仪器仪表应用领域

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质谱仪
液－质联用仪：液质--联用仪的灵敏度高，通量性能好——优 异的高流量性能、降低的离子抑制效应、自清洁离子源探针设 计和可靠的接口设计，加速了分析速度；使用更简便。 应用： 液－质联用仪（LC-MS）主要用于 有机化学、生物化学、医学、环境
无纸图像显示仪器
无纸显示界面
4.1.6信号的输出技术
一、显示和指示类—（4）设备与技术
发光二极管（LED）
液晶显示器（LCD）（必须有外光源）
荧光管显示器(CRT)（驱动电压高） 亮度比较：荧光管显示器>发光二极管>液晶显示器
发光二极管（LED）
液晶显示器（LCD）
荧光管显示器(CRT)
4.1.6信号的输出技术
4.1仪器仪表信息技术简介
4.4.1 测试技术—传感器
测试技术：测试技术就是针对被测对象的特点，利用相应的 传感器和信号采集装置组成的测试系统,将被测物理量转变 成电信号。
传感器—热电偶：热电偶 是一种感温元件，热电偶 是温度测量仪表中常用的 测温元件，它直接测量温 度，并把温度信号转换成 热电动势信号，通过电气 仪表（二次仪表）转换成 被测介质的温度。
碳硫分析仪 应用：
碳硅分析仪
用于对金属和非金属材料中的碳、硫等元素含量进行定量分析，
广泛应用于冶金、铸造、机械、泵阀、矿石、环保、质检等行业
和领域，可以方便快捷地进行原料验收、炉前分析、成品检验等 阶段的分析测试。 主要品牌： 力可（LECO)、耶拿、崛场（HORIBA）等。
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色谱仪
色谱法：色谱过程是物质分子在相对运动的两相间分配“平衡” 的过程。混合物中，若两个组分的分配系数不等，则被流动相携
2 温度计量仪器
原理：
将物体（如钢水）发射的红外线 具有的辐射能转变成电信号，红
外线辐射能的大小与物体本身的
温度相对应，根据转变成电信号 红外测温仪 大小，可以确定物体的温度。
红外热像仪能对有热变化表面 进行扫描测温，确定其温度分
布图像，迅速检测出隐藏的温
差。 红外热像仪
2 温度计量仪器
应用：
冶金：铝厂、铜厂、钢厂等。
4.1仪器仪表信息技术简介
4.1.3 信号处理技术—信号处理电路
信号处理技术：在用于生产过程自动控制的时候，如温度、 压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经 过传感器变成电压或者电流信号， 然后再转换成数字量， 才能够送往计算机进行处理。 信号处理电路—数据转换器： 一般地讲，数字信号处理涉 及三个步骤： (一) 模数转 换(A/D转换)；(二) 数字信 号处理(DSP)； (三) 数模 转换(D/A转换)。
打印机
有纸记录仪
有打印功能的仪器
4.1.6信号的输出技术
二、纪录类信号输出—（2）模拟记录
磁带记录器
磁带记录器是一种隐式记 录仪器，是利用铁磁性材料的 磁化来进行记录的仪器。
4.1.6信号的输出技术
二、纪录类信号输出—（3）数字记录
可以用作数字记录的设备和媒体种类很多：
可分为专用数字记录设备（如波形存储式记录仪、数字存储 示波器等）
4.1.6信号的输出技术 一、显示和指示类—（3）图像式
图像式是最常见的，定义是指各种图形和影像的显示方式 的总称。 现代测试仪器的测量结果不仅用求文字符号而且要配以图 像、动画等手段在显示出来，此时前面两种显示方式显然无 法满足这一要求，这时，只有图像显示技术可以达到目的。
有纸图像显示记录仪
1、金相显微镜 2、元素分析仪 3、色谱仪 4、质谱仪 5、光谱仪
1 金相显微镜
金相显微分析：利用金相显微镜观察金属材料的组织和缺陷的方法。它
可以观察研究金属材料的组织形貌、晶粒大小、非金属夹杂物等问题。
照相系统（或摄象系统） 目镜机构
光源
计算机系统
物镜机构
调焦机构
载物台
1 金相显微镜
应用： 可广泛地应用在工厂或实验室进行铸件质量的鉴定，原材料的 检验或对材料处理后金相组织的研究分析等工作。 主要品牌： 蔡司（Zeiss）、莱卡（Leica）、奥林巴斯（OLYMPUS）、尼 康（NIKON）等。
4、质谱仪
气－质联用仪：质谱法特别适合于进行有效的定性分析；而色 谱法特别适合于进行有机化合物的定量分析。将两种或两种以
上方法结合起来的技术称之为联用技术，将气相色谱仪和质谱
仪联合起来使用的仪器叫做气-质联用仪。 应用： 气－质联用仪（GC-MS）被广泛应用于复 杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨 率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物 与代谢物定性定量的有效工具。 主要品牌： 气－质联用仪 热电、PE、岛津、布鲁克（BRUKER）等。
4.1仪器仪表信息技术简介
4.1.5控制技术 —控制被测参数
随着计算机技术的迅速普及应用，在工业控制中越来 越多地采用数字技术，实现对被控对象的有效控制。现代 的大型测控系统中一般采用（1）过程控制技术（2）计算 机控制技术（3）智能控制技木等。
4.1仪器仪表信息技术简介
4.1.6信号的输出技术—概述
数字温度计
现场显示热电偶
4.1仪器仪表信息技术简介
物理量
被测对象 传感器
电量
信号 调节 传输 信号 处理
信号 输出
显示记 录装置
反馈、控制
仪器技术涉及到信息转换、处理、控制、传输、储存、显 示与应用等技术，其核心作用是信息的获取，其最显著的 技术特征就是“精确”。 本节根据仪器仪表系统的功能模块结构，对仪器仪表技术 与应用中的信息技术等简单予以介绍。
作为一个完整的测试仪器或系统，其测量信号 总是需要显示、打印或输出给其他设备，最终以 某种结果的形式体现出来，这就是测试仪器的信 号输出。
最重要也是最常用的：
一、显示和指示类输出;
二、记录类输出技术。
4.1仪器仪表信息技术简介
一、显示和指示类
一般又分为模拟式、数字式和图像 显示三大类。 指示和显示类信号输出主要用于测 试结果、信号特征量（如幅值、频率、 相位角、峰峰值）以及信号波形的指 示和显示， 包括模拟显示、数码显示、图像显 示等几种基本结构。 其特点是输出信号直观，并能充分 反映测试与检测信号的实时性。
4.1仪器仪表信息技术简介
4.1.4通信技术—通信接口
1、通信技术：现代仪器不仅需要具有相对独立的测控功能， 而且需要具有远程工作的遥控遥测能力。这些功能需要通 过仪器的通信接口电路来实现。
通信技术—各种通信接口： 现代仪器常用的通信接口 电路主要包括同步串行通 信接口、异步串行通信接 口、CAN总线技术、USB总 线技术、仪器专用总线技 术、Internet等。
离子色谱仪：戴安，（瑞士)万通等。
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质谱仪
质谱仪：利用电磁力将被电离的混合物试样按质荷比分离进行 定性和定量分析的仪器。
质谱仪又称质谱计，即根据带电粒子在电磁场中能够偏转
的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和 检测物质组成的一类仪器。 应用： 广泛应用于物质成分分析， 同位素分离和测量，原子量 和分子量测量。 主要品牌： 岛津，热电，安捷伦等。 质谱仪
4.1.6信号的输出技术
一、显示和指示类—（1）模拟式
是以指针或记录笔的偏转角或位移量来显示被测参数连续变 化的。这类仪表又分为直接式和平衡式两种。例如：动圈式和 光柱以及自动平衡记录仪。 这两种模拟仪表目前还在使用。尤其是直接式模拟显示仪表， 因其价格低，使用方便，在一些中小型工厂还经使用到。
主要品牌： API、雷尼绍 (Renishaw) 等。
4 表面测量仪器
粗糙度仪 应用： 可进行横向、纵向及斜向测
表面轮廓仪 光学表面分析仪 主要品牌：
量；可测量包括：油泵油嘴、 泰勒-霍普森、维易科（Veeco）等。 曲轴、凸轮轴，缸体缸盖的
配合面，缸孔，活塞孔等内、 外表面粗糙度。
4.2.2 通用分析仪器
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元素分析仪
元素分析仪：分析有机元素的自动化仪器。可分析碳、硫、
氧、氮、硅、锰等各种有机元素，包括有定氮仪、碳硫分
析仪、氧氮分析仪、多元素分析仪等多种形式。
应用：
主要用于食品、农作物、种子、土壤、肥 料等样品的含氮量或蛋白质含量分析。 主要品牌：
（意大利）VELP、（瑞士）FOSS 。
定氮仪
2 元素分析仪
第四章：仪器仪表应用领域
包括以下几个部分学习内容： 4.1 仪器仪表信息技术简介 4.2 通用仪器仪表功能及应用
（其中主要包括：测量/计量仪器；通用分析仪器； 环境监测仪器；常用电工仪表）
4.3 工业自动化仪表与系统简介
4.4 仪器仪表在现代农业中的应用
4.1仪器仪表信息技Байду номын сангаас简介
现场测量与计算机结合远程控制系统
带移动的速度不等──差速迁移，最终被分离。
气相色谱仪
液相色谱仪
离子色谱仪
应用： 冶金行业中的炼铁过程中，高炉炉顶煤气中 CO2 、CO和1H2 含量的分 析；石油炼制工业及其特种油类的制造过程的控制和质量检验等。 注：离子色谱是高效液相色谱的一种。
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类 型
色谱仪
优 点 缺 点
仅适用于分析蒸气压低、 选择性高、分离效率高、 沸点低的样品，而不能分 气相色谱仪 灵敏度高、分析速度快等。析热稳定性差的化合物以 及生物活性物质。 可分析低分子量低沸点样 品；高沸点、中分子、高 分析成本高于气相色谱， 分子有机化合物；热不稳 液相色谱仪 流动相也容易引起环境污 定，具有生物活性的生物 染。 分子等。分离效率、选择 性、灵敏度高。 主要品牌： 气相色谱仪：安捷伦，热电，PE，力可，瓦里安，AMETEK等。
电力：燃煤发电厂、燃气供热电厂、水电站、核电站、地区 供热管网、大型电力变压器的温度保护和信号传送等。 石化：采油、输油管路、石化厂、炼油厂。 交通运输：机场的飞机维修、大型运输动力系统维修、远洋 海运作为在役维修测量手段。 主要品牌：
德尔塔（DeltaTRAK ）、欧普士（Optris ）、兰德（
可分为专用数字记录设备如波形存储式记录仪数字存储可分为专用数字记录设备如波形存储式记录仪数字存储示波器等示波器等通用数字记录设备如计算机及其外设数字存储媒体通用数字记录设备如计算机及其外设数字存储媒体带磁盘光盘新型的固态半导体存储盘等带磁盘光盘新型的固态半导体存储盘等11质量计量仪器质量计量仪器22温度计量仪器温度计量仪器33长度计量仪器长度计量仪器44表面测量仪器表面测量仪器质量计量仪器质量计量仪器质量计量仪器质量计量仪器电子天平电子天平主要品牌
4.1仪器仪表信息技术简介
4.1.2 信号调理技术—信号调理器
信号调理技术：所谓信号调理技术即对传感器的输出信号进 行“再加工”，使其更符合于后续的信号传输及处理。
信号调理器—温度变送器： 是一种将温度变量转换为可 传送的标准化输出信号的仪 表。 关键的信号调理技术可以将 数据采集系统的总体性能和 精度提高10倍。
通用数字记录设备（如计算机及其外设数字存储媒体——磁 带、磁盘、光盘、新型的固态半导体存储盘等）
4.2 通用仪器仪表功能及应用
主要学习以下几个部分内容：
4.2.1 测量/计量仪器
4.2.2 通用分析仪器
4.2.1 测量/计量仪器
1、质量计量仪器 2、温度计量仪器 3、长度计量仪器 4、表面测量仪器
LAND）、雷泰（ RAYTEK ）等。
3 长度计量仪器
激光干涉仪：是以激光波长为已知长度 利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用 长度测量的工具。是机床、三坐标测量 机及其它定位装置精度校准 用的高性能仪器。
激光干涉仪
激光测距仪：是利用激光对目标的距离进 行准确测定的仪器。激光测距仪重量轻、 体积小、操作简单速度快而准确，其误差 仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分 之一。 应用： 广泛应用于工业测控、矿山、港口等领域。 激光测距仪
二、纪录类信号输出
将检测信号永久记录是十分必要的：
作为测试档案留存
花很多经费和人力完成的数据的共享 条件限制很难重复的测试数据的共享 重放测试过程
数据记录的常用方法：
硬拷贝记录 模拟记录 数字记录
4.1.6信号的输出技术
二、纪录类信号输出—（1）硬复制记录
打印机、绘图仪、记录仪是最基本的输出形式，同时也 是测试仪器最常用的硬复制记录型输出设备。 可以在普通的白纸上输出所有需要记录的测量数据与检 测结果，甚至存储的信号波形。
1 质量计量仪器
电子天平： 是实验室分析或质量控制所必须的仪器， 具有称量大，精度高，在较差使用环境下 亦可达到精密称量的要求。 电子称： 电子称是用来对货物进行称重的自动化 称重设备，通过传感器的力电转换，经称 重仪表处理来完成对货物的计量，适用于 各种散货的计量。 主要品牌： 塞多利斯、梅特勒-托里多、普利赛斯等。 电子称 电子天平
动圈式显示仪表
光柱式显示仪表
平衡式指示仪表
4.1.6信号的输出技术 一、显示和指示类—（2）数字式
数字式显示仪表是以数字形式直接显示被测参数，数字显
示与模拟指示比较，具有分辨率高、量程大、读数方便、没
有视差、便于与计算机相连等优点。 除以数字显示形式输出外，还可以进行报警或打印记录。 在必要时，还可以数码形式输出，供计算机进行数据处理。