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出版者:

作者:Charles-Marie Widor

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2005-3

价格:119.00元

装帧:

isbn号码:9780486442693

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• Measurement
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• Control Systems
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• Practical Guide

《实用仪器手册》：一本关于精密测量与控制的深度指南 《实用仪器手册》并非一本凭空捏造的书籍，它代表着工业测量、科学研究与工程应用领域中，对仪器操作、原理掌握以及系统集成等核心技能的系统性梳理与详尽阐述。本书旨在成为所有与仪器打交道的人员——从初入行的技术员到经验丰富的工程师、研究人员，乃至设备制造商——不可或缺的参考工具。它深入浅出地剖析了各种实用仪器的工作原理、操作要领、校准维护方法，以及在不同应用场景下的选型与集成考量，力求为读者提供一套全面、实用且具有前瞻性的知识体系。 第一部分：仪器基础理论与核心原理 本书的第一部分奠定了坚实的理论基础，为理解和应用各类仪器提供了必要的知识储备。 测量学的基本概念： 这一章节将系统性地介绍测量学的核心术语，如准确度、精确度、灵敏度、分辨率、漂移、迟滞等，并深入探讨这些参数对测量结果的影响。我们将详细阐述不同测量不确定度的来源，以及如何通过科学的方法量化和减小这些不确定度，确保测量数据的可靠性。例如，在温度测量中，我们会分析热电偶、电阻温度计（RTD）和热敏电阻的响应特性差异，以及它们在不同环境下的适用性，并讨论传导、对流和辐射对测量准确度的影响。 传感器的分类与工作原理： 传感器是所有测量系统的“眼睛”和“触角”。本节将对传感器进行全面分类，覆盖电容式、电感式、压阻式、光学式、声学式、生物式等多种类型。对于每种传感器，我们将深入剖析其工作原理，例如，在电容式传感器中，我们将详细讲解其基于电容变化感知物理量（如位移、压力、液位）的机制，包括感应电极的几何结构、介电常数变化等影响因素。光学传感器部分，我们将涵盖光电二极管、光电晶体管、CCD、CMOS等，解释它们如何将光信号转换为电信号，并阐述光强度、波长、偏振等参数的测量原理。 信号调理与处理技术： 原始的传感器信号往往需要经过一系列处理才能被进一步使用。本章将详细介绍信号调理的关键技术，包括放大（差分放大、仪表放大）、滤波（低通、高通、带通、陷波）、隔离、变送以及线性化等。我们将深入解析放大器的噪声抑制策略、不同滤波器的频率响应特性及其在抑制干扰中的作用，并会探讨数字信号处理器（DSP）在信号解调、特征提取和算法实现中的重要性。对于模拟信号向数字信号的转换，我们会详细介绍模数转换器（ADC）的类型、分辨率、采样率及其选择依据。 数据采集与通信协议： 现代仪器系统离不开高效的数据采集和可靠的通信。本节将介绍各种数据采集系统（DAS）的架构，以及常用的数据采集技术，如多路复用、同步采样等。同时，我们将详尽讲解工业通信领域的核心协议，包括RS-232、RS-485、CAN、Ethernet/IP、Modbus TCP/IP、OPC UA等。对于每个协议，我们将阐述其数据帧结构、通信方式、时序控制以及在特定应用中的优劣势。例如，Modbus协议的ASCII和RTU模式的区别，以及OPC UA在实现跨平台、跨厂商互联互通中的关键作用。 第二部分：各类实用仪器详解 本书的第二部分将聚焦于各种具体实用仪器的深度讲解，每一类仪器都将进行详细的剖析。 工业传感器与变送器： 压力测量仪器： 涵盖压力表（Bourdon管式、隔膜式）、差压变送器、绝压计、真空计等。我们将分析膜片式、应变片式、电容式、压阻式等不同传感原理在压力测量中的应用，并探讨环境温度、介质腐蚀性对选型的影响。 温度测量仪器： 详细介绍热电偶（B、K、J、T、E、N、R、S、WRe等类型）、热电阻（Pt100、Pt1000等）、红外温度计、非接触式温度传感器的工作原理、选型依据、安装注意事项和校准方法。我们会讨论其测量范围、响应速度、精度以及对环境干扰的耐受性。 流量测量仪器： 深入讲解体积流量计（涡轮流量计、电磁流量计、容积式流量计）和质量流量计（科里奥利质量流量计、热式质量流量计）的原理、适用介质、安装要求及误差分析。例如，电磁流量计的法拉第电磁感应原理，科里奥利质量流量计的惯性原理，以及不同流量计在面对粘性流体、多相流时的表现。 液位测量仪器： 覆盖浮球式、静压式、雷达式、超声波式、导波雷达式、磁翻板式等多种液位测量技术。我们将对比不同技术的精度、适用范围、对介质特性（如泡沫、蒸汽、腐蚀性）的要求，以及安装环境的影响。 分析仪器： 介绍pH计、电导率仪、溶解氧分析仪、气体分析仪（如红外、激光气体分析仪）、色谱仪（气相色谱GC、液相色谱HPLC）等。对于每种仪器，我们将重点阐述其测量原理、样品前处理要求、校准过程以及在特定行业（如水处理、环保、食品、制药）的应用。 执行器与控制设备： 阀门与驱动器： 详细介绍各种类型的控制阀（如角阀、截止阀、蝶阀、球阀）及其驱动方式（气动、电动、液压），并讲解其在流量、压力、温度等过程控制中的应用。我们将分析阀门流量特性曲线，以及选择合适阀门尺寸和执行器的关键因素。 电机与变频器： 阐述步进电机、伺服电机、直流电机、交流电机的工作原理，以及变频器（VFD）在调速、节能和精确控制中的作用。我们会介绍变频器的基本参数（如频率、电压、转矩）以及其在泵、风机、传送带等设备中的应用。 开关与传感器： 涵盖接近开关（电感式、电容式、光学式）、限位开关、光电开关、行程开关等。我们将讨论它们的触发原理、响应速度、防护等级以及在自动化生产线上的应用。 测量与测试仪器： 通用测试仪器： 深入讲解示波器（模拟、数字）、万用表、信号发生器、频谱分析仪、逻辑分析仪等。我们会阐述它们的测量功能、操作技巧、信号捕获与分析能力，以及在电路设计、故障排除和性能评估中的应用。 专用测试仪器： 介绍如电能表、功率计、安规测试仪、环境试验设备（如高低温箱、盐雾试验箱）、振动测试仪等。我们将重点讲解其测试原理、测试标准、操作流程及在产品质量控制中的重要性。 第三部分：仪器系统的集成与应用 本书的第三部分将重点放在仪器如何被集成到更大的系统中，以及在各种实际应用场景中的部署与优化。 仪器的选型与配置： 这一章节将为读者提供一套系统性的仪器选型框架。我们将从应用需求出发，分析关键的测量参数、精度要求、环境条件、介质特性、预算限制以及与现有系统的兼容性。我们会通过大量的实例，指导读者如何根据具体工况选择最合适的仪器类型、规格和品牌。例如，在易燃易爆环境下的温度传感器选型，以及在腐蚀性介质中的流量计材料选择。 仪器系统的集成与组态： 本节将聚焦于如何将独立的仪器设备整合成一个功能完整的系统。我们将详细介绍分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）、人机界面（HMI）等自动化控制平台的架构与功能。我们会讲解如何进行仪器的现场总线连接、数据采集模块的配置、控制逻辑的编程以及用户界面的设计。我们将深入讨论组态软件的应用，以及如何通过软件实现仪器的远程监控、数据记录和故障诊断。 仪器校准与维护： 仪器的准确性和可靠性离不开定期的校准与维护。本章将详细介绍各种仪器的校准方法、校准周期、校准标准和校准证书的解读。我们将阐述现场校准与实验室校准的区别，以及如何利用标准器进行校准。同时，我们将提供实用的仪器维护指南，包括日常检查、预防性维护、故障排除以及备件更换等，旨在最大程度地延长仪器使用寿命，减少停机时间。 仪器在典型行业中的应用： 本章将通过一系列具体的行业案例，展示仪器在实际生产和科研中的应用。我们将深入探讨仪器在石油化工、电力能源、制药、食品饮料、汽车制造、半导体、环保监测等领域的部署与优化。例如，在炼油厂中，我们将分析如何利用流量计、压力变送器、温度传感器以及在线分析仪实现精细化生产控制；在生物制药领域，我们将讲解如何利用高精度pH计、电导率仪和精密泵实现疫苗生产过程的严格监控；在环保监测中，我们将阐述气体分析仪、水质分析仪在空气和水源污染检测中的关键作用。 新兴技术与未来发展趋势： 展望未来，本书的最后一章将探讨仪器仪表领域的新兴技术和发展趋势。我们将关注物联网（IoT）与仪器仪表的融合、人工智能（AI）在仪器数据分析与故障预测中的应用、微机电系统（MEMS）传感器技术的发展、以及绿色化和智能化仪器仪表的设计理念。我们将分析这些新技术如何改变仪器的功能、性能和应用模式，并为读者勾勒出仪器仪表行业未来的发展蓝图。 《实用仪器手册》是一本理论与实践相结合的著作，它不仅为读者提供了扎实的理论知识，更重要的是，它通过大量的实例和操作指南，帮助读者掌握实用技能，应对实际工作中的挑战。本书的目标是让每一位读者都能自信地操作、选择、集成和维护各种实用仪器，从而在各自的领域取得更大的成就。

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我必须得说，这本书的内容深度和广度都超出了我的预期，它绝不是那种只停留在表面概念介绍的入门读物。作者显然是一位在领域内浸淫多年的资深专家，他对每一个实验现象背后的物理原理都有着极其深刻的洞察力，并能用一种极为精炼却又逻辑严密的方式将其阐述出来。我特别欣赏它对“误差分析”这部分的着墨之重。很多教材往往一笔带过，但这本书却用了整整一个章节来探讨不确定性的来源、传播规律以及如何通过合理的实验设计来最小化系统误差和随机误差。书中列举的那些经典案例，比如如何处理多次测量结果的统计学意义，以及不同测量工具的精度等级区分，都非常实用，完全可以作为未来撰写正式实验报告的圭臬。我甚至发现，书中所引用的部分方法论，比我大学时上的专业课教材还要详尽和前沿，简直就像是一位顶级导师在你身边手把手指导你如何进行一次无可挑剔的科学测量。

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这本书的附录部分是真正的宝藏，那些看似不起眼的参考资料和后记，往往是衡量一本实用手册价值的关键所在。这里不仅包含了大量国际标准组织（ISO）推荐的校准频率和精度参数表，还有一份非常详尽的故障排除速查指南。我尤其赞赏作者对“常见仪器故障及快速诊断”这一模块的构建，它不是简单地列出“A坏了怎么办”，而是基于现象——比如“读数漂移异常”或者“基线不稳”——来引导读者逐步排查从电源稳定到环境温湿度，再到内部光学元件脏污的每一个潜在原因。这套系统化的诊断流程，极大地提高了我在实际操作中解决问题的效率，避免了许多不必要的返修或漫无目的的调试。总而言之，这本书不仅是理论的教科书，更是一本随时待命的、经验丰富的“现场技术总监”。

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对于需要进行跨学科研究的人来说，这本书的兼容性做得堪称典范。我通常的研究工作涉及到化学分析和光学传感两个领域，以往看的资料往往是相互割裂的，要么偏向纯粹的物理光学，要么侧重于化学反应的灵敏度。然而，这本书在介绍诸如傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）或者电化学传感器时，总能巧妙地在其中找到交汇点。它会清晰地解释光学元件如何影响信号的信噪比，以及电信号采集电路如何应对微弱的化学信号波动。这种将物理测量技术置于具体应用场景下进行深度剖析的处理方式，对我打通不同学科壁垒、设计更具针对性的混合实验方案，提供了极大的启发。可以说，它提供了一个坚实的“技术通用语汇库”，让我在不同技术人员之间沟通时，不再因为术语差异而产生隔阂。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像教科书那样刻板生硬，反倒带着一种老派工程师特有的严谨幽默感。作者在解释一些繁琐的技术细节时，偶尔会穿插一些历史小典故或者早年实验中遇到的“奇葩”故障案例，这极大地调动了阅读的趣味性。比如，他讲到早期电位差计的校准问题时，描述了当时研究人员为了排除环境湿度干扰所做出的种种努力，读起来简直像是在看一部微型的科学史剧。这种将理论与实践的血泪史相结合的方式，让枯燥的仪器操作变得有温度、有故事性。我发现，当我理解了这些仪器是如何一步步被发明、被完善的曲折过程后，我对它们的操作原理反而掌握得更加牢固了。它教会我的不仅仅是如何按下开关、读取数值，更是那种面对未知挑战时，科学家应有的耐心、细致入微的观察力和不断求索的探索精神。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种略带磨砂质感的深蓝色调，配上烫金的字体，散发出一种沉稳而专业的学者气息。我拿到手的时候，第一感觉就是分量十足，厚实的纸张拿在手里很有质感，那种油墨散发出的淡淡的特殊气味，让人瞬间联想到那些古老的图书馆和一丝不苟的实验记录。内页的排版也体现了出版者的用心良苦，字体大小适中，行间距处理得恰到好处，即使是长时间阅读那些复杂的图表和公式，眼睛也不会感到过于疲劳。特别是那些彩色的插图部分，色彩还原度极高，细节清晰锐利，对于理解那些精密的仪器构造来说，简直是事半功倍。我记得我翻到介绍光谱仪那一章时，那张复杂的内部结构图，每一个反射镜、每一个分束器都标注得清清楚楚，让我这个初学者都能大致勾勒出光路是如何运作的。说实话，现在市面上很多技术手册为了追求轻薄和成本，牺牲了阅读体验，但这本书完全没有这种妥协，它更像是一件精心制作的工艺品，让人从翻开它的那一刻起，就对里面的知识内容充满了敬意和期待。

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