传感器与检测技术PDF电子书下载

第1章 检测技术的基础知识 1

1.1 检测技术的基本概念 1

1.1.1 检测技术 1

1.1.2　自动检测系统 1

1.1.3　传感器 2

1.2　测量误差及修正 4

1.2.1　误差的基本概念及表达方式 4

1.2.2　误差的分类与来源 5

1.2.3　系统误差和随机误差的表达式 6

1.2.4　基本误差和附加误差 6

1.2.5　系统误差的发现与校正 7

1.3　传感器的基本特性 8

1.3.1　传感器的静态特性 9

1.3.2　传感器的动态特性 14

1.4　传感器的标定 18

1.4.1 静态标定 18

1.4.2　动态标定 19

1.5　传感器的选用 20

1.5.1　传感器的指标及选用原则 20

1.5.2　选用条件要求 22

思考题与习题一 22

第2章　温度检测 24

2.1 温标及测温方法 24

2.1.1 温标 24

2.1.2　温度检测的主要方法及分类 25

2.2　电阻式温度传感器 26

2.2.1　金属热电阻传感器 26

2.2.2　半导体热敏电阻传感器 29

2.3　薄膜热传感器 32

2.3.1　金属薄膜热电阻 32

2.3.2　多晶硅薄膜热电阻 34

2.4　热电偶传感器 36

2.4.1　热电偶测温原理 36

2.4.2　热电极材料及常用热电偶 40

2.4.3　热电偶的结构 42

2.4.4　热电偶冷端温度补偿 43

2.4.5　热电偶常用测温线路 46

2.5　辐射式温度传感器 48

2.5.1 辐射测温的物理基础 48

2.5.2　辐射测温方法 49

2.6　石英晶体测温传感器 52

2.7　光纤传感器 53

2.7.1　光纤传感原理 53

2.7.2　光纤温度传感器 54

2.8　集成数字温度传感器 57

2.8.1 集成温度传感器工作原理及分类 57

2.8.2 电压型集成温度传感器μPC616A/C 57

2.8.3　电流型集成温度传感器AD590 59

2.8.4　数字输出型传感器DS18B20 60

思考题与习题二 64

第3章　压力检测 66

3.1 压力的概念及单位 66

3.2　应变式压力计 68

3.2.1　电阻应变效应 68

3.2.2　电阻应变片 69

3.2.3 电阻应变片的粘贴及温度补偿 71

3.2.4　转换电路 72

3.2.5　应变式压力传感器 74

3.3　薄膜应变片 78

3.3.1　薄膜应变片原理 79

3.3.2　薄膜应变片的制作及应用 80

3.4　压电式压力传感器 81

3.4.1 压电效应 81

3.4.2　压电材料 84

3.4.3　测量电路 86

3.4.4　压电式压力及力传感器 89

3.5 电容式压力传感器 91

3.5.1 电容式传感器的工作原理 91

3.5.2　差动电容式传感器 93

3.5.3　测量电路 94

3.5.4　电容式压力传感器 98

3.6　霍尔式压力计 100

3.6.1 霍尔效应 100

3.6.2　霍尔式压力计工作原理 101

3.6.3 霍尔式压力计的误差及补偿 102

3.6.4　霍尔式压力计 105

3.7　电子秤 105

3.7.1　电子秤的原理 106

3.7.2　秤重传感器原理 107

3.7.3　电子秤的应用 108

3.8　集成压敏传感器 109

3.8.1　硅电容式集成传感器 109

3.8.2　扩散硅压敏传感器 112

3.9　数字式压力计 113

3.9.1　MPX压力传感器 113

3.9.2　测量电路 114

思考题与习题三 116

第4章　物位及厚度检测 117

4.1 电涡流传感器及厚度检测 117

4.1.1 涡流效应 117

4.1.2 高频反射式涡流传感器 118

4.1.3　低频透射式涡流传感器 122

4.2　电容式物位计 123

4.2.1 电容式物位计原理 123

4.2.2 电容式物位传感器 124

4.2.3 电容式物位传感器应用举例 125

4.3 微波物位及厚度检测 126

4.3.1 微波传感器的组成及工作原理 126

4.3.2　微波传感器测物位与液位 127

4.3.3　微波传感器测厚度 129

4.4　超声波物位及厚度检测 130

4.4.1　超声波检测原理 130

4.4.2　超声波传感器 132

4.4.3　超声波传感器测物位 133

4.4.4　超声波传感器测厚度 136

4.5 核辐射物位与厚度检测 137

4.5.1　放射源和探测器 138

4.5.2　测量电路 141

4.5.3　核辐射厚度计 142

4.5.4　核辐射液位计 143

思考题与习题四 143

第5章　流量检测 145

5.1 流量的检测方法 145

5.1.1　节流差压法 145

5.1.2　容积法 145

5.1.3　速度法 146

5.1.4　流体阻力法 146

5.1.5　流体振动法 146

5.1.6　质量流量测量 146

5.2　差压式流量计 147

5.2.1　节流装置的工作原理 147

5.2.2　流量方程 148

5.2.3　流量系数的确定 149

5.2.4　标准节流装置 149

5.2.5　取压方式 151

5.2.6　差压计 152

5.2.7　标准节流装置的安装要求 153

5.2.8　差压式流量计的使用 156

5.3　容积式流量计 157

5.3.1　椭圆齿轮流量计 157

5.3.2　腰轮流量计 158

5.3.3　旋转活塞式流量计 158

5.3.4　刮板式流量计 158

5.4　速度式流量计 160

5.4.1　叶轮式流量计 160

5.4.2　涡轮式流量计 161

5.5　振动式流量计 162

5.5.1　漩涡流量计 163

5.5.2　旋进式旋涡流量计 165

5.6　电磁流量计 165

5.6.1 电磁流量计的工作原理 165

5.6.2　电磁流量计的结构 166

5.7　质量流量的测量 167

5.7.1　推导式质量流量测量 167

5.7.2　直接式质量流量测量 169

思考题与习题五 170

第6章　位移、速度及加速度检测 172

6.1 电感式传感器 172

6.1.1 电感式传感器的工作原理及分类 172

6.1.2　电感式传感器输出特性 173

6.1.3　差动电感传感器原理 174

6.1.4 电感式位移计 176

6.2　差动变压器位移计 177

6.2.1 差动变压器工作原理及特性 178

6.2.2　差动变压器位移计的结构 179

6.2.3 差动变压器位移计的测量电路 179

6.3　电位器传感器 181

6.3.1 电位器传感器基本工作原理 181

6.3.2　电位器传感器输出特性 181

6.3.3 电位器传感器结构 182

6.3.4 电位计式位移传感器 183

6.4 电容式位移传感器 183

6.4.1 单电极的电容式位移传感器及其应用 183

6.4.2　变面积差动电容式位移传感器及其应用 184

6.5　光栅位移测试 186

6.5.1　光栅的基本结构 187

6.5.2　光栅传感器的工作原理 187

6.6　码盘式传感器 191

6.6.1 光电码盘式传感器的工作原理 191

6.6.2　光电码盘 192

6.6.3　光电码盘的应用 195

6.7　激光式传感器 196

6.7.1　激光的特性和稳频方法 196

6.7.2　激光干涉传感器测长原理 198

6.8 磁电感应式速度传感器 199

6.8.1 磁电感应式传感器工作原理及测量电路 199

6.8.2 磁电感应式传感器的灵敏度K 201

6.8.3　磁电式速度传感器 203

6.9　光电式转速计 205

6.9.1　工作原理 205

6.9.2　基本测量电路 206

6.10　加速度传感器 206

6.10.1 压电式加速度传感器 206

6.10.2 电阻应变式加速度传感器 209

6.10.3　力平衡式加速度传感器 209

思考题与习题六 210

第7章 成分与含量的检测 211

7.1　气敏传感器 211

7.1.1 半导体气敏传感器 211

7.1.2　薄膜气敏传感器 214

7.1.3　红外线吸收式气敏传感器 216

7.2　湿敏传感器 221

7.2.1　湿敏传感器的分类与特性分析 221

7.2.2　干湿球湿度计 223

7.2.3　氯化锂湿敏电阻传感器 223

7.2.4　半导体陶瓷湿敏电阻传感器 224

7.2.5　湿度传感器的应用 225

7.3　液体浓度的检测 226

7.3.1 溶液的电导率与浓度的关系 226

7.3.2　电导检测器及测量电路 227

7.4　生物传感器 227

7.4.1 生物传感器的工作原理和分类 227

7.4.2　酶传感器 229

7.4.3　微生物传感器 230

思考题与习题七 232

第8章　光电检测 234

8.1 光电效应及光电器件 234

8.1.1　外光电效应及器件 234

8.1.2　内光电效应及器件 236

8.1.3　阻挡层光电效应及器件 238

8.2　光电耦合器件 241

8.2.1 光电耦合器件的结构和原理 242

8.2.2　光电耦合器的组合形式 242

8.2.3　光电耦合器的特性曲线 243

8.2.4　光电耦合器的应用 243

8.3 电荷耦合器件（CCD） 244

8.3.1　CCD的基本工作原理 244

8.3.2　CCD器件 247

8.4 图像传感器及其应用 250

8.4.1 图像的获取技术 250

8.4.2　图像传感器的应用 254

思考题与习题八 256

第9章 自动检测系统及其组成 257

9.1 自动检测系统的基本组成 257

9.1.1 自动检测系统的基本结构 257

9.1.2 自动检测系统的特点 259

9.1.3 自动检测系统的工作流程 260

9.1.4 自动检测系统的主要器件简介 260

9.2　现代测控总线技术 263

9.2.1 测控总线的类型与标准 263

9.2.2 GPIB总线 264

9.2.3 USB总线 267

9.2.4　VXI总线 269

9.3 虚拟仪器技术 272

9.3.1　虚拟仪器概述 272

9.3.2　虚拟仪器的构成 273

9.3.3　虚拟仪器在测控系统中的应用 275

9.4　多传感器信息融合技术 275

9.4.1 多传感器信息融合的定义 276

9.4.2　多传感器信息融合的特点 277

9.4.3 多传感器信息融合的分类 278

9.4.4　多传感器目标识别的信息融合方法 283

9.4.5　信息融合技术的应用 285

思考题与习题九 287

第10章　检测装置的补偿及抗干扰技术 289

10.1　非线性补偿技术 289

10.1.1　模拟线性化 289

10.1.2　数字线性化 294

10.2　温度补偿技术 296

10.2.1　温度补偿原理 296

10.2.2　温度补偿方式 297

10.2.3　温度补偿方法 298

10.3　干扰的类型及产生 299

10.3.1　干扰的类型 299

10.3.2　干扰的产生 301

10.3.3　信噪比和干扰叠加 301

10.4　干扰信号的耦合方式 302

10.4.1　静电电容耦合 302

10.4.2　电磁耦合 302

10.4.3　共阻抗耦合 303

10.4.4　漏电流耦合 304

10.4.5 电子测量装置的两种干扰 304

10.4.6　共模干扰抑制比 306

10.5　常用的抑制干扰措施 306

10.5.1　屏蔽技术 306

10.5.2　接地技术 307

10.5.3　浮置 310

思考题与习题十 310

参考文献 312