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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f 83

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

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