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第一篇 总论 3

1．传感器的任务 3

目录 3

2．信号变换与能量变换 5

2.1 能量与信息 5

2.2 扩展量（Extensive）与密集量（Intensive） 5

2.2.1 与信号相关的变量和与误差相关的变量 6

2.2.2 能量变换型和能量控制型 6

2.3.1 模拟变换 7

2.3.2 数字变换 7

2.3 模拟信号与数字信号 7

2.3.3 数字信号与存储器 8

3．物理定律与传感器 9

3.1 守恒定律 9

3.2 场的定律 9

3.3 统计定律 11

3.4 物质定律 12

3.4.1 热平衡现象 12

3.4.2 传输现象 14

3.4.3 量子现象 15

4.1 传感器的构成法 16

4．构成论 16

4.2 传感器与被测对象的关联 18

4.3 多段变换 20

4.4 外围技术的应用 20

4.5 传感器的基本机能 21

4.6 信号变换与数学模型 21

4.7 信号选择的方式 22

4.7.1 信号选择机能 22

4.7.2 信号选择的方式 22

4.8.2 精度传递 28

4.8.1 标定与基准 28

4.8 传感器的标定 28

4.8.3 互换性 29

5．传感器的技术现状 30

5.1 被测量与敏感元件 30

5.2 根据输出量对传感器分类 32

5.3 变换电路 35

5.3.1 模拟变换电路 47

5.3.2 数字变换电路 52

6．传感器的特性与评价 53

6.1 传感器的静态特性 53

6.2.1 过渡响应 56

6.2 传感器的动态特性 56

6.2.2 稳态响应 58

6.2.3 动态特性的评价 59

6.3 双通道传感器 61

6.4 传感器与噪声 62

6.4.1 从外部混入的噪声及其对策 63

6.4.2 在内部产生的噪声及其对策 64

6.4.3 传感器向外界发出的噪声 66

6.4.4 低噪声化设计 66

6.5 传感器的误差及信噪比S/N 67

6.5.1 传感器的误差 67

6.5.2 传感器的信噪比（S/N） 68

6.6 传感器的选择标准 69

7．传感器的开发 72

7.1 传感器开发的特点 72

7.1.1 传感器技术是计测技术的新起点 72

7.1.2 播种型（Seeds）开发与需求型（Needs）开发 72

7.1.3 企业与传感器技术 72

7.1.4 传感器开发的特点 72

7.2 着眼点 73

7.2.1 信号变换方式 73

7.2.2 物理现象与传感器 73

7.3.1 开发成员与开发集团 74

7.2.3 技术转移 74

7.3 开发体制 74

7.3.2 共同开发 75

7.3.3 国家的援助与负担 75

7.3.4 技术调查 76

7.3.5 未来的开发体制 76

第二篇 传感器原理与设计 79

1．力学量传感器 79

1.1 力学量的分类 79

1.2 几何量传感器 79

1.2.1 线位移、变形及位置传感器 79

1.2.2 角度传感器 85

1.2.3 几何量的数字传感器 88

1.3 运动学量的传感器 94

1.3.1 速度、角速度传感器 94

1.3.2 振动传感器 97

1.4 力学量传感器 100

1.4.1 质量传感器 100

1.4.2 力传感器 100

1.4.3 扭矩传感器 103

1.4.4 超声波传感器 104

2.2.1 压力单位 109

2.2 压力、差压传感器 109

2.1 流体的计量 109

2．流体量传感器 109

2.2.2 压力、差压测量原理 110

2.2.3 弹性压力传感器 110

2.2.4 波登（Bourdon）管式压力传感器 110

2.2.5 波纹管式压力传感器 112

2.2.6 薄膜式压力传感器 112

2.2.7 压力传感器用位移—电信号变换器 113

2.2.8 力平衡式压力变换器 116

2.3.2 节流式流量计原理 117

2.3.1 流量测定原理 117

2.3 流速·流量传感器 117

2.3.3 孔板 119

2.3.4 喷嘴 120

2.3.5 文丘里管 120

2.3.6 孔板流量计的设置 121

2.3.7 面积流量计 122

2.3.8 容积流量计 123

2.3.9 透平流量计 124

2.3.10 电磁流量计 126

2.3.11 超声波流速·流量计 127

2.3.13 涡旋流量计 129

2.3.12 多普勒流量计 129

2.3.14 射流流量计 131

2.3.15 旋流流量计 131

2.3.16 热线流量计 131

2.3.17 开路流量传感器 132

2.4 液位传感器 133

2.4.1 液位测量原理 133

2.4.2 浮力式液位传感器 133

2.4.3 差压式液面计 133

2.4.4 电容式液位传感器 134

2.4.5 超声波液位传感器 134

2.5.1 粘度的单位和测定法 135

2.4.6 放射线式液位传感器 135

2.5 粘度传感器 135

2.5.2 细管粘度计 136

2.5.3 回转粘度计 136

2.6 密度传感器 137

2.6.1 密度测量原理 137

2.6.2 振动式密度传感器 137

3．热学量传感器 139

3.1 热电偶 140

3.1.1 热电偶的原理与构成 140

3.1.2 热电偶的种类与构造 141

3.2.1 测温电阻材料与温度特性 143

3.2 测温电阻 143

3.2.2 测温电阻的结构 144

3.3 热敏电阻温度传感器 145

3.4 半导体IC温度传感器 146

3.5 NQR温度计 148

3.6 石英温度传感器 149

3.7 热噪声温度计 150

3.8 辐射温度计与热辐射传感器 152

3.9 热流传感器 153

3.10 湿度传感器 154

4.2 半导体磁传感器 157

4.2.1 概要 157

4．磁传感器 157

4.1 概论 157

4.2.2 电流磁效应 158

4.2.3 霍耳元件 161

4.2.4 磁阻元件 166

4.2.5 其它 168

4.2.6 半导体磁传感器的应用 169

4.3 磁性体磁传感器 171

5.1 光与传感器 173

5.2 光传感器的基本效应 173

5．光传感器 173

5.2.1 量子效应 174

5.2.2 热效应 179

5.2.3 波动相互作用 180

5.3 光传感器的特性表示法 182

5.3.1 灵敏度 182

5.3.2 检测限度 183

5.3.3 光谱灵敏度特性 183

5.3.6 其它 184

5.4.1 光电管 184

5.4 应用外量子效应的光传感器 184

5.3.5 内阻 184

5.3.4 时间响应特性 184

5.4.2 光电倍增管 187

5.5 利用内量子效应的光传感器 189

5.5.1 光电导型传感器 190

5.5.2 光电传感器 192

5.6 利用热效应的光传感器 195

5.6.1 热电偶、热电堆 195

5.6.2 热辐射温度计 196

5.6.3 热电型传感器 197

5.6.4 戈里盒（红外线指示器） 198

5.7 多通道（多路）光传感器 198

5.7.1 摄像管 199

5.7.2 固体图像传感器 200

6．放射线传感器 203

6.1 放射线的测定 203

6.2 利用气体电离的传感器 203

6.3 闪烁检测器 205

6.4 半导体放射线检测器（固体电离的应用） 207

7．离子传感器、真空传感器 210

7.1 离子传感器 210

7.1.1 法拉第箱 210

7.1.2 利用二次电子倍增管的离子传感器 210

7.2.1 压力变形真空传感器 212

7.2 真空传感器 212

7.2.2 利用传输现象的真空传感器 213

7.2.3 电离的真空传感器 214

7.2.4 分压测试用传感器 216

8．气体成分传感器 218

8.1 气体分析仪 218

8.1.1 热传导型分析仪 218

8.1.2 磁式分析仪（氧气分析仪） 219

8.1.3 气相色谱 221

8.1.4 红外线气体分析仪 221

8.1.5 化学发光式分析仪 224

8.1.6 固体电解质氧气分析仪 225

8.1.7 电化学分析仪 226

8.2 气体传感器 227

8.2.1 半导体气体传感器 227

8.2.2 接触燃烧式气体传感器 230

8.2.3 汽车用O2传感器（A/F传感器） 231

8.2.4 湿度传感器 234

8.2.5 烟传感器 236

9．液体成分传感器 239

9.1 pH值传感器 239

9.1.1 何为pH值 239

9.1.2 用玻璃电极测定pH值 240

9.1.3 无补偿型比较电极 241

9.1.4 ISFET 243

9.2 离子传感器（离子电极） 244

9.2.1 玻璃膜式传感器 244

9.2.2 固体膜式传感器 245

9.2.3 液膜式传感器 245

9.2.4 隔膜式传感器 246

9.2.5 其它类型的离子传感器 247

9.2.6 使用离子传感器测定的实例 247

9.3 其它 248

1.1.2 生产过程控制 251

1.1.1 连续生产的工业 251

1．生产过程的计量测试装置 251

1.1 概要 251

第三篇 传感器应用技术 251

1.1.3 生产过程的计量测试装备 253

1.1.4 电子计算机的应用 254

1.1.5 对传感器的要求 256

1.2 温度 257

1.2.1 热电式与电阻式 257

1.2.2 膨胀式 258

1.2.3 保护管 258

1.3.1 阻尼孔式 260

1.3 流量 260

1.2.4 其它 260

1.3.2 容积式 261

1.3.3 质量流量计 263

1.4 压力 263

1.4.1 JIS压力计 263

1.4.2 差压计 264

1.5 料位 265

1.5.1 容积的测定 265

1.5.2 连续作业过程的液面 265

1.5.3 液面计的误差 267

1.6.1 质量的测定 268

1.6 分析 268

1.6.2 采用微型计算机的自动化 269

2．机械工业（含机器人） 270

2.1 机床 270

2.1.1 切削加工 270

2.1.2 磨削加工 275

2.2 测量机、检查机 282

2.2.1 油泵性能试验机 282

2.2.2 车轴测量机 287

2.2.3 磨擦系数测量机 288

2.3 产业机器人 290

3.2 特征与问题 293

3.2.1 对可靠性和安全性的要求 293

3．安全防灾 293

3.1 技术背景 293

3.2.2 预测的难度与高灵敏度 294

3.2.3 计测的广泛性与同时性 294

3.2.4 维护保养与定检的困难 295

3.2.5 与法令的关系 295

3.3 泄漏传感器 295

3.3.1 可燃性及毒性气体传感器 295

3.3.4 流量差测定法 297

3.3.2 检测管路泄漏的电缆 297

3.3.3 油膜传感器 297

3.3.5 漏电传感器 298

3.4 防侵入传感器 298

3.4.1 金属检测器 298

3.4.2 防侵入传感器 299

3.5 防接近传感器 300

3.5.1 防接近高压线传感器 300

3.5.2 防雷传感器 301

3.6 火警传感器 301

3.6.1 火灾现象的检测方法 301

3.6.4 火灾传感方式的比较 302

3.6.2 感温型火灾传感器 302

3.6.3 感烟型火灾传感器 302

3.7 兼作控制器的传感器 303

3.7.1 安全阀 303

3.7.2 消防用自动喷水器 303

4．环境测试 304

4.1 空气污染与水质污染的计测 304

4.1.1 测污染物质的传感器 304

4.1.2 电化学分析式浓度计 304

4.1.3 光分析式浓度计 307

4.1.6 磁式浓度计 310

4.1.5 放射线式浓度计 310

4.1.4 气相色谱分析 310

4.2 振动 311

4.2.1 环境中的振动测试 311

4.2.2 振动级 311

4.2.3 振动能级计 312

4.2.4 振动能级的测量方法 313

4.3 噪声 314

4.3.1 环境噪声计测 314

4.3.2 噪声电平与噪声计 314

4.3.3 噪声计的外围设备 315

4.3.4 噪声电平的测量方法 316

5．汽车 317

5.1 汽车用传感器的特点 317

5.2 汽车用传感器的实例 317

5.2.1 仪表用传感器 317

5.2.2 控制用传感器 319

5.3 未来的汽车用传感器 323

6．提高生活水平 324

6.1 家用电器中的传感器 325

6.1.1 家用电器用的一般传感器 325

6.1.2 传感器在电烤箱中的应用 327

6.2.1 集成电路传感器实例 330

6.2 集成电路传感器 330

6.2.2 具有可动部的半导体传感器 332

6.3 照相机中的传感装置 334

6.3.1 照相机的自动对焦 334

6.3.2 VTR用电视摄像机 336

7．人体计测 340

7.1 人体特性与人体计测 340

7.2 人体电现象的测量和电极 341

7.3 诸循环量的计测与流量传感器 344

7.3.1 血压的测量 344

7.3.2 血流的测量 344

7.5 体温测量与温度传感器 346

7.3.3 心脏排血量的测量 346

7.4 运动测量与力学量传感器 346

7.6 血中离子浓度的测量与化学传感器 348

7.7 系统仪器与传感器 348

7.8 人体用传感器的发展动向 348

第四篇 传感器技术的进步 353

1．新的种类 353

1.1 精细陶瓷与传感器 353

1.1.1 陶瓷O2传感器 353

1.2.1 微细加工 354

1.2 微细加工技术与超小型装置 354

1.1.2 新的热敏电阻元件 354

1.2.2 用微细加工制作的气体色谱柱 355

1.2.3 微细加工与传感器的精巧化 356

1.3 仿生传感器 356

1.3.1 生物膜与生物传感器 357

1.3.2 嗅觉器官与气体传感器 357

1.3.3 仿生化学传感器 357

2．新的需求 361

2.1 家用电器与传感器 361

2.1.3 今后的家用传感器 362

2.1.2 室内空调机与传感器 362

2.1.1 电冰箱与传感器 362

2.2 汽车电子化与传感器 363

2.2.1 发动机吸气量传感器 363

2.2.2 汽车传感器的新需求 364

2.3 机器人与传感器 364

2.4 传感器技术存在的问题 364

3．传感器的智能化 366

3.1 微机应用的价值 366

3.2 微机应用的现状 366

3.3 高技术传感器 369