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绪论1

目录1

第1章　水分仪器3

1.1 水分测量的基本概念3

1.2 重量法水分计5

1.2.1 重量法水分计的基本原理和仪器类型5

1.2.2 烘箱法5

1.2.3 热天平法6

1.2.4 干燥剂法8

1.2.5 样品的制备与预处理9

1.3 卡尔·费休水分仪9

1.3.1 卡尔·费休滴定法的原理和分类9

1.3.2　卡尔·费休试剂10

1.3.3.1 卡尔·费休容量法滴定仪13

1.3.3 仪器的基本结构和原理13

1.3.3.2 卡尔·费休库仑法滴定仪14

1.3.4 卡尔·费休水分仪的性能指标及检测方法16

1.3.5 卡尔·费休水分仪的使用注意事项18

1.3.5.1 环境湿度18

1.3.5.2　填充电解液18

1.3.5.3 取样18

1.3.5.4　样品量19

1.3.5.5 影响测量结果的其他因素19

1.3.5.6　及时更换电解液19

1.3.5.7 清洁滴定池和电解电极20

1.4 电阻式水分计20

1.4.1 测量原理及其数学模型20

1.4.1.1 一般原理、特点及应用领域20

1.4.1.2　传统测量原理21

1.4.1.4 高精度测量采用的实用数学模型22

1.4.1.3 高精度测量原理22

1.4.2 仪器系统组成框图及各组成部分的作用24

1.4.2.1 传统电阻式水分计24

1.4.2.2 智能化电阻式水分计24

1.4.3 电阻式水分传感器25

1.4.3.1 杯状电阻式水分传感器25

1.4.3.2　探针电阻式水分传感器26

1.4.3.3　平板电阻式水分传感器26

1.4.3.4 滚轮电阻式水分传感器26

1.4.4 电阻式水分计的常用测量电路26

1.4.4.1 线性灵敏的不平衡电桥26

1.4.4.2 晶体管电路26

1.4.4.3 高精度大量程运算放大器电路27

1.4.6.1 电阻式水分计的准确度水平28

1.4.6.2 影响准确度的因素及其克服办法28

1.4.5 智能化电阻式水分计的数据处理技术28

1.4.6　测量准确度28

1.4.7　仪器的使用与维护30

1.4.7.1 使用的一般方法及注意事项30

1.4.7.2 常见故障及处理30

1.5 电容式水分计31

1.5.1 测量原理31

1.5.1.1 一般原理、特点及应用领域31

1.5.1.2 原理结构框图及各部分的作用31

1.5.2 电容式水分传感器32

1.5.2.1 一种介质的电容式水分传感器32

1.5.2.2 两种介质的并联电容式水分传感器33

1.5.3 常用测量电路35

1.5.3.1 阻抗电桥测量放大电路35

1.5.2.3 物料的介电性能对传感电容的影响35

1.5.3.2 差拍测量电路38

1.5.3.3 高频谐振测量电路38

1.5.3.4 复阻抗分离测量电路40

1.5.4　单片机测量电路41

1.5.4.1 单片机测量系统的组成42

1.5.4.2 输入通道的参量变换器接口电路43

1.5.4.3　输出通道的显示器接口43

1.5.5 电容式水分计的遥测技术44

1.5.6 电容式水分计的标定46

1.5.7 仪器的使用与维护46

1.5.7.1 使用的一般方法及注意事项46

1.6　近红外水分仪47

1.6.1 测量原理47

1.5.7.2 常见故障及处理47

1.6.2 仪器的分类和应用场合48

1.6.3　透射式近红外水分仪49

1.6.3.1 一次透过式水分仪49

1.6.3.2 多次透过式水分仪50

1.6.3.3　球面聚光式水分仪50

1.6.3.4 三种透射式水分仪的对比50

1.6.4　反射式近红外水分仪51

1.6.4.1 单光路双光束近红外水分仪51

1.6.4.2　双光路四光束近红外水分仪51

1.6.4.3 三波长近红外水分仪52

1.6.5　近红外水分测量系统53

1.6.6 近红外水分仪的标定与校准53

1.6.7 近红外水分仪的使用与维护54

1.7.1.1 按测量方式分类55

1.7.1 中子水分测定法的基本原理和仪器类型55

1.7 中子水分计55

1.7.1.　2按测量原理分类56

1.7.1.3 按装置类型分类56

1.7.2 固定式中子水分计57

1.7.2.1 固定式插入型中子水分计57

1.7.2.2 固定式表面型中子水分计58

1.7.2.3 固定式透射型中子水分密度计59

1.7.3 移动式中子水分计59

1.7.3.1 移动式插入型中子水分计59

1.7.3.2 移动式表面型水分密度计59

1.7.4　取样式中子水分计60

1.7.4.1　取样式透射型热中子水分计60

1.7.4.2　取样式透射型快中子水分计61

1.7.4.3　取样式散射型热中子水分计61

1.7.5.2　辐射防护简介62

1.7.5 中子源和γ源及其防护62

1.7.5.1 中子源和γ源62

1.7.5.3 中子源的防护及屏蔽63

1.7.5.4　γ射线的屏蔽63

1.7.6 核探测器63

1.7.7 典型中子水分计的保养与维护63

1.8　微波水分计64

1.8.1　微波水分测量原理64

1.8.1.1　什么是微波64

1.8.1.2 微波频率下水和其他物质的介电特性64

1.8.1.3 微波传输特性与湿物质介电常数的关系65

1.8.1.4 其他变量对微波传输特性的影响及其解决办法67

1.8.2 微波水分测量的主要特点和应用领域67

1.8.3　微波水分传感器68

1.8.3.1 自由空间型传感器68

1.8.3.3　反射型传感器69

1.8.3.2　传输线型传感器69

1.8.3.4　谐振器型传感器70

1.8.3.5 时域反射法型传感器70

1.8.4　微波水分测量电路71

1.8.4.1 衰减测量电路71

1.8.4.2　相移测量电路71

1.8.4.3 衰减和相移测量电路71

1.8.4.4　谐振频率测量电路72

1.8.5 微波水分计与在线微波水分测量系统72

1.8.5.1 新鲜天然橡胶乳液微波水分计73

1.8.5.2 绿茶生产微波水分测量系统74

1.8.5.3 碎木板生产微波水分测量系统76

1.8.5.4 时域反射法水分计76

参考文献78

2.1.1　水及水汽的性质80

2.1.1.1 关于平衡和饱和的概念80

第2章　湿度仪器80

2.1 湿度测量的基本概念80

2.1.1.2　汽化和蒸发81

2.1.2　饱和水汽压公式82

2.1.2.1 Wexler-Greenspan饱和水汽压公式82

2.1.2.2 饱和水汽压的简化公式83

2.1.3 增加系数f83

2.1.4 湿度的表示方法84

2.1.4.1 混合比84

2.1.4.2 比湿85

2.1.4.3 相对湿度86

2.1.4.4 露点（霜点）87

2.1.5 常用湿度单位的换算87

2.1.6 湿度仪器的分类88

2.2　干湿球湿度计89

2.2.1 干湿球湿度计的理论89

2.2.1.1　基本原理89

2.2.1.2 影响湿球温度的因素90

2.2.2　各种干湿球湿度计91

2.2.2.1 玻璃水银温度计干湿表92

2.2.2.2　使用电测温元件的干湿球湿度计93

2.2.3 干湿表使用的注意事项94

2.3 冷凝露点湿度计94

2.3.1 露点湿度计的原理95

2.3.2 露点的研究96

2.3.3 普通冷镜露点仪97

2.3.4　循环式冷凝湿度计97

2.3.5　低霜点冷镜露点仪98

2.3.6 声表面波露点湿度计100

2.4 氯化锂露点湿度计101

2.5 电阻式湿度计105

2.5.1 氯化锂湿度计105

2.5.2 陶瓷湿度传感器107

2.5.2.1 陶瓷湿度传感器的工作原理108

2.5.2.2 陶瓷湿度传感器的结构108

2.5.2.3 陶瓷湿度传感器的主要特性109

2.5.3 高分子电阻式湿度传感器109

2.6 电容式湿度计110

2.6.1 高分子聚合物电容式湿度计110

2.6.1.1 湿敏材料的感湿机理111

2.6.1.2 湿敏材料的设计111

2.6.1.3 湿敏元件的上电极和下电极111

2.6.1.4 湿敏元件的上保护层112

2.6.1.6 电容湿敏元件的电容-湿度特性回归和温度补偿113

2.6.1.5 电容式湿敏元件的调理电路和仪器设计113

2.6.2　氧化铝湿度计114

2.6.2.1 基本原理114

2.6.2.2 氧化铝湿度传感器的结构和阳极氧化工艺115

2.6.2.3 氧化铝湿度传感器的一些主要特性116

2.7 涂膜压电和声表面波晶体湿度计118

2.7.1 涂膜压电吸收湿度分析仪118

2.7.1.1 石英检测器晶体118

2.7.1.2 石英检测器的工作原理118

2.7.1.3 石英检测器的结构119

2.7.2 声表面波晶体湿度传感器120

2.7.2.1 声表面波晶体湿度传感器的原理和结构120

2.7.2.2　SAW晶体湿度传感器的几个主要问题121

2.8.2 电解湿度计的工作原理和仪器结构123

2.8.1　概述123

2.8 电解湿度计123

2.8.3 电解池125

2.8.3.1 电解池的结构125

2.8.3.2 电解池的清洗工艺125

2.8.3.3 电解池的涂膜工艺125

2.8.3.4 电解池的活化和储存126

2.8.4 电解湿度计的使用126

2.9　光谱吸收湿度计126

2.9.1 红外吸收湿度计126

2.9.1.1 基本原理126

2.9.1.2　仪器的基本组成128

2.9.1.3 标定与压力对测量的影响129

2.9.1.4　小结130

2.9.2 紫外吸收湿度计130

2.9.2.2　组成和结构131

2.9.2.1　原理131

2.9.2.3　仪器的标定和检测133

2.9.3 光纤湿度分析仪133

2.9.3.1 光纤湿度传感器的工作原理133

2.9.3.2 光纤湿度传感器的性能133

2.10 湿度标准和湿度计的校准135

2.10.1 重量法135

2.10.2 湿度发生器136

2.10.2.1 双压法湿度发生器137

2.10.2.2　双温法湿度发生器140

2.10.3　饱和盐固定湿度点法142

2.10.4　湿度仪器的检定144

2.10.4.1 湿度计量标准的传递系统144

2.10.4.2 湿度计的检定周期145

表1 水的饱和蒸气压（0～100℃）146

附录2.1 饱和水蒸气压表146

参考文献146

表2 过冷水的饱和蒸气压（0～-50℃）148

表3冰的饱和蒸气压（0～-100℃）150

附录2.2 露点与其他主要湿度单位换算表153

表1 露点与其他主要湿度单位换算表（0～80℃）153

表2 露点与其他主要湿度单位换算表（0～-75℃）155

第3章　黏度与流变性仪器157

3.1 黏度与流变性测量的基本概念157

3.1.1 黏度的定义与物理意义157

3.1.2 非牛顿流体及其流变性质158

3.1.2.1 非牛顿流体的概念及表观黏度158

3.1.2.2 非牛顿流体的分类159

3.1.2.3　黏弹性体159

3.1.2.4 非牛顿流体流变性的时间相关性161

3.1.3.2 黏度与流变性测量方法概述162

3.1.3 黏度与流变性测量方法和仪器概述162

3.1.3.1 黏度与流变性测量的目的及途径162

3.2 同轴圆筒黏度计及流变仪165

3.2.1　测量原理165

3.2.2 牛顿流体黏度的测量165

3.2.2.1 普通同轴圆筒结构165

3.2.2.2　双间隙圆筒结构166

3.2.3 非牛顿流体表观黏度与流变性的测量166

3.2.3.1 已知流变方程166

3.2.3.2　未知流变方程167

3.2.3.3 普适性169

3.2.4 影响测量准确性的主要因素170

3.2.4.1 末端效应170

3.2.4.4　二次流与湍流172

3.2.4.5　壁面滑移172

3.2.4.3　黏性发热172

3.2.4.2　偏心172

3.2.4.6　试液与环境的温差173

3.2.4.7　仪器热膨胀173

3.2.4.8　试液的热胀冷缩173

3.2.4.9　转速变化173

3.2.4.10　仪器测量轴的自身摩擦173

3.2.5　仪器的典型结构174

3.2.5.1　探测系统174

3.2.5.2 力矩系统与测矩系统174

3.2.5.3　驱动与测速系统176

3.2.5.4　定位系统177

3.2.5.5　恒温系统177

3.3.1.2 非牛顿流体流变性的测量原理178

3.3.1.1 哈根-泊肃叶定律及牛顿流体黏度测定原理178

3.3 毛细管黏度计及流变仪178

3.3.1　测量原理178

3.3.2 影响测量准确性的主要因素181

3.3.2.1 动能修正181

3.3.2.2　末端修正181

3.3.2.3　湍流、滑移及其他182

3.3.3 牛顿流体黏度的测定182

3.3.3.1 绝对测量182

3.3.3.2　相对测量182

3.3.4 毛细管黏度计／流变仪的典型结构183

3.3.4.1 用于牛顿流体黏度测量的毛细管黏度计183

3.3.4.2 用于非牛顿流体流变性测量的毛细管流变仪184

3.4.1　旋转法185

3.4.1.1　锥-板式黏度计185

3.4 其他常用黏度及流变性测量方法及仪器185

3.4.1.2　平行板式黏度计186

3.4.2　落体式186

3.4.2.1 落球式黏度计186

3.4.2.2 落柱式黏度计190

3.4.2.3　气泡黏度计194

3.4.3　振动式195

3.4.3.1 扭转振动黏度计195

3.4.3.2　振动片式黏度计197

3.4.3.3　振球式黏度计197

3.4.4　平板法198

3.4.4.1 滑板式测黏系统198

3.4.4.2 带式测黏系统199

3.4.4.3　压板（横流）式测黏系统199

3.5.1.2　测量装置200

3.5.1.1 原理200

3.5.1 高温旋转黏度计200

3.4.4.4　倾斜板式测黏系统200

3.5　高温黏度计200

3.5.1.3　影响因素201

3.5.2 升球式高温黏度计202

3.5.2.1　原理202

3.5.2.2　测量装置202

3.5.2.3　影响因素202

3.5.3 陷入式高温黏度计203

3.5.3.1　原理203

3.5.3.2　测量装置204

3.5.4 梁弯式高温黏度计204

3.5.5 纤维伸长式（拉丝法）高温黏度计205

3.5.7　平板式高温黏度计206

3.6　工业流程在线黏度计206

3.5.6 扭曲变形式高温黏度计206

3.6.1 细管式在线黏度计207

3.6.2　旋转式在线黏度计208

3.6.3　落体法209

3.6.3.1 浮子式在线黏度计209

3.6.3.2 落塞式在线黏度计210

3.6.4　振动法210

3.6.4.1　超声黏度计210

3.6.4.2　振簧式在线黏度计212

3.6.4.3 振动片式在线黏度计212

3.6.5 在线黏度计的采样与温度补偿系统213

3.6.5.1　采样系统213

3.6.5.2 温度补偿系统214

3.6.6　在线黏度计的选择215

3.7.1.2 黏度计量基准与标准装置216

3.7.1.1 纯水的黏度216

3.7.1　黏度标准与基准216

3.7　黏度标准与黏度计的检定216

3.7.1.3　黏度标准液217

3.7.2　黏度计的检定218

3.7.2.1 一般检定方法介绍218

3.7.2.2 毛细管黏度计的检定要点219

3.7.2.3 旋转黏度计的检定要点220

3.7.2.4 滚落式落球黏度计的检定要点221

参考文献221

第4章　密度仪器222

4.1 密度测量的基本概念222

4.1.1 密度的基本概念222

4.1.2 密度与温度、压力的关系224

4.1.2.1 密度与温度的关系224

4.1.2.3 密度与温度、压力的关系225

4.1.2.2 密度与压力的关系225

4.1.3 密度测量方法及其仪器分类226

4.2 实验室用密度仪器230

4.2.1 液体静力天平称量装置230

4.2.2 韦氏天平233

4.2.3 密度瓶234

4.2.4　浮计238

4.2.5 液化石油气密度测定仪246

4.2.6　钻井液密度计246

4.2.7 折光仪与旋光仪248

4.2.7.1　折光仪248

4.2.7.2　旋光仪250

4.2.8 台式数字密度计251

4.2.9 密度梯度管装置252

4.2.11　浮沉子254

4.2.10　沉浮密度比较仪254

4.2.12　气体流出计255

4.2.13 气体密度天平256

4.2.14 贝克曼空气压力比较仪257

4.3 工业用密度与浓度仪器258

4.3.1 浮子式密度计258

4.3.1.1 漂浮浮子式密度计258

4.3.1.2 全浸浮子式密度计259

4.3.2　静压式密度计261

4.3.3　连续称量式密度计264

4.3.4 射线式密度计265

4.3.5　声学式密度计267

4.3.7 离心力式密度计269

4.3.8 转矩式气体密度计269

4.3.6 气柱平衡式密度计269

4.3.9　振动式密度计270

4.3.10　光学式浓度计273

4.3.11 电磁式浓度计274

4.3.12 电导式浓度计275

4.3.13　热导式浓度计278

4.3.14 密度测量系统280

4.3.15 密度计的校准与检验283

4.3.16 密度计的安装及安全措施285

4.4 密度标准及其量值传递286

4.4.1 密度标准参考物质286

4.4.1.1　纯水286

4.4.1.2　纯汞288

4.4.1.3　干空气289

4.4.1.4 其他密度标准参考物质289

4.4.2 液体密度标准及其量值传递体系290

4.4.3 固体密度标准及其量值传递体系291

4.5 有关常用数据表291

参考文献309

第5章　粒度仪器310

5.1 粒度的基本概念310

5.1.1　颗粒和粉体310

5.1.2　粒度和粒度分布311

5.1.2.1　定义311

5.1.2.2 表示粒度特性的几个关键指标312

5.1.2.3 粒度分布的表示形式313

5.2 常用粒度测量方法316

5.3 常用的几种粒度仪317

5.3.1 筛分仪317

5.3.1.1 筛系列317

5.3.1.2 筛分标准和筛子标准320

5.3.1.3　声波筛分仪321

5.3.2 图像分析仪322

5.3.2.1 工作原理与仪器结构322

5.3.2.2　粒度分析步骤323

5.3.3 离心沉降粒度分析仪325

5.3.3.1 离心沉降原理325

5.3.3.2　仪器操作和使用注意事项327

5.3.4　Coulter计数器328

5.3.4.1　测量原理329

5.3.4.2　仪器结构与运行步骤330

5.3.4.3　仪器校准331

5.3.4.4　测量误差分析332

5.3.5　激光粒度仪333

5.3.5.1　原理333

5.3.5.3　测量注意事项334

5.3.5.2　仪器结构334

5.3.5.4 激光粒度仪测量下限的延伸336

5.3.6 光子相关光谱仪336

5.3.6.1　原理337

5.3.6.2　仪器结构框图337

5.3.6.3　样品制备338

5.3.6.4　实验时间338

5.4　粒度仪的选择338

5.5　粒度标准物质339

参考文献341

第6章　浊度仪器342

6.1 浊度的定义及表示方法342

6.1.1 浊度的定义342

6.1.2 常用浊度单位的表示方法342

6.2 浊度测量方法的分类343

6.3 光学法测量浊度的基本原理344

6.4　浊度计的基本结构345

6.5　透射式浊度计346

6.5.1 落流式浊度计347

6.5.2 双光路双探测器浊度计347

6.5.3 双光路单探测器浊度计348

6.5.4 两次透过式浊度计348

6.6　散射式浊度计349

6.7　表面散射式浊度计350

6.8 比率浊度计351

6.8.1 散射透射比式浊度计351

6.8.2 双光源双探测器四束比率式浊度计351

6.8.3 单光源双探测器比率式浊度计352

6.8.4 单光源三探测器比率式浊度计353

6.8.6　振动镜散射透射平衡式浊度计354

6.8.5　积分球式浊度计354

6.8.7 激光比率式浊度计355

6.9 浊度计的技术指标评价及主要使用注意事项355

6.10 浊度标准物质356

参考文献358

第7章　石油物性分析仪器359

7.1 石油物性分析仪器的概念359

7.2　馏程分析仪360

7.2.1 馏程的定义360

7.2.2 常压蒸馏仪360

7.2.3　减压蒸馏仪361

7.2.4　馏程在线分析仪363

7.3 闪点分析仪364

7.3.1 闪点的定义364

7.3.2 闭口闪点仪364

7.3.3 开口闪点仪365

7.3.4　在线闪点分析仪366

7.4　倾点（浊点）分析仪367

7.4.1 倾点的定义367

7.4.2 浊点的定义367

7.4.3　倾点（浊点）分析仪器367

7.4.4　在线倾点（浊点）分析仪369

7.5　饱和蒸气压测定仪371

7.5.1 饱和蒸气压的定义371

7.5.2 实验室饱和蒸气压测定仪371

7.5.3 在线蒸气压测定仪372

7.6　辛烷值测定仪373

7.6.1　辛烷值的定义373

7.6.2 辛烷值机374

参考文献375