自动检测与转换技术

第1章检测技术的基础知识1

1.1测量的基本概念1

1.1.1测量1

1.1.2测量方法1

1.2测量误差及其分类3

1.2.1测量误差及其表示方法3

1.2.2测量误差的分类5

1.3测量误差的分析与处理6

1.3.1随机误差的统计特性6

1.3.2粗大误差9

1.3.3系统误差9

1.3.4直接测量数据的误差分析10

1.4传感器及其基本特性12

1.4.1传感器的定义及组成12

1.4.2传感器的分类13

1.4.3传感器的基本特性15

1.4.4传感器技术的发展趋势19

1.5弹性敏感元件20

1.5.1弹性敏感材料的弹性特性20

1.5.2弹性敏感元件的材料及其基本

要求21

1.5.3弹性敏感元件的变换原理21

小结25

思考与练习26

第2章电阻式传感器28

2.1电位器式传感器28

2.1.1线性电位器28

2.1.2电位器式传感器的应用30

2.2电阻应变式传感器31

2.2.1电阻应变片的种类与结构31

2.2.2电阻的应变效应32

2.2.3应变片测试原理33

2.2.4测量电路34

2.3电阻应变式传感器的应用37

2.4压阻式传感器41

2.4.1压阻效应与压阻系数41

2.4.2测量原理41

2.4.3温度补偿42

2.4.4压阻式传感器的应用42

2.5气敏电阻传感器43

2.6湿敏电阻传感器46

小结49

思考与练习50

第3章变磁阻式传感器51

3.1自感式传感器51

3.1.1基本自感式传感器51

3.1.2差动变间隙式传感器52

3.1.3螺管型自感式传感器53

3.1.4测量电路53

3.2变压器式传感器55

3.2.1螺线管式差动变压器56

3.2.2测量电路57

3.3电涡流式传感器60

3.3.1电涡流式传感器的工作原理60

3.3.2电涡流式传感器种类60

3.3.3测量电路62

3.4变磁阻式传感器的应用64

3.4.1自感式传感器的应用64

3.4.2变压器式传感器的应用65

3.4.3电涡流式传感器的应用65

小结67

思考与练习67

第4章电容式传感器69

4.1电容式传感器的工作原理69

4.1.1变面积式电容传感器69

4.1.2变间隙式电容传感器71

4.1.3变介电常数式电容传感器73

4.2测量电路76

4.2.1调幅型电路76

4.2.2差动脉冲宽度调制电路77

4.2.3调频型电路79

4.3电容式传感器的应用79

小结81

思考与练习81

第5章热电偶传感器83

5.1热电偶工作原理83

5.1.1热电偶工作原理83

5.1.2热电偶的基本定律85

5.2热电偶的材料、结构及种类86

5.2.1热电偶材料86

5.2.2热电偶结构87

5.2.3热电偶种类及分度表88

5.3热电偶的冷端补偿91

5.4热电偶测温线路94

5.5热电阻95

5.5.1金属热电阻95

5.5.2半导体热敏电阻99

5.5.3集成温度传感器99

小结104

思考与练习104

第6章光电式传感器106

6.1光电效应及光电器件106

6.1.1光电效应106

6.1.2光电管106

6.1.3光敏电阻107

6.1.4光敏晶体管109

6.1.5光电池111

6.2红外传感器112

6.2.1红外辐射113

6.2.2红外探测器113

6.3光电式传感器应用举例114

6.3.1光敏电阻传感器的应用114

6.3.2光敏晶体管的应用115

6.3.3光电池的应用116

6.3.4红外测温仪117

6.4光电开关和光电断续器118

6.4.1光电开关118

6.4.2光电断续器119

6.5CCD图像传感器及应用120

6.5.1CCD图像传感器的工作原理120

6.5.2CCD图像传感器的分类121

6.5.3CCD图像传感器的应用123

小结123

思考与练习124

第7章霍尔传感器125

7.1霍尔元件工作原理125

7.2霍尔元件的基本结构和主要特性参数126

7.2.1基本结构126

7.2.2主要特性参数127

7.3霍尔元件的测量电路及补偿128

7.3.1基本测量电路128

7.3.2温度误差的补偿128

7.3.3不等位电势的补偿130

7.4霍尔集成电路131

7.5霍尔传感器的应用132

小结134

思考与练习135

第8章压电式传感器136

8.1压电效应136

8.1.1石英晶体的压电效应136

8.1.2石英晶体138

8.1.3压电陶瓷的压电效应138

8.1.4压电陶瓷139

8.2压电材料139

8.3压电式传感器测量电路139

8.3.1压电器件的串联与并联139

8.3.2压电式传感器的等效电路140

8.3.3压电式传感器的测量电路140

8.4压电式传感器应用举例142

小结145

思考与练习146

第9章光纤传感器147

9.1光纤传感器的原理、结构及种类147

9.1.1光纤传感器的原理147

9.1.2光纤的结构148

9.1.3光纤的种类148

9.2光的传输原理149

9.2.1光的全反射定律149

9.2.2光纤的传光原理150

9.3光纤传感器的类型150

9.3.1光纤传感器的分类150

9.3.2功能型和非功能型光纤传感器151

9.3.3光纤传感器的主要部件152

9.4功能型光纤传感器152

9.4.1相位调制型光纤传感器152

9.4.2光强调制型光纤传感器154

9.5非功能型光纤传感器155

9.5.1遮断光路的光强调制型光纤

传感器155

9.5.2改变光纤相对位置的光强调

制型光纤传感器156

9.6光纤传感器的应用157

9.6.1光纤微位移测量传感器157

9.6.2光纤流量传感器158

9.6.3光纤图像传感器159

小结160

思考与练习160

第10章过程参数的控制161

10.1压力测量161

10.1.1弹簧管压力表162

10.1.2压力、差压变送器的基本原理163

10.2液位测量164

10.2.1浮力式液位仪表165

10.2.2光纤液位计166

10.2.3静压式液位计168

10.2.4电阻式液位计171

10.3流量测量172

10.3.1容积式流量传感器173

10.3.2差压式流量传感器175

10.3.3速度式流量传感器183

10.3.4流体阻力式流量传感器190

小结194

思考与练习194

第11章检测装置的信号处理及接口技术196

11.1信号的放大与隔离技术196

11.1.1运算放大器196

11.1.2测量放大器197

11.1.3隔离放大器198

11.1.4程控测量放大器PGA200

11.2信号变换技术201

11.2.10～10mA的电压/电流变换

（V/I变换）201

11.2.24～20mA的电压/电流变换

（V/I变换）202

11.3过程输入通道202

11.3.1模拟量输入通道202

11.3.2A/D转换器及其与单片机的

接口203

11.4信号的非线性补偿技术207

11.4.1线性化处理方法207

11.4.2利用微机进行非线性化处理210

小结212

思考与练习213

第12章自动检测技术的综合应用214

12.1传感器的选用原则214

12.2综合应用举例215

12.2.1高炉炼铁自动检测与控制215

12.2.2蒸馏塔自动检测与控制219

12.2.3传感器在汽车中的应用220

12.2.4传感器在空气污染监测中的

应用226

12.2.5IC卡智能水表的应用227

12.2.6传感器在全自动洗衣机中的

应用229

12.2.7传感器在电冰箱中的应用229

12.2.8传感器在空调器中的应用231

12.2.9传感器在厨具中的应用23212.2.10传感器在燃气热水器中的

应用233

12.2.11传感器在家用吸尘器中的

应用234

12.2.12家用电器中常用的部分国

产热敏电阻235

小结236

思考与练习236

第13章数字式传感器技术237

13.1光栅传感器237

13.1.1光栅的基本知识237

13.1.2莫尔条纹及其测量原理239

13.1.3光栅测量系统241

13.1.4光栅测量系统的应用245

13.2磁栅传感器246

13.2.1磁栅及其分类246

13.2.2磁头及其结构247

13.2.3信号处理方式249

13.2.4磁栅传感器的应用251

13.3数字编码器252

13.3.1接触式码盘编码器252

13.3.2光电式编码器254

13.3.3光电编码传感器的应用257

13.4感应同步器258

13.4.1感应同步器的结构258

13.4.2感应同步器的工作原理260

13.4.3数字位置测量系统261

小结262

习题与思考题263

第14章自动检测技术的新发展264

14.1智能传感器264

14.1.1智能传感器发展的历史背景264

14.1.2智能传感器的功能与特点264

14.1.3智能传感器实现的途径265

14.2虚拟仪器268

14.2.1虚拟仪器的定义268

14.2.2虚拟仪器的应用268

14.2.3虚拟仪器的特点269

14.2.4虚拟仪器的产生269

14.2.5虚拟仪器的分类270

14.2.6虚拟仪器的体系结构270

14.2.7虚拟仪器的发展趋势273

14.3微型传感器273

14.3.1微机电系统（MEMS）273

14.3.2微型传感器275

14.4网络传感器276

14.4.1基于现场总线技术的网络化

测控系统277

14.4.2面向Internet网络测控系统278

14.4.3网络化检测仪器与系统实例278

14.4.4无线传感器网络化测控系统279

14.5多传感器数据融合281

14.5.1工作原理281

14.5.2多传感器数据融合的意义281

14.5.3融合方法282

14.5.4多传感器信息融合的实例283

14.6软测量技术284

小结285

思考与习题286

附录A思考与练习部分答案287

参考文献291

本书主要介绍了常用传感器的工作原理、基本结构及相应的测量电路，并介绍了大量的应用实例。在取材上，强调理论够用、实用性和先进性，突出基本技能的培养，加强了实验的内容。本书内容主要包括：检测技术的一般概念和测量方法、误差分析；电阻式、变磁阻式、电容式、热电式、霍尔式、光电式及压电式等常用传感器；新型的光纤传感器；数字式传感器、智能传感器和过程控制参数检测及检测装置的信号处理技术。
本次修订后，既保持原教材的特色、精选理论教学内容，适用够用，又重点突出，各章增加例题、习题和习题解答，以便更方便、更好地为教学服务。