面向21世纪培养自主创新意识及创新人才高等工程教育适用教材 传感器设计基础：课程设计与毕业设计指南PDF电子书下载

第0章　绪论 1

0.1　传感器的定义与组成 1

0.1.1　传感器的狭义定义 1

0.1.2　传感器的广义定义 1

0.1.3　传感器的组成框图及各环节的作用 1

0.2　传感器的构成方法及发展历程 2

0.2.1　传感器的构成方法 2

0.2.2　传感器的发展历程 10

第1章　传感器设计的理论基础 13

1.1　传感器静态数学模型的建立方法 13

1.2　确定传感器的静态数学模型及判别法则 13

1.3　传感器的静态特性 20

1.4　传感器的动态数学模型 22

1.5　传感器的传递函数 22

1.6　传感器的频率传递函数 25

1.7　传感器的动态特性分析 25

1.8　传递函数的计算步骤 26

1.9　传递函数的应用 26

1.10　常用传感器的频率响应特性 26

第2章　传感器设计的技术基础 30

2.1　合理选择传感器的结构、材料和参数 30

2.2　采用差动技术 30

2.3　采用补偿技术 31

2.4　采用平均技术 32

2.5　采用零示法、微差法与闭环技术 33

2.6　采用屏蔽、隔离及抗干扰技术 35

2.7　线性化技术措施 36

2.7.1　线性化的数学原理 36

2.7.2　硬件线性化方法 37

2.7.3　软件线性化方法 38

2.8　温度补偿技术 41

2.8.1　公式法 41

2.8.2　表格法 41

2.9　传感器的标定与校准及互换性技术 42

2.9.1　传感器的标定方法 42

2.9.2　定期标准的方法 43

2.9.3　工程使用的传感器的标定与校准方法 43

2.9.4　标定、校准使用的基准 43

2.9.5　标准（基准）量值的等级分级 44

2.9.6　传感器标定的种类 44

2.9.7　传感器的静态标定方法 44

2.9.8　选定标准量的等级 45

2.9.9　静态标定步骤 45

2.9.10　传感器的动态标定方法 45

2.10　设计动态指标的修正原理 49

2.10.1　一阶传感器动态指标时间常数的修正原理 49

2.10.2　二阶传感器动态指标的修正原理 50

第3章　传感器设计的一般原则、内容及步骤 50

3.1　设计任务书及题目给出的已知参数 51

3.2　传感器设计的一般内容及步骤 51

3.2.1　设计方案的选择 51

3.2.2　工作原理设计 52

3.2.3　参数的计算与选择 52

3.2.4　误差分析 53

3.2.5　结构设计 53

3.2.6　绘制机械结构图及电气原理图 54

3.2.7　撰写传感器的设计论文 54

3.2.8　提交图纸 54

3.2.9　设计所用参考资料目录 54

3.2.10　提交一份外译汉资料 54

第4章　电阻应变式传感器的设计 55

4.1　电阻应变式传感器的组成原理框图 55

4.2　测量原理设计 55

4.3　常用弹性敏感元件的设计与计算 56

4.3.1　等截面梁的设计 56

4.3.2　环形弹性元件的设计 59

4.3.3　平膜片的设计 59

4.3.4　圆柱式弹性元件的设计 61

4.3.5　波纹管的设计 64

4.3.6　扁环弹性元件的设计 66

4.3.7　圆环弹性元件的设计 67

4.4　设计弹性元件常用参数表 67

4.5　电阻应变式传感器的传感（转换）元件应变片的设计 79

4.6　电阻应变式传感器测量电路的设计 85

4.6.1　测量电路的作用 85

4.6.2　电桥测量电路 86

4.6.3　直流电桥工作分析 86

4.6.4　多个臂同时工作的电桥输出分析 89

4.6.5　交流电桥 101

4.7　电阻应变式传感器设计方法举例 103

4.7.1 电阻应变式称重传感器的设计 104

4.7.2　电阻应变式扭矩传感器的设计 107

4.8　电阻应变式传感器的结构设计 110

4.8.1 电阻应变式测力与称重传感器的结构设计 111

4.8.2　柱式（筒式）传感器的结构设计 113

4.8.3　轮辐式弹性元件的结构设计 113

4.8.4　剪切梁式弹性元件的结构设计 115

4.8.5　S型双连孔测力传感器弹性元件的结构设计 118

4.8.6　柱环式传感器的结构设计 120

4.8.7　应变薄壁圆筒式压力传感器的结构设计 121

4.8.8　膜片式应变压力传感器的结构设计 123

4.8.9　应变梁式压力传感器的结构设计 124

4.8.10　应变式扭矩传感器的结构设计 125

4.8.11 多个传感器的组合与输出 127

4.8.12　多个传感器组合的误差计算 129

4.8.13　应变式测压传感器动态误差的估算 130

第5章　电容式传感器的设计 131

5.1　电容式传感器的应用特点 131

5.2　电容式传感器的应用范围 131

5.3　电容式传感器的组成框图 131

5.4　电容式传感器的原理设计 132

5.4.1　电容式传感器的基础原理 132

5.4.2　电容式传感器的工作方式及特性分析 132

5.4.3　常用电容式传感器的灵敏度和线性度 138

5.5　电容式传感器的结构设计 145

5.5.1　电容式传感器的结构设计原则 145

5.5.2　电容式传感器的典型结构 146

5.6　电容式传感器结构的稳定性设计 151

5.6.1　温度对结构尺寸参数的影响及补偿措施 151

5.6.2　温度对介电常数的影响及补偿 152

5.6.3　结构设计中边缘效应的消除 153

5.6.4　结构设计中的绝缘措施 154

5.6.5　寄生电容的干扰及消除 154

5.7　结构设计实例 156

5.8　电容式传感器的参数计算 158

5.8.1　电容式传感器初始电容量的计算 158

5.8.2　平行板电容器介质厚度（极板间距）的确定 159

5.8.3　电容式传感器极板面积的确定 160

5.8.4　电容式传感器极板厚度的确定 160

5.8.5　电极金属材料选择的原则 161

5.8.6　电容式传感器的热计算 161

5.9　电容式传感器测量电路的设计 165

5.9.1　调幅电路 166

5.9.2　调频电路 173

5.9.3　脉冲调宽电路 173

5.9.4　电容式传感器测量电路参数计算 176

第6章　电感式传感器的设计 178

6.1　电感式传感器可转换非电量的种类及使用特点 178

6.2　电感式传感器的分类 178

6.3　电感式传感器的组成 178

6.4　电感式传感器常用的结构形式 179

6.5　电感式传感器的工作原理及各种结构形式的主要特性 180

6.5.1　电感式传感器的工作原理 180

6.5.2　电感式传感器的数学模型 181

6.5.3　电感式传感器的工作方式及特性分析 181

6.5.4　变间隙式电感传感器的特性分析 182

6.5.5　变面积式电感传感器的特性分析 184

6.5.6　螺线管式电感传感器 184

6.5.7　三种工作方式的比较 188

6.5.8　差动式电感传感器 188

6.5.9　螺管差动式电感传感器的数学模型 191

6.6　互感式电感传感器 192

6.6.1　工作原理定性分析 193

6.6.2　差动变压器的数学模型及特性分析 193

6.6.3　螺管式差动变压器的数学模型及特性分析 195

6.7　电感变换元件的设计 200

6.7.1　电感变换元件的等效电路 200

6.7.2　电感变换元件的阻抗计算 203

6.7.3　计算不同结构时电感值的计算公式 204

6.7.4　闭磁路电感式传感器的设计 204

6.8　电感式传感器测量电路的设计 208

6.8.1 交流分压电路 208

6.8.2　交流电桥测量电路 208

6.8.3　振荡电路 211

6.9　电感式传感器的设计 213

6.9.1 电感式传感器的设计原则 213

6.9.2　线圈的设计与计算 214

6.10　螺管式差动变压器的设计 218

6.10.1 简单变压器的工作原理 218

6.10.2　差动变压器的工作原理 219

6.10.3　螺管型差动变压器的结构设计 219

6.10.4　螺管型差动变压器的参数计算 220

6.10.5　差动变压器的误差 225

6.11　电感式传感器和差动变压器的工程设计方法 228

6.11.1　设计步骤 228

6.11.2　设计举例 232

6.11.3　测量电路的设计 236

第7章　磁电式传感器的设计 239

7.1　磁电式传感器转换的主要非电量 239

7.2　磁电式传感器的工作原理 239

7.3　磁电式传感器的结构设计 240

7.4　磁电式传感器的一般设计原则 242

7.4.1　磁电式传感器总的设计原则和出发点 242

7.4.2　磁电式传感器的设计技术指标 245

7.4.3　磁电式传感器的设计、计算内容 245

7.4.4　磁电式传感器的设计步骤 246

7.5　磁电式传感器的误差 264

7.5.1　电流灵敏度和电压灵敏度及其误差 264

7.5.2　温度误差 265

7.5.3　永磁材料的稳定性误差 267

7.5.4　非线性误差 267

7.6　磁电式传感器的测量电路设计 268

7.6.1　测量电路组成框图 268

7.6.2　积分测量电路 269

7.6.3　微分测量电路 272

7.7　磁电式传感器的设计举例 273

第8章　电涡流式传感器的设计 290

8.1　电涡流式传感器的非电量变换及特点 290

8.1.1　电涡流式传感器变换的非电量 290

8.1.2 电涡流式传感器的性能特点 290

8.2　电涡流式传感器的工作原理 290

8.2.1　一般工作原理 290

8.2.2　等效电路 291

8.3　电涡流式传感器的设计内容 294

8.3.1　单匝线圈在轴线上的磁感应强度 294

8.3.2　工作线圈的设计 294

8.3.3　电涡流的径向形成范围 296

8.3.4　电涡流的贯穿深度 297

8.3.5　线圈阻抗的计算 298

8.3.6　线圈结构的设计 300

8.3.7　电源频率的确定 300

8.3.8　电涡流电阻值的计算 301

8.3.9　电涡流式传感器的典型应用及应用特点 302

8.3.10　CZF-1型传感器的性能 302

8.4　电涡流式传感器的测量电路设计 302

8.4.1　交流电桥电路设计 303

8.4.2　谐振电路设计 304

第9章　压电式传感器的设计 308

9.1　压电效应 308

9.1.1　正压电效应 308

9.1.2　逆压电效应 308

9.2　压电式传感器的工作原理 308

9.2.1　石英晶体表面电荷、晶面电压、晶面电容的计算 310

9.2.2　压电陶瓷的压电常数和表面电荷的计算 310

9.2.3　常用压电元件的物理性能 312

9.3　压电元件结构形式的确定 314

9.3.1　并联结构 314

9.3.2 串联结构 314

9.4　压电式传感器的等效电路 315

9.5　压电式传感器的测量电路 317

9.5.1　压电式传感器对测量电路的要求 317

9.5.2　压电式传感器测量电路的类型 320

9.5.3　电荷放大器的设计要点 326

9.5.4　差动式电荷放大器 327

9.6　压电式力传感器的设计 328

9.6.1　压电式力传感器压电元件的选择 328

9.6.2　压电式力传感器的工作原理设计 328

9.6.3　压电式力传感器的分类及结构设计 329

9.6.4　压电式力传感器的主要性能指标 332

9.6.5　压电式力传感器的设计要点 332

9.7　压电式压力传感器的结构形式与技术指标 334

9.7.1　压电式压力传感器的结构形式 334

9.7.2　压电式压力传感器的主要技术指标 337

9.8　压电式压力传感器的设计计算 338

9.8.1　机械强度的设计计算 338

9.8.2　灵敏度的设计计算 339

9.8.3　绝缘电阻的选择 340

9.8.4　谐振频率的设计 340

9.8.5　压电式压力传感器的非线性 341

9.8.6　弹性元件材料的选择 343

参考文献 345