传感器及检测技术

模块一传感器及检测技术基本知识

项目一传感器的定义与分类

项目二传感器的基本特性

项目三传感器的发展方向与标定

项目四测量与误差的基本知识

模块二温度检测

项目一热电偶传感器

项目二热电阻传感器

项目三红外传感器

操作训练：温度计的组装与调试

课后习题

模块三压力检测

项目一电阻传感器

项目二电感传感器

项目三电容传感器

项目四压电传感器

操作训练：电子秤的组装与调试

课后习题

模块四位移检测

项目一电位器传感器

项目二超声波传感器

项目三光栅传感器

项目四涡流传感器

操作训练：测距仪的组装与调试

课后习题

模块五速度检测

项目一光电传感器

项目二霍尔传感器

项目三磁电传感器

操作训练：速度计的组装与调试

课后习题

模块六湿度检测

项目一湿敏传感器

操作训练：测湿仪的组装与调试

课后习题

模块七气体检测

项目一气敏传感器

操作训练：酒精检测仪的组装与调试

课后习题

模块八流量检测

项目一差压式流量计

项目二容积式流量计

项目三速度流量计

操作训练：流量计的组装与调试

课后习题

参考文献

本书系统地介绍了传感器的基本结构、工作原理、特性及相应的测量电路。全书共10章，第1章介绍了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性；第2章至第10章分别介绍了电阻式、电容式、电感式、压电式、热电式、磁敏式、光电式、光纤式、气敏式、湿敏式传感器的结构、工作原理及应用。书中每章都提供了大量的应用实例，章后对全章内容进行了梳理、归纳、总结，以帮助读者理清知识体系，每章后还附有课后习题。通过本书的学习，读者能基本掌握传感器的应用技术，能正确的使用各种传感器。

前言

第1章传感器与检测技术概述1

1 1传感器与检测技术1

1 2传感器与检测技术的历史2

1 3传感器与检测技术的地位和作用3

1 4传感器与检测技术的应用领域3

1 5传感器与检测技术的现状6

1 6传感器与检测技术的发展方向7

思考题与习题8

第2章传感器与检测技术基础

理论9

2 1传感器的定义及组成9

2 1 1传感器的定义9

2 1 2传感器的组成9

2 2传感器的分类10

2 3传感器的基本特性11

2 3 1传感器的静态特性11

2 3 2传感器的动态特性15

2 4传感器的标定17

2 4 1传感器的静态标定17

2 4 2传感器的动态标定18

2 5检测技术基本概念18

2 5 1检测系统的组成18

2 5 2检测系统的类型20

2 5 3测量方法的分类20

2 5 4测量技术的性能指标21

2 6检测系统测量误差分析22

2 6 1测量误差的概念22

2 6 2测量误差的来源22

2 6 3测量误差的表示方法23

2 6 4测量误差的分类24

2 6 5测量误差的处理24

思考题与习题27

第3章电阻应变式传感器29

3 1电阻应变式传感器简介29

3 2电阻应变片的工作原理29

3 2 1金属的应变效应29

3 2 2应变片的结构和工作原理30

3 3电阻应变片的种类32

3 4电阻应变片的材料34

3 5应变片的主要参数35

3 6应变片的误差及补偿35

3 7测量电路37

3 7 1直流电桥38

3 7 2交流电桥41

3 7 3测量电路设计注意事项42

3 8应变式传感器的应用43

3 8 1测力与称重传感器43

3 8 2膜片式压力传感器45

3 8 3应变式加速度传感器46

思考题与习题47

第4章温度传感器49

4 1热电阻49

4 1 1热电阻的结构与分类49

4 1 2热电阻的测量电路52

4 1 3热电阻的应用53

4 2热敏电阻53

4 3热电偶56

4 3 1热电偶的工作原理56

4 3 2热电偶的结构与分类58

4 3 3热电偶的基本定律62

4 3 4热电偶的冷端温度补偿63

4 3 5热电偶的实用测温电路65

4 3 6热电偶的应用67

思考题与习题67

第5章电感式传感器68

5 1自感式传感器68

5 1 1工作原理68

5 1 2测量电路72

5 1 3自感式传感器的应用74

5 2互感式传感器74

5 3电涡流式传感器79

思考题与习题85

第6章电容式传感器86

6 1工作原理86

6 2测量电路93

6 3电容式传感器的应用98

思考题与习题99

第7章压电式传感器100

7 1工作原理100

7 2等效电路106

7 3测量电路107

7 4压电式传感器的应用110

思考题与习题112

第8章光电式传感器113

8 1基本概述113

8 2光纤传感器118

8 3光电编码器121

8 4计量光栅126

思考题与习题130

第9章辐射式传感器131

9 1红外传感器131

9 2微波传感器134

9 3超声波传感器137

思考题与习题143

第10章工业检测仪表基础知识144

10 1工业自动化仪表144

10 2信号的联络、传输及转换146

10 2 1联络信号146

10 2 2电信号传输方式147

10 3工业检测系统常用部件的原理

及结构149

10 3 1变送器149

10 3 2配电器157

10 3 3安全栅160

10 3 4显示仪表166

10 4仪表的准确度等级与误差169

10 4 1仪表的准确度等级169

10 4 2仪表的误差169

10 5仪表的合理选用171

10 5 1合理选择仪表的基本原则

与方法171

10 5 2仪表的正确使用172

思考题与习题173

第11章工业检测系统的设计及

抗干扰技术174

11 1工业检测系统的设计原则及

方法174

11 1 1工业检测系统的设计

原则174

11 1 2工业检测系统的设计

方法175

11 2工业检测系统的设计步骤175

11 3工业检测系统的抗干扰技术178

11 3 1检测系统干扰的来源178

11 3 2干扰的作用途径179

11 3 3干扰的作用形式180

11 3 4抗干扰技术181

11 3 5检测系统干扰解决实例190

11 4检测系统设计实例191

思考题与习题211

第12章工程应用典型仪表

介绍212

12 1隔离变送器212

12 1 1配电隔离器213

12 1 2热电偶温变隔离器214

12 1 3热电阻温变隔离器215

12 2数显表216

12 3一体化温度变送器223

12 4涡街流量计225

12 5压力/压差测量仪表229

思考题与习题235

第13章检测系统工程案例

分析236

13 1烧结余热锅炉传感器及仪表

系统236

13 1 1烧结余热锅炉236

13 1 2检测仪表的布置237

13 1 3检测仪表的选型238

13 1 4检测仪表的接线243

13 2换热站无人值守远程监控系统246

13 2 1换热站运行工艺246

13 2 2换热站无线远程控制方案247

13 2 3系统功能设计248

13 2 4系统配置249

13 2 5参数检测硬件电路及软

件程序251

13 2 6PLC信号的无线GPRS

传输255

13 2 7系统监控画面256

思考题与习题259

附录260

附录A铂热电阻分度表260

附录B铜热电阻分度表266

附录C热电偶分度表267

参考文献270 2100433B

《传感器及自动检测技术》以传感器应用中所必需的基本技术和技能为目标，系统地介绍了传感器的原理及其特性和参数，测量及误差处理的基本知识，传感器的选择与安装调整技术，位移、力、扭矩、荷重、速度、加速度等机械量的检测技术，温度、压力、流量、物位等过程量的检测技术，湿度检测与气体分析技术。书中全面介绍了电阻式、电容式、电感式、电涡流式、压电式、超声波、霍尔式、光电式、光纤、热敏、气敏、湿敏传感器的原理及其特性。《传感器及自动检测技术》突出培养学生应用传感器的技能，如接近传感器、压力传感器，红外、超声波、微波探测防盗报警器的安装技术等。另外，书中还列举了较多传感器的实用示例。

自动检测技术在现代生活和生产中越来越被人们所熟知，它是自动控制技术、计算机科学、微电子学和通信技术的有机结合和综合发展的产物，其内容广泛，包括各种数据采集和处理、自动测量、生产过程控制等知识。自动检测技术不但在国防、航空、航天、铁路、冶金、化工等国民经济的各个行业中得到广泛应用，而且已经渗透到办公自动化、商业自动化、家庭自动化等人类生活的各个领域。宋宇、朱伟华主编的《传感器及自动检测技术》是将传感器与自动检测技术有机地结合在一起，使学生能够更全面地学习和掌握信号传感、信号采集、信号转换、信号处理和信号传输的整个过程；通过认识传感器的外形、基本结构和性能指标，到详细介绍其测量原理、测量转换电路，再到列举生产生活中的实例，分析检测技术在生产生活中的应用，使学生对这门学科有更深入的理解。

第1章 绪论

1.1 检测技术及仪表的地位与作用

1.1.1 检测仪表的地位与作用

1.1.2 检测技术是仪器仪表的技术基础

1.2 传感器概述

1.2.1 传感器的基本概念

1.2.2 传感器的分类和命名法

1.3 检测仪表概述

1.3.1 检测仪表的基本组成

1.3.2 检测仪表的基本类型

思考题与习题

第2章 检测系统的基本特性

2.1 静态特性及性能指标

2.1.1 静态特性

2.1.2 静态性能指标

2.2 动态特性及性能指标

2.2.1 传递函数

2.2.2 阶跃响应和时域动态性能指标

2.2.3 正弦响应和频域动态性能指标

2.2.4 无失真检测条件

2.3 测量误差

2.3.1 测量误差的概念及表达方式

2.3.2 测量误差的分类

思考题与习题

第3章 阻抗型传感器

3.1 电阻式传感器

3.1.1 电位器式传感器

3.1.2 应变式传感器和压阻式传感器

3.1.3 热电阻和热敏电阻

3.1.4 接口电路

3.2 电容式传感器

3.2.1 基本原理与结构类型

3.2.2 输入-输出特性

3.2.3 等效电路分析

3.2.4 接口电路

3.3 电感式传感器

3.3.1 自感式传感器

3.3.2 互感式传感器（差动变压器）

3.3.3 电涡流式传感器

思考题与习题

第4章 电压型传感器

4.1 磁电式传感器

4.1.1 基本原理和组成

4.1.2 结构类型

4.1.3 接口电路

4.2 压电式传感器

4.2.1 压电效应及其表达式

4.2.2 压电材料

4.2.3 压电元件

4.2.4 接口电路

4.3 热电偶传感器

4.3.1 热电效应

4.3.2 热电偶的材料、型号及结构

4.3.3 冷端恒温式热电偶测温电路

4.3.4 冷端补偿式热电偶测温电路

4.4 光电式传感器

4.4.1 光电效应

4.4.2 光电管和光电倍增管

4.4.3 光敏电阻

4.4.4 光电池

4.4.5 光电式传感器的基本组成和类型

4.5 霍尔传感器

4.5.1 霍尔效应

4.5.2 霍尔传感器的组成与基本特性

4.5.3 霍尔传感器的应用

4.5.4 测量误差及其补偿办法

思考题与习题

第5章 半导体传感器

5.1 半导体管传感器

5.1.1 磁敏二极管和磁敏晶体管

5.1.2 光敏二极管和光敏晶体管

5.1.3 温敏二极管和温敏晶体管

5.2 半导体集成传感器

5.2.1 集成温度传感器

5.2.2 集成霍尔传感器

5.2.3 集成压力、加速度传感器

思考题与习题

第6章 数字式传感器

6.1 编码器

6.1.1 直接编码器

6.1.2 增量编码器

6.2 光栅

6.2.1 光栅的结构和基本原理

6.2.2 光栅辨向原理与细分技术

6.3 感应同步器

6.3.1 感应同步器的类型和结构

6.3.2 感应同步器的工作原理

6.4 频率式传感器

6.4.1 振弦式传感器

6.4.2 振筒式传感器

思考题与习题

第7章 其他传感器

7.1 光纤传感器

7.1.1 光导纤维的结构和传光原理

7.1.2 光纤传感器的基本原理和类型

7.2 CCD图像传感器

7.2.1 CCD的工作原理

7.2.2 CCD图像传感器的结构

7.2.3 CCD数码照相机

7.3 红外传感器

7.3.1 红外线及其特性

7.3.2 红外探测器的类型

7.3.3 热释电红外探测器

7.4 超声波与核辐射传感器

7.4.1 超声波传感器

7.4.2 核辐射传感器

思考题与习题

第8章 几何量的电测法

8.1 位移的电测法

8.1.1 位移电测法的分类

8.1.2 位移的间接电测法

8.2 倾角的电测法

8.2.1 摆锤式

8.2.2 液体摆式

8.2.3 气体摆式

8.3 厚度的电测法

8.3.1 电涡流式

8.3.2 电容式

8.3.3 核辐射式和超声波式

8.4 物（液）位的电测法

8.4.1 超声波法

8.4.2 浮力法

8.4.3 差压法

8.4.4 电容法

思考题与习题

第9章 机械量的电测法

9.1 转速的电测法

9.1.1 模拟式电测法

9.1.2 计数式电测法

9.2 振动的电测法

9.2.1 相对振动传感器与绝对振动敏感器

9.2.2 绝对振动电测法

9.3 力与荷重的电测法

9.3.1 力敏感器

9.3.2 力的间接电测法

9.3.3 电子秤

9.4 力矩的电测法

9.4.1 扭轴（扭矩敏感器）

9.4.2 力矩的扭轴式电测法

思考题与习题

第10章 热工量的电测法

10.1 压力与差压的电测法

10.1.1 压力的概念、单位和测量方法

10.1.2 压力敏感器

10.1.3 压力的电测法

10.1.4 差压的电测法

10.2 温度的电测法

10.2.1 温度的概念、单位和测量

10.2.2 接触式测温法

10.2.3 温度和温度差的电测法

10.2.4 非接触式测温法

10.3 流量的电测法

10.3.1 流量的概念

10.3.2 流量-转速转换法

10.3.3 流量-差压、力、位移转换法

10.3.4 流量-频率转换法

10.3.5 流量-温度转换法

10.3.6 非接触式流量测量法

思考题与习题

第11章 模拟式检测仪表

11.1 “表头”的原理与刻度

11.1.1 “表头”的原理

11.1.2 “表头”的刻度

11.2 调零、调满度与量程切换

11.2.1 常见的调零电路

11.2.2 常见的调满度电路

11.2.3 常见的量程切换电路

11.3 模拟非线性校正

11.3.1 非线性校正的数学原理

11.3.2 非线性校正的实现方法

* 11.3.3 模拟非线性校正的实例

11.4 环境及温度误差校正

11.4.1 环境及温度因素对测量的影响

11.4.2 环境及温度误差的校正电路

11.5 模拟式仪表实例

11.5.1 DDZ-Ⅲ型仪表简介

*11.5.2 指针式万用表

思考题与习题

第12章 数字式检测仪表

12.1 数字“表头”电路

12.1.1 数字显示器

12.1.2 A/D转换式仪表的“表头”电路

12.1.3 脉冲计数式仪表的“表头”电路

12.1.4 条图显示式仪表的“表头”电路

12.2 数字式仪表的标度变换

12.2.1 A/D转换式仪表的标度变换

12.2.2 脉冲计数式仪表的标度变换

12.3 数字式仪表零位调整与量程切换

12.3.1 数字式仪表的零位调整

12.3.2 数字式仪表的量程切换

12.4 数字式仪表的非线性校正

12.4.1 数字非线性校正的原理

*12.4.2 数字非线性校正的实例

12.5 数字式检测仪表设计实例

12.5.1 数字式检测仪表的组成方案

12.5.2 数字式转速测量仪的设计

12.5.3 数字式扭矩测量仪的设计

12.6 数字式万用表

12.6.1 数字式万用表的基本原理

*12.6.2 DT890D数字式万用表电路剖析

思考题与习题

第13章 智能检测仪表

13.1 智能仪表的基本组成

13.1.1 智能仪表的硬件组成

13.1.2 智能仪表的软件组成

13.2 测量通道的总体设计

13.2.1 测量通道的基本组成与类型

13.2.2 传感器的选用

13.2.3 信号调理电路的参数设计和选择

13.2.4 采集电路组成模块和方案的选择

13.2.5 测量通道与微机的接口

13.3 量程自动切换与超限自动报警

13.3.1 量程自动切换

13.3.2 超限自动报警

13.4 标度变换

13.4.1 线性测量通道的标度变换

13.4.2 非线性测量通道的标度变换

13.5 非线性校正软件算法

13.5.1 查表法

13.5.2 插值法

13.5.3 拟合法

13.6 温度误差的软件校正法

13.7 智能检测仪表实例——智能万用表

13.7.1 数字万用表集成芯片MAX134

13.7.2 MAX134配单片机构成智能用表

思考题与习题

第14章 现代检测新技术简介

14.1 微型传感器

14.1.1 微电子机械系统

14.1.2 微型传感器(MEMS传感器)

14.2 智能传感器和网络传感器

14.2.1 智能传感器

14.2.2 网络传感器

14.3 物联网传感器技术

14.3.1 物联网的概念

14.3.2 传感网技术

14.3.3 物联网的应用领域

14.4 虚拟仪器

14.4.1 虚拟仪器的概念

14.4.2 虚拟仪器的组成特点

14.5 软测量技术

14.5.1 软测量技术的概念

14.5.2 软测量技术的实现方法

14.6 多传感器数据融合

14.6.1 多传感器数据融合的概念及优点

14.6.2 基本原理及融合过程

思考题与习题

主要参考文献

2100433B