传感器与检测技术 [魏学业 主编] 2012年版

传感器与检测技术 
作　者：魏学业，张俊红，王立华 编 
出版时间：2012 
丛编项：21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材 
内容简介 
　　《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：传感器与检测技术》在内容组织上，更加注重简洁的基础知识和实际应用，对传感器和检测技术的内容进行了有机整合。《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：传感器与检测技术》不仅介绍了传统传感器和检测技术，同时也对新型传感器和现代检测技术进行了介绍，在表达方式上力求做到语言通俗、简洁易懂，提高学生的学习兴趣。《21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材：传感器与检测技术》共分14章，第1至第9章是对传感器进行介绍，内容包括传感器的基础知识，以及电阻式、电感式、电容式、热电偶、压电式、霍尔式、流量式、超声波、红外式、光电式、化学和集成温度传感器。围绕着基本原理、测量电路和应用实例3个方面进行介绍，使学生在掌握基本原理的基础上，将传感器得到的微弱信号通过测量电路转换成可测量的信号，通过实例介绍了实际应用。第10至第14章是对检测技术进行介绍，包括检测技术的基础知识，以及温度、振动、物位、运动量和力学量参数的检测技术。围绕着参数检测的基础知识和检测方法进行介绍，使学生不仅了解测量某一参数的基本知识，同时学习采用哪种测量方法更适合。本书可作为高等院校自动化、电气工程及自动化、电子信息工程等专业的教材，也可供从事相关领域的工程技术人员参考。 
目　录 
第1章　基础知识　1 
1.1　概述　1 
1.1.1　传感器的定义和组成　2 
1.1.2　传感器的地位和作用　2 
1.1.3　传感器的分类　3 
1.1.4　传感器的发展方向　5 
1.2　传感器的基本特性　6 
1.2.1　传感器的静态特性　6 
1.2.2　传感器的动态特性　10 
1.2.3　传感器的标定　16 
1.3　传感器的基本测量电路　17 
1.3.1　直流电桥　18 
1.3.2　交流电桥　21 
1.3.3　仪表放大器　24 
1.3.4　变送器　26 
小结　28 
思考题和习题　28 
第2章　电阻式传感器　30 
2.1　热电阻式传感器　30 
2.1.1　铂热电阻　30 
2.1.2　铜热电阻　31 
2.1.3　几种常用的连接方式　31 
2.1.4　应用实例　32 
2.2　热敏电阻传感器　33 
2.2.1　热敏电阻的分类　33 
2.2.2　特性　33 
2.2.3　热敏电阻的应用　34 
2.3　应变式传感器　35 
2.3.1　工作原理　35 
2.3.2　电阻应变片的结构　36 
2.3.3　应变片的误差及补偿　38 
2.3.4　典型应用　40 
小结　41 
思考题和习题　41 
第3章　电感式和电容式传感器　42 
3.1　电感式传感器　42 
3.1.1　变磁阻式传感器　42 
3.1.2　差动变压器式传感器　49 
3.2　电容式传感器　52 
3.2.1　工作原理　52 
3.2.2　测量电路　56 
3.2.3　应用实例　58 
小结　59 
思考题和习题　59 
第4章　热电偶传感器　61 
4.1　基本原理　61 
4.1.1　热电势　61 
4.1.2　热电偶基本定律　64 
4.2　冷端补偿原理　66 
4.2.1　热电偶补偿导线　66 
4.2.2　冷端0℃恒温法　67 
4.2.3　冷端温度修正法　67 
4.2.4　冷端温度自动补偿法　68 
4.3　几种测量温度的连接方法　69 
4.3.1　测量某点温度的基本电路　69 
4.3.2　测量两点之间的温度差　69 
4.3.3　测量平均温度的线路　69 
4.3.4　测量几点温度之和的线路　70 
4.4　热电偶在盐浴炉温控中的应用　70 
小结　71 
思考题和习题　71 
第5章　压电式传感器和霍尔式传感器　73 
5.1　压电式传感器　73 
5.1.1　压电效应　73 
5.1.2　结构和等效电路　74 
5.1.3　测量电路　75 
5.1.4　应用实例　76 
5.2　霍尔式传感器　76 
5.2.1　基本原理　76 
5.2.2　测量电路　77 
5.2.3　应用实例　78 
小结　79 
思考题和习题　79 
第6章　流量式传感器　80 
6.1　流量的基础知识　80 
6.1.1　流量及其表示方法　80 
6.1.2　流量的测量方法　82 
6.2　差压式流量传感器　83 
6.2.1　节流式流量计　83 
6.2.2　皮托管式流量计　88 
6.2.3　均速管式流量计　89 
6.2.4　转子流量计　90 
6.2.5　靶式流量计　91 
6.3　容积式流量计　92 
6.3.1　椭圆齿轮流量计　92 
6.3.2　腰轮流量计　93 
6.3.3　刮板式流量计　94 
6.4　速度式流量计　94 
6.4.1　涡街流量计　94 
6.4.2　超声波流量计　96 
6.5　质量流量传感器　99 
6.5.1　直接式质量流量计——科里奥利质量流量计　99 
6.5.2　热式质量流量计　101 
6.5.3　间接式质量流量计　103 
小结　105 
思考题和习题　105 
第7章　超声波传感器和红外传感器　107 
7.1　超声波传感器　107 
7.1.1　工作原理　107 
7.1.2　驱动和接口电路　110 
7.1.3　典型应用　112 
7.2　红外传感器　116 
7.2.1　红外传感器的分类　116 
7.2.2　红外光谱　117 
7.2.3　红外传感器　117 
7.2.4　红外光传感器应用实例　120 
小结　121 
思考题和习题　121 
第8章　光电式传感器　122 
8.1　光电式传感器的类别和光电效应　122 
8.1.1　分类　122 
8.1.2　光电效应　123 
8.2　CCD传感器　125 
8.2.1　基本原理　125 
8.2.2　分类　127 
8.2.3　应用实例　127 
8.3　光纤传感器　129 
8.3.1　基本原理　129 
8.3.2　光纤传感器的分类　130 
8.3.3　光纤传感器的应用　131 
8.4　光电编码器　133 
8.4.1　基本原理　133 
8.4.2　光电式编码器的应用　137 
8.5　计量光栅　138 
8.5.1　光栅的结构及工作原理　138 
8.5.2　计量光栅的应用　143 
小结　144 
思考题和习题　144 
第9章　化学传感器和集成式温度传感器　145 
9.1　化学传感器　145 
9.1.1　气敏传感器　145 
9.1.2　湿敏传感器　151 
9.2　集成式温度传感器　158 
9.2.1　AD590集成式温度传感器　158 
9.2.2　DS18B20 集成式温度传感器　160 
小结　167 
思考题和习题　167 
第10章　检测技术基础知识　168 
10.1　检测技术概述　168 
10.1.1　检测技术的定义和作用　168 
10.1.2　检测技术的发展　170 
10.2　检测系统误差分析　172 
10.2.1　系统误差处理　172 
10.2.2　随机误差处理　174 
10.2.3　粗大误差处理　177 
10.2.4　测量不确定度分析　178 
10.3　最小二乘法与回归算法　182 
10.3.1　最小二乘法　182 
10.3.2　一元线性拟合　183 
10.3.3　多元线性拟合　184 
10.3.4　曲线拟合　185 
小结　186 
思考题和习题　186 
第11章　温度和振动参数检测技术　188 
11.1　温度参数检测技术　188 
11.1.1　温标及测温方法　188 
11.1.2　膨胀式温度计　190 
11.2　振动量检测技术　191 
11.2.1　概述　192 
11.2.2　振动测量系统　193 
11.2.3　振动参数的测量　195 
11.2.4　振动测量的应用　197 
小结　200 
思考题和习题　200 
第12章　物位检测技术　201 
12.1　物位检测的分类　201 
12.2　液位检测方法　202 
12.2.1　直接测量法　203 
12.2.2　静压式液位检测　203 
12.2.3　浮力法液位检测　205 
12.2.4　电学法液位检测　207 
12.2.5　超声波液位检测　209 
12.2.6　激光液位检测　210 
12.2.7　光纤液位检测　210 
12.3　料位检测方法　211 
12.3.1　重锤探测法　211 
12.3.2　称重法　211 
12.3.3　电气法　211 
12.3.4　声学法　212 
12.3.5　光学法　212 
12.3.6　物位开关　213 
12.4　相界面的检测　214 
小结　214 
思考题和习题　214 
第13章　运动量检测技术　215 
13.1　位移检测　215 
13.1.1　位移检测方法　215 
13.1.2　常用的位移传感器　216 
13.1.3　相位差法　218 
13.2　速度检测　220 
13.2.1　速度检测方法　220 
13.2.2　常用的速度测量传感器　221 
13.2.3　光纤陀螺　223 
13.3　加速度检测　225 
13.3.1　加速度检测方法　225 
13.3.2　微机电加速度计　226 
13.3.3　应用例子　230 
13.4　惯性测量　231 
13.4.1　惯性测量原理　231 
13.4.2　典型应用　233 
小结　234 
思考题和习题　234 
第14章　力学量检测技术　236 
14.1　压力的测量　236 
14.1.1　压力的基本概念　236 
14.1.2　常用压力检测仪表　237 
14.2　力的测量　244 
14.2.1　力的基本概念　244 
14.2.2　力的测量方法　244 
14.2.3　测力的传感器　246 
14.3　转矩的测量　248 
14.3.1　转矩的基本概念　248 
14.3.2　转矩的测量方法　248 
14.4　称重系统　250 
14.4.1　电子皮带秤　250 
14.4.2　地磅　253 
小结　254 
思考题和习题　254 
附录1　Pt100铂热电阻分度表　255 
附录2　Pt10铂热电阻分度表　256 
附录3　Cu50铜热电阻分度表　257 
附录4　Cu100铜热电阻分度表　258 
附录5　铂铑30—铂铑6热电偶分度表(B型)　259 
附录6　铂铑10—铂热电偶分度表(S型)　261 
附录7　铂铑13—铂热电偶分度表(R型)　265 
参考文献　266