爆炸的今天，很难有精通各类学科的天才为过程研究者提供满足千变万化要求的服务。在看似复杂的过程现象中，如何提炼出其中的科学问题予以解决，用什么手段予以解决，作者认为，提出问题比解决问题更重要。在测试系统的建立过程中，首先是要搞清研究目标物系的运动过程有哪些表征，其次是搞清这些表征与哪些物理量有关，再弄清这些物理量的变化能引起哪些易于检测的物性变化，则化工测试技术的最关键一环--专用传感器的开发环节就基本解决了。作为过程工程的研究者，就可以带着这些抽提出来的问题，去找分布在电子与信息、材料、计算机、自动化、精密仪器、应用物理等等学科方向上专业的测试技术人员来解决这些问题。当然，除了传感器这一关键一环外，其他基础知识也是必要的。

本书的特点在于从参数检测本质规律的关联性出发，根据自然运动规律的相似性，找出个性问题隶属的共性，共性问题中的个性，在过程研究者与测试专业人员之间建立桥梁与纽带，使天堑变通途。全书分为十章，分别介绍电学量基本测量技术；温度及与温度相关参数的检测；压力及与压力相关参数的检测；浓度、含率及与之相关参数的检测；相变及与相变相关参数的检测；位移及与位移相关参数的检测；信号处理技术；抗干扰技术；化工测试系统的建立等方面的知识。读者既是化工类专业的博士生、硕士生及高年级本科生，也是测试技术类相关的专业技术人员，还是广泛的过程工程工作者。限于水平，这种新的尝试难免存在众多问题，望读者不吝赐教。