电测技术 第8版PDF电子书下载

目录 1

第1章　基础知识 1

1.1 电测技术的范围和意义 1

1.2　计量单位 3

1.2.1 国际单位制，SI单位 3

1.2.2　单位及基本常数 6

1.2.3　力学基本单位的实现 7

1.2.4　电学单位的实现、复现、保存和传递 8

1.2.5　可溯源性；德国的校准服务 10

1.2.6　量的方程及数值方程 11

1.3　测量仪器的静态特性 11

1.4　静态测量误差和测量不确定度 13

1.4.1 引言 13

1.4.2　影响量已知时的系统测量误差 14

1.4.3　影响量未知导致的测量不确定度 15

1.5　测量仪器的动态特性 25

1.5.1　一阶延迟环节 26

1.5.2　二阶延迟环节 32

1.5.3　有关时间响应特性的其他例子 38

1.6　动态测量误差 40

1.6.1　产生误差的可能性 40

1.6.2　动态误差的校正 42

1.7　测量装置的结构 44

1.7.1　链式结构 44

1.7.2　并联结构 45

1.7.3　环状结构 46

1.8　测量信号中携带信息的参数 47

1.9　非电量的电测 49

1.9.1 用于非电量电测的物理效应 49

1.9.2　传感器的信号处理 50

2.1　机电式测量仪器及其应用 51

2.1.1 测量机构 51

第2章 电流和电压的测量；输出电压和电流的传感器 51

2.1.2 直流电流与直流电压的测量 55

2.1.3　交流电流与交流电压的测量 60

2.1.4　功率的测量 65

2.1.5 电功的测量 70

2.1.6 测量记录仪表 71

2.2 电子射线示波器 73

2.2.1 电子射线管 73

2.2.2 结构组件 74

2.2.3　专用示波器 79

2.2.4 电子射线示波器的工作方式 80

2.3　测量放大器 81

2.3.1 引言 81

2.3.2　非反相电压放大器 85

2.3.3　反相电流放大器 90

2.3.4 电压放大器的应用 94

2.3.5 电流放大器的应用 95

2.3.6　实际运算放大器的零点误差 100

2.4　输出电压的电动力学传感器 104

2.4.1 位移测量和角度测量 104

2.4.2　模拟电压的转速传感器 105

2.4.3　霍尔探测器 105

2.4.4　电磁流量计 108

2.5　输出电压的热学传感器 110

2.5.1 热电偶 110

2.5.2　集成pn结温度传感器 115

2.6　输出电压的化学换能器和传感器 116

2.6.1　原电池 116

2.6.2　用玻璃电极构成的pH值测量链 116

2.6.3　用固态离子导体进行氧测量 118

2.7　输出电荷的压电式传感器和热电式传感器 121

2.7.1　工作原理和材料 121

2.7.2　压电型力传感器 122

2.7.3　热电式红外传感器 126

2.8　光学换能器和传感器 128

2.8.1　光电池和光电二极管 129

2.8.2　用于位置测量和成像的光敏传感器 131

2.8.3 光电管 133

2.8.4 光电倍增管 133

2.9 离子辐射传感器 134

2.9.1 电离室 134

2.9.2 触发计数管 136

2.9.3 半导体辐射检测器 137

3.1.1 同时测量电压和电流 139

第3章 电阻的测量：电阻式传感器 139

3.1 电流和电压的测量 139

3.1.2　用参考电阻作比较 140

3.2　恒流源供电的应用 140

3.3 电桥电路 144

3.3.1 平衡式电阻测量电桥 144

3.3.2　不平衡式电阻测量电桥 146

3.4.2　使用静电计放大器的减法器 150

3.4 电桥电路放大器 150

3.4.1 使用反相放大器的减法器 150

3.4.3 载频电桥和载频测量放大器 152

3.5 测量位移和角度的电阻式传感器 155

3.6 电阻式温度传感器 156

3.6.1 金属电阻温度计 156

3.6.2　热导体（负温度系数热敏电阻） 159

3.6.3　冷导体（正温度系数热敏电阻） 161

3.6.4　硅电阻温度传感器 162

3.6.5　接触式电子温度计使用中的误差来源 163

3.7　通过温度测量确定工业过程量 164

3.7.1　液位监示器 164

3.7.2　热力学质量流量计 164

3.7.3　空气湿度的测量；气体浓度的测量 166

3.8　半导体金属氧化物气体传感器 167

3.9　光敏电阻 168

3.10　磁控电阻 169

3.11 电阻应变片 170

3.11.1 工作原理 170

3.11.2　金属应变片 171

3.11.3 干扰量 172

3.11.4 电阻应变片在应力分析中的应用 172

3.11.5　半导体应变片 175

3.12 电阻式传感器特性曲线的线性化 176

3.12.1 通过串联或并联电阻进行线性化 177

3.12.2　差动式电阻传感器的电压差的测量 179

3.12.3　半桥电路中的差动式电阻传感器 180

第4章 电抗和阻抗的测量；电感式和电容式传感器 181

4.1 电流和电压的测量 182

4.1.1　有效值的测量 182

4.1.2　与参考元件作比较 182

4.1.3　分别测量电抗和电阻 183

4.1.4　相角的测量 184

4.1.5 强迫振荡电路中的电流测量 186

4.2　交流平衡式电桥 187

4.2.1 原理 187

4.2.2　维恩电容测量电桥 187

4.2.3　麦克斯韦电感测量电桥 188

4.2.4 麦克斯韦-维恩电感测量电桥 188

4.2.5 移相电桥 189

4.3　交流不平衡式电桥 189

4.4　电感式传感器 190

4.4.1 用于位移和角度测量的插入衔铁式传感器 191

4.4.2　用于位移和角度测量的横向衔铁式传感器 193

4.4.3　短路环传感器 194

4.4.4 电感式位移和角度传感器的应用 195

4.4.5　用电感式环线探测装置检测车辆 196

4.4.6　磁弹性测力传感器 196

4.5　电容式传感器 197

4.5.1　改变极板的间距 197

4.5.2　改变极板的面积 198

4.5.3　改变电介质的几何尺寸 199

4.5.4 湿度或温度引起的介电常数的变化 200

4.6 电感和电容读出器在压差测量变送器中的应用 201

4.7 电感式位移传感器和电容式位移传感器的比较 202

4.7.1　磁场和电场的能量 203

4.7.2 电桥的最大输出功率 204

4.7.3　传感器变换位置所需要的控制功率 205

第5章 数字基础电路；时间和频率测量技术 206

5.1 二进制信号及其逻辑运算 206

5.1.1　二进制信号 206

5.1.2　二值信号的逻辑运算 206

5.2　数字化测量值的表示、显示和输出 209

5.2.1　二进制数制 209

5.2.2　十进制数的二进制码 209

5.2.3　数字显示；与刻度盘显示的比较 211

5.2.4　数字信号转换为电压；D/A转换器；数字控制的电压源 212

5.3　双稳态触发器 213

5.3.1　异步RS触发器 213

5.3.2　时钟脉冲控制的RS触发器 214

5.3.3　脉冲沿控制的D触发器 215

5.3.4　脉冲沿控制的JK触发器 215

5.3.5 脉冲沿控制的T触发器 216

5.4　计数器 217

5.4.1　二进制异步正向计数器 217

5.4.2　二进制同步正向计数器 218

5.4.3 同步BCD正向计数器 218

5.5 寄存器 219

5.5.1　并行寄存器 220

5.5.2　用于并行／串行转换的移位寄存器 220

5.5.3　用于串行／并行转换的移位寄存器 221

5.5.4 用多路选通器作并行／串行转换器 222

5.6　数字时间测量 223

5.6.1 概述…………………………………………………………………………………………（223）5.6.2 时间间隔的数字测量………………………………………………………………………（223）5.6.3　一个周期的测量…………………………………………………………………… 224

5.7　频率的数字测量方法………………………………………………………………………………（225）5.7.1 频率或脉冲速率的数字测量方法…………………………………………………………（225）5.7.2　两个频率或两个转速之比的测量…………………………………………… 226

5.7.4　通用计数器 227

5.8　时间间隔或频率的模拟测量 228

5.8.1 时间间隔的模拟测量；t/u转换 228

5.8.2　频率或脉冲速率的模拟测量；f/u转换 228

5.9　转速传感器 229

第6章 电量和机械量的模数转换器…………………………………………………………（231） 231

6.1 带有多路选通器的采样与保持环节 231

6.2　直接比较式A/D转换器 232

6.2.1　比较器 232

6.2.2　带回差的比较器 233

6.2.3　带并行比较器的A/D转换器 234

6.2.4 串接式并行A/D转换器 235

6.2.5 对测量值进行渐次逼近的A/D转换器 236

6.3 电压／时间转换器和电压／频率转换器 237

6.3.1　u/t双斜坡转换器 237

6.3.2　电荷平衡式u/f转换器 239

6.3.3 同步的电荷平衡式u/f转换器 241

6.3.4 Delta-Sigma转换器 241

6.4　模数转换器的特征量………………………………………………………………………………（244）6.4.1 特性曲线 244

6.4.2 采样定律 245

6.4.3　转换速率和分辨率 246

6.4.4　量化噪声和有效Bit的个数 247

6.5　测量仪器中的A/D转换器 249

6.5.1　数字万用表 249

6.5.2　数字存储示波器 249

6.5.3　逻辑分析仪 251

6.6 用于机械量的A/D转换器 252

6.6.1　终端开关 253

6.6.2　编码式长度和角度传感器 254

6.6.3　增量式长度传感器和角度传感器 255

6.6.4 编码式和增量式长度传感器的比较 257

7.1 作为频率转换器的非稳态振荡电路 259

7.1.1 使用放大器和比较器的振荡电路 259

第7章　振荡测量 259

7.1.2　带辅助稳压源的多谐振荡器 262

7.2　谐波振荡器 263

7.2.1 非衰减振荡的产生 263

7.2.2 LC振荡器 264

7.2.3　RC振荡器 266

7.3　压电谐振器 268

7.3.1 整体振动石英 268

7.3.2 石英中的声表面波 274

7.3.3 可无线访问的传感器 277

7.3.4　超声波流量计 279

7.4　机械振动 282

7.4.1 特征量 282

7.4.2　相对振动测量 282

7.4.3　绝对振动测量 284

7.4.4　单片集成的加速度计 286

7.4.5　振弦式频率转换器 287

7.4.6　音叉式频率转换器 288

7.4.7　科里奥氏力质量流量计 289

第8章　频谱分析 292

8.1　任务的提出 292

8.2 连续时间信号的傅里叶变换（FTC） 292

8.3 离散时间信号的傅里叶变换（FTD） 293

8.3.1 从连续时间信号过渡到离散时间信号 293

8.3.2　连续时间信号变换和离散时间信号变换之间的区别 294

8.3.3　采样定理 295

8.4　采样时限信号的离散傅里叶变换（DFT） 295

8.4.1 有限个值组成的数据段；离散的频谱函数 295

8.4.2 FTD与DFT之间的关系；加零 299

8.4.3　采样频率的选择 301

8.4.4 逆离散傅里叶变换IDFT 301

8.5 采样的非时限信号的DFT 303

8.5.1　常数信号 303

8.5.2　周期性信号 306

8.5.3　加零，采样频率和测量时间 309

8.5.4 逆离散傅里叶变换IDFT 311

8.6 窗函数 312

8.6.1 评判准则 312

8.6.2 窗函数和它们的谱 313

8.6.3　给瞬态信号加窗 316

8.7 DFT的应用 317

8.8　时域和频域的功率测量 317

第9章　计算机辅助测量系统 321

9.1 引言 321

9.2 个人计算机的结构 321

9.2.1 仪器技术 321

9.2.2 软件 322

9.3　接口和总线系统 323

9.3.1　引言 323

9.3.2　串行的RS-232接口和导出的接口 326

9.3.3　通用串行总线USB 328

9.3.4 并行的IEC总线 329

9.3.5 使用蓝牙接口和WLAN接口的射频网络 332

9.4　带有集成数字接口的测量仪器 333

9.4.1　连接 333

9.4.2　控制 333

9.5 没有集成接口的测量仪器 334

9.5.1　原理 334

9.5.2　测量卡的结构 335

9.5.3　测量卡和计算机的连接 338

9.6　测量程序 339

9.6.1 测量程序的任务 339

9.6.2　计算机辅助测量过程的运行 340

9.6.3　虚拟的测量仪器 343

9.6.4 LabVIEW 343

9.6.5 MATLAB 344

9.7　例子：线性频率过程的测量 345

参考文献 349