研究生教学用书 非电量电测技术PDF电子书下载

第1章 测量的基本知识 6

1.1 测量方法及其分类 6

1.1.1 概述 6

1.1.2 直接测量、间接测量与组合测量 6

1.1.3 偏差式测量法、零位式测量法与微差式测量法 7

1.2 测量仪表的基本性能 9

1.2.1 精确度 9

1.2.2 稳定性 10

1.2.3 仪表的输出-输入特性 11

1.3 传感器的分类和性能指标 19

1.3.1 传感器的分类 19

1.3.2 传感器的性能指标 21

第2章 测量误差 22

2.1 误差定义及分类 22

2.1.1 误差定义 22

2.1.2 误差的分类与来源 24

2.1.3 系差和随差的表达式 26

2.2 随机误差 26

2.2.1 正态分布 26

2.2.2 方均根误差 28

2.2.3 误差概率的计算 30

2.2.4 最佳值的确定 31

2.2.5 算术平均值？的方均根误差？x 32

2.3 系统误差 33

2.3.1 发现系统误差的方法 34

2.3.2 削弱和消除系统误差的基本方法 35

2.4 粗差 38

2.4.1 拉依达准则 38

2.4.2 格罗布斯准则 40

2.5 测量结果的数据处理实例 41

2.6 间接测量中误差的传递 43

2.6.1 绝对误差和相对误差的传递 43

2.6.2 标准差（方均根误差）的传递 45

2.6.3 误差传递公式在间接测量中的应用 45

第3章 电阻式传感器 48

3.1 线绕电位器式电阻传感器 48

3.1.1 工作原理 48

3.1.2 非线性误差 49

3.1.3 线绕电位器的结构和分辨力 50

3.2 应变式电阻传感器 51

3.2.1 应变效应和灵敏系数 51

3.2.2 电阻应变片的种类 53

3.2.3 测量电路 55

3.2.4 电阻应变片的温度误差及其补偿 65

3.2.5 电阻应变仪 67

3.3 电阻式传感器应用举例 69

3.3.1 电位器式压力传感器 69

3.3.2 半导体力敏应变片在电子皮带秤上的应用 69

第4章 电感式传感器 71

4.1 变气隙式自感传感器 71

4.1.1 工作原理 71

4.1.2 等效电路 73

4.1.3 特性 73

4.2 差动式自感传感器 75

4.2.1 结构和工作原理 75

4.2.2 输出特性 76

4.2.3 测量电路 77

4.3 差动变压器（互感式电感传感器） 78

4.3.1 结构与工作原理 78

4.3.2 等效电路 79

4.3.3 测量电路 80

4.4 应用举例 83

4.4.1 JGH型电感测厚仪 83

4.4.2 差压计 84

4.4.3 远传浮子液位测量 85

4.5 电涡流式传感器 86

4.5.1 基本原理 86

4.5.2 等效电路 87

4.5.3 测量电路 87

4.5.4 应用举例 88

第5章 电容式传感器 91

5.1 工作原理与结构形式 91

5.1.1 基本工作原理 91

5.1.2 结构形式 92

5.2 输出特性 93

5.2.1 变间隙式 93

5.2.2 变面积式 95

5.2.3 变介电常数式 95

5.3 测量电路 96

5.3.1 桥式电路 96

5.3.2 二极管不平衡环形电路 99

5.3.3 差动脉冲宽度调制电路 100

5.3.4 运算放大器式电路 102

5.3.5 调频电路 103

5.4 应用举例 104

5.4.1 电容式差压传感器 104

5.4.2 电容式液位计 105

5.4.3 电容测厚仪 105

5.4.4 利用电容量变化效应的温度传感器 106

第6章 电动势式传感器 108

6.1 磁电式传感器 108

6.1.1 工作原理及结构 108

6.1.2 传感器的灵敏度和温度补偿 109

6.1.3 测量电路 111

6.1.4 应用举例 111

6.2 压电晶体传感器 114

6.2.1 压电效应 114

6.2.2 压电材料简介 116

6.2.3 压电传感器及其等效电路 118

6.2.4 压电传感器的测量电路 121

6.2.5 应用举例 125

6.3 霍尔传感器 129

6.3.1 霍尔元件的基本工作原理 129

6.3.2 霍尔元件的测量误差及其补偿 131

6.3.3 霍尔元件的使用 134

6.3.4 集成霍尔器件 136

6.3.5 霍尔元件在非电量电测技术中的应用举例 137

第7章 热电传感器 141

7.1 热电偶 141

7.1.1 热电偶测温原理 141

7.1.2 热电偶的结构与种类 150

7.1.3 热电偶的冷端温度补偿 153

7.1.4 热电偶实用测温电路 156

7.2 热电阻 159

7.2.1 常用热电阻 159

7.2.2 热电阻的测量电路与应用举例 162

7.3 热敏电阻 163

7.3.1 热敏电阻的电阻-温度特性 164

7.3.2 主要技术参数 166

7.3.3 热敏电阻的应用举例 167

7.4 PN结型和集成温度传感器 173

7.4.1 分立元件PN结型温度传感器 173

7.4.2 集成温度传感器 176

第8章 光传感器 181

8.1 外光电效应和光电管、光电倍增管 181

8.1.1 光电管 181

8.1.2 光电倍增管 184

8.2 内光电效应及相应的器件 187

8.2.1 光导效应及光敏电阻 187

8.2.2 光生伏特效应及光电池、光敏二极管、光敏三极管 190

8.3 光电传感器的类型及应用举例 196

8.3.1 类型 196

8.3.2 应用举例 197

8.4 光敏集成器件 200

8.4.1 达林顿光敏管 200

8.4.2 光电耦合器件 201

8.5 光纤传感器 203

8.5.1 光纤的结构和传光原理 204

8.5.2 光纤的性能 205

8.5.3 光纤传感器的工作原理及其组成 206

8.5.4 光纤传感器的应用举例 208

8.6 CCD图像传感器 211

8.6.1 CCD的基本结构和工作原理 211

8.6.2 电荷的注入和输出 214

8.6.3 线型和面型CCD图像传感器 215

8.6.4 CCD的主要参数 218

8.6.5 CCD输出信号的特点及应用举例 221

第9章 气敏及湿敏传感器 224

9.1 气敏传感器 224

9.1.1 电阻型半导体气敏传感器的结构 225

9.1.2 半导体气敏材料的气敏机理概述 227

9.1.3 SnO2系列气敏器件 228

9.1.4 应用举例 230

9.2 湿敏传感器 233

9.2.1 湿敏器件的特性参数 234

9.2.2 湿敏器件的种类 235

9.2.3 典型器件介绍 238

9.2.4 应用举例 245

第10章 数字式传感器 247

10.1 编码器 247

10.1.1 码盘式编码器 247

10.1.2 脉冲盘式编码器 252

10.2 感应同步器 254

10.2.1 直线式感应同步器的结构 254

10.2.2 感应同步器的工作原理 255

10.2.3 感应同步器输出信号的检测 257

10.2.4 感应同步器位移数字显示装置（鉴相型检测系统） 258

10.3 计量光栅 261

10.3.1 黑白透射型长光栅的结构和工作原理 261

10.3.2 光电转换 264

10.3.3 辨向与细分原理 266

10.4 频率式数字传感器 267

10.4.1 改变力学系统固有频率的频率传感器 267

10.4.2 振荡器式频率传感器 271

10.4.3 压控振荡器式频率传感器 272

10.4.4 频率式传感器的基本测量电路 273

10.5 智能传感器简介 274

10.5.1 智能传感器的功能和特点 274

10.5.2 智能传感器实现的技术途径 275

10.5.3 智能传感器举例 275

第11章 信号的放大和调理电路 278

11.1 信号放大电路 278

11.1.1 理想运算放大器及其应用 278

11.1.2 实际运算放大器存在的问题 284

11.1.3 仪器放大器（测量放大器） 287

11.1.4 程控增益放大器 289

11.1.5 隔离放大器 291

11.1.6 调制型直流放大器 293

11.2 模拟滤波器 298

11.2.1 一阶无源滤波器 298

11.2.2 二阶有源滤波器 301

11.2.3 开关电容滤波器 303

11.2.4 集成电路滤波器 305

11.3 信号处理电路 308

11.3.1 绝对值转换电路 308

11.3.2 有效值转换电路 311

11.3.3 峰值保持电路（峰值检波器） 317

第12章 信号的转换 321

12.1 D/A转换电路 321

12.1.1 D/A转换电路的工作原理 322

12.1.2 D/A转换电路的主要参数 324

12.1.3 D/A集成芯片 324

12.2 A/D转换电路 328

12.2.1 转换原理 329

12.2.2 A/D转换电路的主要参数 332

12.2.3 A/D集成芯片 335

12.3 A/D转换器的外围电路 341

12.3.1 采样／保持电路 341

12.3.2 多路模拟开关 345

12.4 U/F转换电路 348

12.4.1 U/F转换电路的工作原理 348

12.4.2 集成U/F转换器 350

第13章 传感器特性的线性化及温度补偿 352

13.1 传感器非线性特性的线性化 352

13.1.1 模拟线性化 352

13.1.2 数字线性化 362

13.2 温度补偿 366

13.2.1 温度补偿原理 366

13.2.2 温度补偿方法 368

第14章 信号分析和处理基础 372

14.1 信号概述 372

14.1.1 周期信号 373

14.1.2 非周期性信号的频谱 376

14.1.3 随机信号 380

14.2 测试系统特性 383

14.2.1 测试系统特性的频域描述和频率响应函数 384

14.2.2 线性系统的脉冲响应 386

14.3 信号的采样和窗函数 387

14.3.1 采样定理与抗混迭滤波 387

14.3.2 窗口函数 391

14.4 数字滤波 394

14.4.1 数字滤波器的分类 395

14.4.2 数字滤波器的算法结构 396

14.5 相关检测 398

14.5.1 自相关检测 399

14.5.2 互相关检测 400

14.5.3 锁定放大器 401

第15章 计算机与测量系统的接口 403

15.1 微型计算机系统的基本结构 403

15.2 PC机总线 405

15.2.1 PC/XT总线 405

15.2.2 ISA总线 406

15.2.3 PCI局部总线 408

15.3 GPIB通用接口总线 410

15.3.1 GPIB总线的结构 411

15.3.2 三线挂钩原理 415

15.4 串行接口 416

15.4.1 串行通信的一般概念 416

15.4.2 串行通信的接口电路 418

15.4.3 RS—232C接口 419

15.4.4 USB接口 422

15.5 现场总线 424

15.5.1 现场总线的特点 424

15.5.2 现场总线协议模型 425

15.5.3 PROFIBUS总线 427

15.5.4 基金会现场总线（FF） 429

15.5.5 LONWORKS总线 431

15.6 数据采集接口 433

15.6.1 数字信号的采集 433

15.6.2 模拟信号的采集 436

15.6.3 地址译码电路 437

第16章 虚拟仪器 440

16.1 虚拟仪器的产生 440

16.2 虚拟仪器的结构及特点 441

16.2.1 虚拟仪器的结构 441

16.2.2 虚拟仪器的特点 442

16.2.3 虚拟仪器技术优势 442

16.3 虚拟仪器的分类 443

16.3.1 PC总线-插卡式虚拟仪器 444

16.3.2 并行口式虚拟仪器 444

16.3.3 GPIB总线方式的虚拟仪器 444

16.3.4 VXI总线方式的虚拟仪器 444

16.3.5 PXI总线方式的虚拟仪器 445

16.4 虚拟仪器的系统组成 445

16.4.1 GPIB总线 446

16.4.2 VXI总线 447

16.4.3 PXI总线 451

16.5 虚拟仪器软件开发平台 453

16.5.1 Lab VIEW软件开发平台 453

16.5.2 Lab Windows/CVI软件开发平台 458

16.6 虚拟仪器技术的应用 459

16.6.1 工程应用现状 459

16.6.2 基于Lab VIEW的应用实例 461

主要参考文献 464