随着自动化水平的日益提高，现代化生产过程的控制系统规模不断扩大，复杂性迅速增加，从而引起维修费用增加，停机损失巨大或事故后果严重等问题，因此故障检测与诊断技术越来越受到人们的重视，成为过程工业的重要问题。而在大型复杂系统中，以传感器和执行器故障为主的仪表故障已成为导致控制系统失效的主要原因，能否快速准确的检测仪表故障更是保证控制系统稳定运行的关键。本文通过对以往故障诊断方法的分析研究，同时将理论研究与生产过程中的实际情况相结合，对仪表故障检测与诊断等应用技术作了深入的探讨，具体包括以下几个方面：1．通过大量的中外文献阅读，对故障诊断方法的发展与应用研究做了一个较为系统完整的阐述，介绍了故障诊断系统的结构与特点，故障诊断方法分类，以及各个方法的研究现状、优缺点和在流程工业中的应用。2．在对大量真实的工业数据的统计学习基础上发现：仪表信号的波动情况直接反映了仪表的工作状态，可以作为故障诊断的特征量，由此提出了一种基于信号方差估计的快速故障诊断方法。该算法物理意义明确，诊断快速，具有良好的工业应用背景。3．基于上述快速检测算法，开发了一套在线仪表故障检测系统，主要由故障数据库、诊断模块、人机交互模块等构成，可对各种检测仪表的工作状态进行实时监控，适用于大规模的流程工业过程。4．分析了某大型炼油厂的工业需求与实际情况，成功的将在线仪表故障检测系统应用于催化裂化装置上，取得了良好的效果，大大提高了工业生产的可靠性与安全性。