內 容 簡 介自動檢測與轉換技術是自動化、機電等專業的一門專業基礎課，是信息科學的一個重要分支。本書采用按用途分章的方法進行敘述，便于讀者對傳感器進行類比、選型。本書立足基本理論，面向應用技術，本著“必需、夠用”的原則，對傳感器的基本原理、結構、性能、用途及基本測量電路進行了介紹，給出了其物理概念、規律及必要的公式，并結合傳感器的應用實例進行講解，引導讀者學習自動檢測技術。本書可作為電氣工程與自動化、機械設計制造及生產過程自動化、電子信息工程等專業的教材，也可供其他專業學生和有關技術人員參考，或作為自學用書。前 言
自動檢測與轉換技術是自動化、機電等專業的一門專業基礎課，是信息科學的一個重要分支。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，傳感器被用來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。
傳感器的應用極其廣泛，且其種類繁多，涉及的學科也很多。為便于讀者對傳感器進行類比、選型，立足基本理論，面向應用技術，本書本著“必需、夠用”的原則，對傳感器的基本原理、結構、性能、用途及基本測量電路進行了介紹，給出了其物理概念、規律及必要的公式，并結合傳感器的應用實例進行講解，引導讀者學習自動檢測技術。本書在第1版的基礎上進行了改進，針對核心知識點開發實訓項目做出了改善。
本書共分11章：第1章是傳感器技術的基礎知識；第2～9章為一些常用物理量的檢測，包括溫度、壓力、流量、物位、厚度、位移、速度、磁場、氣體成分等的檢測；第10章介紹抗干擾技術。第11章為實訓內容。每章章后都附有一定量的思考題與練習題，同時，摘錄了自動化相關論壇的部分資源，其中包含傳感器新技術及其應用，也有部分傳感器技術人員在使用中遇到的實際問題和網友的幫助解答，這部分內容僅供讀者學習參考。
本書可作為電氣工程與自動化、機械設計制造及生產過程自動化、電子信息工程等專業的教材，也可供其他專業學生和有關技術人員參考，或作為自學用書。
本書由沈潔、謝飛任主編，于玲、王欣、張益任副主編，王建明任主審，其中第2、6、10章由沈潔編寫，第1、4、8章由謝飛編寫，第3、7章由于玲編寫，第5、9章由張益和李娜編寫，王欣、姚策、于婷婷、侯俊芳編寫了第11章。
在本書的編寫過程中，參閱了多種同類教材和專著，在此向其編、著者致謝。同時感謝清華大學出版社有關同志的大力支持，在此表示感謝。本書涉及的學科眾多，編者學識有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，懇請讀者批評指正。
編 者目 錄
第1章 傳感器技術基礎 1
1.1 認識身邊的傳感器 1
1.1.1 自動檢測與傳感器 1
1.1.2 傳感器的組成 5
1.1.3 傳感器的分類 5
1.2 掌握測量的基本方法 6
1.2.1 直接測量 6
1.2.2 間接測量 7
1.2.3 組合測量 7
1.3 分析測量誤差的來源及分類 7
1.3.1 測量誤差的表示方法 7
1.3.2 測量誤差的來源 8
1.3.3 測量誤差的分類 8
1.4 了解傳感器的基本特性 8
1.4.1 靜態特性 8
1.4.2 動態特性 10
思考題與習題 10
拓展知識 11
第2章 常用溫度傳感器 14
2.1 學習溫標的概念并了解溫度檢測的測量方法 14
2.1.1 溫度的概念 14
2.1.2 經驗溫標 14
2.1.3 熱力學溫標 15
2.1.4 國際實用溫標 15
2.2 了解熱膨脹式溫度傳感器的原理及應用 15
2.2.1 固體膨脹式溫度計——雙金屬溫度計 15
2.2.2 氣體、固體膨脹式溫度計——壓力式溫度計 19
2.3 掌握熱電阻溫度傳感器的原理及應用 21
2.3.1 熱電阻溫度傳感器的原理 21
2.3.2 熱電阻溫度傳感器的應用 21
2.3.3 如何選用熱電阻溫度計 23
2.4 掌握熱敏電阻傳感器的原理及應用 28
2.4.1 熱敏電阻傳感器的原理 28
2.4.2 熱敏電阻傳感器的應用 28
2.4.3 如何選用熱敏電阻溫度計 30
2.5 掌握熱電偶溫度傳感器的原理及應用 35
2.5.1 熱電偶傳感器的原理 35
2.5.2 熱電偶傳感器的應用 38
2.5.3 如何選用熱電偶溫度傳感器 40
思考題與習題 43
拓展知識 44
第3章 壓力及力檢測 45
3.1 壓力的概念及單位 45
3.1.1 什么是壓力 45
3.1.2 壓力的單位 45
3.1.3 壓力表 47
3.1.4 壓力表的分類 47
3.2 應變式傳感器的原理及應用 48
3.2.1 應變式傳感器的特點 48
3.2.2 應變片的工作原理 48
3.2.3 電阻應變片的分類 51
3.2.4 應變片的選用及型號命名規則 53
3.2.5 應變片的溫度誤差及補償 55
3.2.6 測量轉換電路 57
3.2.7 應變式壓力傳感器 60
3.2.8 應變式容器內液體重量傳感器 63
3.3 壓電壓力傳感器的原理及應用 65
3.3.1 壓電壓力傳感器的應用 65
3.3.2 壓電壓力傳感器的原理 66
3.3.3 壓電元件 68
3.3.4 壓電傳感器中壓電片的連接方式 69
3.3.5 壓電式壓力傳感器 70
3.3.6 常規應用 70
3.3.7 新型壓電材料的應用 72
3.4 壓磁式傳感器的原理及應用 73
3.4.1 壓磁效應 73
3.4.2 壓磁式傳感器的工作原理 74
3.4.3 壓磁元件 75
3.4.4 激勵安匝數的選擇 76
3.4.5 壓磁式傳感器的分類 76
3.5 電容式壓力及力傳感器 77
3.5.1 電容式傳感器的工作原理 77
3.5.2 電容式傳感器的優點和缺點 83
3.5.3 電容式傳感器 84
3.5.4 引申小知識 87
3.6 霍爾式壓力計 87
3.6.1 霍爾效應 88
3.6.2 霍爾元件及結構 88
3.6.3 霍爾元件的基本電路及主要參數 89
3.6.4 霍爾型傳感器的應用 91
3.7 壓力檢測儀表的選擇與校驗 95
思考題與習題 96
拓展知識 97
第4章 流量檢測 101
4.1 什么是流量測量 101
4.1.1 流量的表示方法 101
4.1.2 流量的主要測量方法 102
4.2 差壓式流量計的原理與安裝 103
4.2.1 節流裝置的工作原理 103
4.2.2 取壓方式 104
4.2.3 節流裝置的安裝要求 106
4.3 了解容積式流量計的工作原理 107
4.3.1 橢圓齒輪流量計 107
4.3.2 腰輪流量計 107
4.3.3 刮板式流量計 108
4.4 速度式流量計 109
4.4.1 葉輪流量計 109
4.4.2 渦輪流量計 109
4.5 振動式流量計 110
4.5.1 渦街流量計結構與工作原理 110
4.5.2 渦街流量計特點 110
4.6 電磁式流量計 111
4.6.1 電磁流量計結構及原理 111
4.6.2 電磁流量計的特點 111
4.6.3 電磁流量計誤差產生的原因分析 112
4.7 質量流量計 113
4.7.1 間接式質量流量計 113
4.7.2 直接式質量流量計 114
4.8 流量計的選擇與應用 114
4.8.1 各種流量計的優缺點比較 114
4.8.2 流量計的選型原則 115
思考題與習題 115
拓展知識 116
第5章 物位及厚度檢測 117
5.1 了解浮力式物位檢測的原理及應用 117
5.1.1 恒浮力式物位檢測 117
5.1.2 變浮力式物位檢測 118
5.2 了解靜壓式物位檢測的原理及應用 119
5.2.1 壓力式液位計 120
5.2.2 差壓式液位計 121
5.2.3 量程遷移 121
5.3 掌握電容式物位檢測的原理及其應用 124
5.3.1 電容式物位計的原理 124
5.3.2 電容式物位計分類 125
5.3.3 電容式物位計的應用 126
5.4 掌握超聲波物位檢測的原理及應用 128
5.4.1 超聲波檢測的原理 128
5.4.2 超聲波傳感器 130
5.4.3 超聲波傳感器的應用 132
5.5 掌握電渦流厚度檢測的原理及應用 137
5.5.1 電渦流傳感器的原理 137
5.5.2 電渦流傳感器測量電路 139
5.5.3 電渦流傳感器厚度檢測的應用 142
思考題與習題 142
第6章 位移傳感器 143
6.1 學習電感式傳感器的原理及應用 143
6.1.1 電感傳感器的工作原理及分類 143
6.1.2 電感式傳感器的應用 146
6.1.3 如何選用電感傳感器 149
6.2 學習電位器式傳感器的原理及應用 149
6.2.1 電位器式傳感器的工作原理及結構 149
6.2.2 電位器式傳感器的應用 151
6.2.3 如何選用電位器式位移傳感器 152
6.3 學習感應同步器的原理及應用 153
6.3.1 感應同步器的工作原理及結構 154
6.3.2 感應同步器的應用 156
6.3.3 如何選用感應同步器 157
6.4 學習光柵位移測試原理及應用 158
6.4.1 光柵位移傳感器的工作原理及結構 158
6.4.2 光柵位移傳感器的應用 161
6.4.3 如何選用光柵位移傳感器 162
6.5 學習碼盤式傳感器的原理及應用 162
6.5.1 光電碼盤式傳感器的工作原理及結構 162
6.5.2 光電碼盤式傳感器的應用 163
6.5.3 如何選用光電碼盤式傳感器 164
思考題與習題 166
拓展知識 166
第7章 速度及加速度檢測 169
7.1 磁電感應式速度傳感器 169
7.1.1 磁電式傳感器的變換原理 169
7.1.2 磁電式傳感器的分類 170
7.1.3 磁電式傳感器的結構 171
7.2 光電式轉速計 172
7.2.1 直射式光電轉速傳感器 172
7.2.2 反射型光電轉速計 173
7.3 測速發電機 174
7.3.1 直流測速發電機 174
7.3.2 交流測速發電機 176
7.4 光束切斷法 177
7.5 多普勒測速 178
7.6 電磁脈沖式轉速計 178
7.7 加速度傳感器 179
7.7.1 壓電式加速度傳感器 179
7.7.2 電阻應變式加速度傳感器 180
7.7.3 電容式加速度傳感器 180
思考題與習題 183
拓展知識 183
第8章 光電檢測 187
8.1 光電效應及光電器件 187
8.1.1 外光電效應及器件 187
8.1.2 內光電效應及器件 190
8.2 光電耦合器件 197
8.2.1 光電耦合器件的結構和原理 197
8.2.2 光電耦合器的組合形式 198
8.3 光電開關 198
8.4 CCD與數碼照相機 200
8.4.1 CCD技術 200
8.4.2 互補性氧化金屬半導體 201
8.4.3 數碼照相機的特點與組成 202
思考題與習題 204
拓展知識 204
第9章 磁場及氣體成分參數檢測 207
9.1 學習磁場檢測方法 207
9.1.1 磁敏電阻傳感器原理 207
9.1.2 電磁感應法測量磁場 209
9.1.3 磁通門磁強計測量磁場 213
9.1.4 霍爾效應測量磁場 214
9.1.5 核磁共振法測量磁場 214
9.2 了解氣體成分檢測傳感器的原理及應用 214
9.2.1 氣敏傳感器的分類 214
9.2.2 電阻式半導體氣敏傳感器 215
9.2.3 非電阻式半導體氣敏傳感器 217
9.2.4 氣敏傳感器的應用 218
9.3 了解濕度檢測傳感器的原理及應用 220
9.3.1 濕度的定義 220
9.3.2 電阻式濕度傳感器 221
9.3.3 濕敏傳感器的應用 224
思考題與習題 226
拓展知識 226
第10章 抗干擾技術 228
10.1 干擾的類型及產生 228
10.1.1 電磁干擾 228
10.1.2 機械干擾 229
10.1.3 干擾的產生 230
10.2 常用的抗干擾技術 230
10.2.1 屏蔽技術 230
10.2.2 接地技術 231
10.2.3 浮置 232
10.3 其他抑制干擾措施 233
10.3.1 隔離 233
10.3.2 濾波 234
10.3.3 平衡電路 235
10.3.4 軟件抗干擾設計 235
思考題與習題 236
拓展知識 236
第11章 傳感器小制作 238
11.1 溫度傳感器實訓——恒溫控制器 238
11.1.1 電路分析 238
11.1.2 技能訓練 241
11.2 壓阻式壓力傳感器實訓——數字電子秤 243
11.2.1 電路分析 243
11.2.2 技能訓練 244
11.3 霍爾測速傳感器實驗 245
11.3.1 電路分析 245
11.3.2 元件介紹 246
11.3.3 基本工作原理 251
11.3.4 技能訓練 251
11.4 光電傳感器實訓——聲光控延遲節能燈 252
11.4.1 電路分析 252
11.4.2 技能訓練 255
11.5 簡易超聲距離傳感器的制作 257
11.5.1 基本原理 257
11.5.2 單片機超聲波測距系統硬件組成 258
11.5.3 單片機超聲波測距系統程序流程 260
11.5.4 元件清單 261
參考文獻 262
