传感器技术及应用

第1章 检测与传感技术基础 1 1.1 检测技术基础 1 1.1.1 检测技术的概念与作用 1 1.1.2 检测系统的基本组成 2 1.1.3 检测技术的发展趋势 3 1.2 测量概论 4 1.2.1 测量方法 4 1.2.2 测量系统的分类 6 1.2.3 测量误差 7 1.3 传感技术基础 10 1.3.1 传感器的组成 10 1.3.2 传感器的分类 11 1.3.3 传感器的主要性能指标 13 本章小结 16 思考题与习题 18 第2章 应变式传感器 19 2.1 应变片的工作原理 19 2.2 应变片的种类、材料及粘贴 21 2.2.1 金属电阻应变片的种类 21 2.2.2 金属电阻应变片的材料 23 2.2.3 金属电阻应变片的粘贴 24 2.2.4 应变片的温度误差及补偿 24 2.3 电阻应变片的测量电路 26 2.3.1 直流电桥 26 2.3.2 交流电桥 29 2.4 应变式传感器的应用 31 2.4.1 柱(筒)式力传感器 31 2.4.2 应变式压力传感器 31 2.4.3 应变式容器内液体重量传感器 32 2.4.4 应变式加速度传感器 33 2.4.5 半导体力敏应变片在电子皮带秤上的应用 34 本章小结 35 思考题与习题 37 第3章 电感式传感器 39 3.1 自感式传感器 39 3.1.1 自感式传感器的工作原理 39 3.1.2 自感式传感器的测量电路 41 3.1.3 自感式传感器的应用 42 3.2 差动变压器式传感器 43 3.2.1 差动变压器式传感器的工作原理 43 3.2.2 差动变压器式传感器的测量电路 44 3.2.3 差动变压器式传感器的应用 45 3.3 电涡流式传感器 46 3.3.1 电涡流式传感器的工作原理 46 3.3.2 电涡流式传感器的结构 47 3.3.3 电涡流式传感器的测量电路 48 3.3.4 电涡流式传感器的应用 49 3.3.5 电感式接近开关 50 本章小结 52 思考题与习题 54 第4章 电容式传感器 56 4.1 电容式传感器的工作原理和结构 56 4.1.1 变极距型电容式传感器 57 4.1.2 变面积型电容式传感器 58 4.1.3 变介质型电容式传感器 59 4.2 电容式传感器的测量电路 61 4.2.1 调频测量电路 61 4.2.2 运算放大器式电路 62 4.2.3 二极管双T形交流电桥电路 63 4.2.4 环形二极管充放电法电容测量电路 64 4.2.5 脉冲宽度调制电路 65 4.3 电容式传感器的应用 67 4.3.1 电容式油量表 67 4.3.2 电容液位计 68 4.3.3 差动电容式测厚传感器 68 4.3.4 电容式接近开关 69 本章小结 71 思考题与习题 73 第5章 压电式传感器 75 5.1 压电效应及压电材料 75 5.1.1 压电效应 75 5.1.2 压电材料 76 5.1.3 石英晶体 76 5.1.4 压电陶瓷(多晶体) 78 5.2 压电式传感器的结构和测量电路 79 5.2.1 压电式传感器的结构 79 5.2.2 压电式传感器的等效电路 80 5.2.3 压电式传感器的测量电路 81 5.3 压电式传感器的应用 83 5.3.1 压电式测力传感器 83 5.3.2 压电式加速度传感器 83 5.3.3 压电式金属加工切削力测量 84 5.3.4 报警器电路 84 本章小结 85 思考题与习题 88 第6章 霍尔式传感器 89 6.1 霍尔效应及霍尔元件 89 6.1.1 霍尔效应 89 6.1.2 霍尔元件的基本结构 91 6.1.3 霍尔元件的基本特性 91 6.1.4 测量电路 93 6.2 霍尔式传感器的应用 94 6.2.1 霍尔式微量位移的测量 94 6.2.2 霍尔元件在转速测量上的应用 94 6.2.3 霍尔式接近开关 95 本章小结 96 思考题与习题 97 第7章 光电式传感器 98 7.1 光电效应 98 7.1.1 外光电效应 98 7.1.2 内光电效应 99 7.2 光电元件 99 7.2.1 外光电元件 99 7.2.2 内光电元件 102 7.2.3 光电耦合器件 108 7.3 光电式传感器的应用 110 7.3.1 火焰探测报警器 110 7.3.2 光电式纬线探测器 110 7.3.3 燃气器具中的脉冲点火控制器 111 7.3.4 烟尘浊度检测仪 111 7.3.5 路灯自动控制器 112 本章小结 112 思考题与习题 114 第8章 热电式传感器 115 8.1 热电偶 115 8.1.1 热电效应和热电偶测温原理 115 8.1.2 热电偶的基本定律 117 8.1.3 热电偶类型和热电偶材料 118 8.1.4 热电偶的结构形式 120 8.1.5 热电偶的补偿导线及冷端温度的补偿方法 121 8.1.6 热电偶测温线路 124 8.1.7 热电偶的安装与使用 126 8.2 热电阻传感器 128 8.2.1 常用热电阻 128 8.2.2 热电阻的结构和测量电路 130 8.3 热敏电阻 131 8.3.1 热敏电阻的分类 131 8.3.2 热敏电阻的参数及用途 132 8.3.3 热敏电阻传感器的测温与温度控制 134 8.4 PN结温度传感器 135 8.4.1 PN结温度传感器的工作原理 136 8.4.2 PN结温度传感器的应用 136 本章小结 137 思考题与习题 140 第9章 数字式传感器 141 9.1 光栅传感器 141 9.1.1 光栅的结构 141 9.1.2 光栅的工作原理 143 9.1.3 光栅数显表 145 9.1.4 光栅传感器的应用 147 9.2 编码器 148 9.2.1 增量式编码器 148 9.2.2 绝对式编码器 149 9.2.3 编码器的应用 150 9.3 感应同步器 151 9.3.1 感应同步器的结构与特点 152 9.3.2 感应同步器的工作原理 153 9.3.3 信号处理方式 154 9.3.4 感应同步器位移测量系统 155 本章小结 156 思考题与习题 158 第10章 化学传感器 159 10.1 气敏传感器 159 10.1.1 气敏传感器的分类及原理 160 10.1.2 气敏传感器的性能要求 163 10.1.3 气敏传感器的应用 164 10.2 湿敏传感器 167 10.2.1 氯化锂湿敏电阻 167 10.2.2 半导体陶瓷湿敏电阻 168 10.2.3 湿敏传感器的应用 170 本章小结 173 思考题与习题 175 第11章 新型传感器 176 11.1 光纤传感器 176 11.1.1 光纤的结构 176 11.1.2 光纤传感器的类型、调制原理与特点 177 11.1.3 光纤传感器的应用 180 11.2 超声波传感器 181 11.2.1 超声波传感器的工作原理与结构 181 11.2.2 超声波传感器的应用 184 11.3 红外传感器 188 11.3.1 红外辐射 188 11.3.2 红外传感器的类型与原理 189 11.3.3 红外传感器的应用 189 本章小结 192 思考题与习题 195 第12章 传感器的综合应用实例 196 12.1 传感器在现代汽车中的应用 196 12.1.1 汽车上的压力传感器 197 12.1.2 汽车上的温度传感器 198 12.1.3 汽车上的测速传感器 199 12.1.4 汽车上的位置和转角传感器 201 12.1.5 汽车上的防撞传感器 201 12.1.6 汽车上使用的其他传感器 202 12.1.7 汽车传感器的发展趋势 202 12.2 传感器在机器人中的应用 203 12.2.1 机器人的内部传感器 203 12.2.2 机器人的外部传感器 204 本章小结 208 思考题与习题 212 第13章 现代检测系统 213 13.1 现代检测系统概述 213 13.1.1 现代检测系统的基本结构 213 13.1.2 计算机检测系统 214 13.1.3 现代检测系统的应用 216 13.2 检测系统的抗干扰技术 218 13.2.1 干扰源 218 13.2.2 干扰的作用方式 218 13.2.3 干扰的抑制方法 219 本章小结 221 思考题与习题 224 附录A 常用传感器的性能及选择 225 附录B 工业热电阻分度表 227 附录C 工业热电偶分度表 228 参考文献 230