传感器技术与应用PDF电子书下载

第1章 传感器技术与应用概述 1

1.1 传感器的定义、组成及分类 1

1.1.1 传感器的定义 1

1.1.2 传感器的组成 1

1.1.3 传感器的分类 1

1.2 传感器的特性 2

1.2.1 传感器的静态特性 2

1.2.2 传感器的动态特性 4

1.3 传感器的标定 11

1.3.1 传感器的静态特性标定 11

1.3.2 传感器的动态特性标定 11

1.4 传感器技术与应用的发展方向 12

1.4.1 传感器技术的发展方向 12

1.4.2 传感器的应用发展方向 13

1.5 传感器工程应用系统典型结构 13

1.5.1 测量显示系统的结构 13

1.5.2 检测控制系统的结构 14

思考题及习题 15

第2章 温度传感器及其应用案例 16

2.1 温度测量概述 16

2.1.1 温度与温标 16

2.1.2 温度的测量方法和分类 16

2.2 热电阻传感器 17

2.2.1 热电阻的测温原理 17

2.2.2 常用热电阻 18

2.2.3 常用热电阻传感器的结构 19

2.2.4 热电阻传感器测温电路 20

2.3 热敏电阻传感器 21

2.3.1 热敏电阻的测温原理 22

2.3.2 热敏电阻的分类 22

2.3.3 热敏电阻的结构及符号 23

2.3.4 热敏电阻的主要参数 23

2.4 热电偶传感器 24

2.4.1 热电偶的测温原理 24

2.4.2 热电偶的基本定律 25

2.4.3 热电偶的常用类型及特点 26

2.4.4 热电偶传感器的结构型式 30

2.4.5 热电偶的冷端处理方法 31

2.4.6 热电偶测温线路 33

2.5 集成温度传感器 34

2.5.1 测温原理及电路结构 35

2.5.2 常见集成温度传感器及其应用 36

2.6 辐射式温度传感器 38

2.6.1 热辐射基本定律 39

2.6.2 辐射式温度传感器的应用 39

2.7 温度测量与控制系统应用案例 42

2.7.1 加热器温度测量显示系统教学案例 42

2.7.2 加热器温度检测控制系统教学案例 44

思考题及习题 46

第3章 压力传感器及其应用案例 47

3.1 压力测量概述 47

3.2 应变式压力传感器 48

3.2.1 金属电阻应变片 48

3.2.2 电阻应变片测量电路 52

3.2.3 常见应变式（压）力传感器及其应用 55

3.3 压阻式压力传感器 59

3.3.1 半导体电阻应变片 59

3.3.2 常见扩散硅压力传感器及其应用 60

3.4 压电式压力传感器 62

3.4.1 压电效应 62

3.4.2 压电元件的等效电路 64

3.4.3 压电式传感器的组成形式 65

3.4.4 压电式传感器的测量电路 66

3.4.5 常见压电式压力传感器及其应用 67

3.5 电容式压力传感器 67

3.5.1 电容传感器的测压原理 67

3.5.2 差动式电容传感器 68

3.5.3 电容传感器的测量电路 69

3.5.4 常见电容式压力传感器及其应用 71

3.6 压力测量与控制系统应用案例 72

3.6.1 压力传感器选用原则及使用注意事项 72

3.6.2 空气压缩机压力测量显示系统教学案例 73

3.6.3 空气压缩机压力检测控制系统教学案例 75

思考题及习题 78

第4章 流量传感器及其应用案例 79

4.1 流量测量概述 79

4.1.1 流量测量的基本概念 79

4.1.2 流量检测的方法和分类 80

4.2 差压式流量传感器及其应用 80

4.2.1 节流式流量传感器测量原理 80

4.2.2 常见差压式流量检测系统 83

4.3 电磁流量传感器 83

4.3.1 电磁流量传感器的工作原理 83

4.3.2 电磁流量传感器的种类 84

4.4 涡轮流量传感器 84

4.4.1 涡轮流量传感器的结构 85

4.4.2 涡轮流量传感器的工作原理 85

4.5 漩涡式流量传感器 86

4.5.1 涡街流量传感器的工作原理 86

4.5.2 涡街流量传感器的结构 87

4.6 质量流量传感器 87

4.6.1 直接式质量流量传感器 88

4.6.2 间接式质量流量传感器 89

4.7 流量测量与控制系统应用案例 89

4.7.1 流量传感器的选用原则 89

4.7.2 差压式流量测量显示系统案例 90

4.7.3 差压式流量检测控制系统案例 90

4.7.4 气泵流量检测控制系统教学案例 91

思考题及习题 93

第5章 物位传感器及其应用案例 95

5.1 物位测量概述 95

5.2 液位测量传感器及其应用 95

5.2.1 浮力式液位传感器 95

5.2.2 静压式液位传感器 97

5.2.3 应变式液位传感器 98

5.2.4 电容式液位传感器 99

5.3 料位测量传感器及其应用 100

5.3.1 电容式料位传感器 100

5.3.2 超声波料位传感器 101

5.4 物距测量传感器及其应用 105

5.4.1 超声波测量物距原理 105

5.4.2 超声波物距测量传感器结构 105

5.5 物位测量与控制系统应用案例 106

5.5.1 液位测量显示系统案例 106

5.5.2 汽车倒车雷达系统案例 107

思考题及习题 107

第6章 光检测传感器及其应用案例 108

6.1 光检测概述 108

6.1.1 光的基本知识 108

6.1.2 光电效应 108

6.2 常见的光电器件 109

6.2.1 光电管 109

6.2.2 光电倍增管 109

6.2.3 光敏电阻 110

6.2.4 光敏二极管和光敏晶体管 112

6.2.5 光电池 115

6.2.6 电荷耦合器 117

6.3 光电传感器 121

6.3.1 结构及工作原理 121

6.3.2 光耦合器 121

6.3.3 光电开关 122

6.4 光纤传感器 123

6.4.1 光纤的结构及传光原理 123

6.4.2 光纤的主要参数 124

6.4.3 光纤的分类 125

6.4.4 光纤传感器的结构及工作原理 126

6.4.5 光纤传感器的分类 126

6.4.6 常见光纤传感器及其应用 127

6.5 光检测传感器在测量控制中的应用案例 128

6.5.1 火灾检测报警系统案例 128

6.5.2 物体尺寸测量系统案例 129

思考题及习题 129

第7章 位移传感器及其应用案例 131

7.1 电位器式位移传感器 131

7.1.1 线性电位器 131

7.1.2 非线性电位器 132

7.1.3 绕线式电位器的材料 133

7.1.4 绕线式电位器的应用 134

7.2 电感式位移传感器 135

7.2.1 自感式位移传感器 135

7.2.2 互感式位移传感器 140

7.2.3 常见电感式位移传感器及其应用 143

7.3 涡流式位移传感器 143

7.3.1 电涡流效应 144

7.3.2 涡流式位移传感器的原理及结构 145

7.3.3 涡流式位移传感器的分类 145

7.3.4 涡流式传感器测量电路 146

7.3.5 涡流式传感器的应用 147

7.4 电容式位移传感器 148

7.4.1 单电容传感器的结构及工作原理 148

7.4.2 差动电容传感器的结构及工作原理 150

7.4.3 电容式传感器的测量电路 151

7.4.4 常见电容式位移传感器及其应用 153

7.5 霍尔式位移传感器 154

7.5.1 霍尔效应 154

7.5.2 霍尔元件 155

7.5.3 霍尔集成电路 158

7.5.4 常见霍尔式位移传感器及其应用 159

7.6 位移传感器在检测控制系统中的应用案例 160

7.6.1 金属板厚度检测控制系统案例 160

7.6.2 钢球生产流水线自动计数系统案例 161

思考题及习题 161

第8章 速度传感器及其应用案例 163

8.1 磁电式速度传感器 163

8.1.1 磁电式速度传感器的工作原理 163

8.1.2 磁电式速度传感器的类型 164

8.1.3 常见磁电式速度传感器及其应用 165

8.2 测速发电机 167

8.2.1 直流测速发电机 167

8.2.2 交流测速发电机 168

8.3 霍尔式转速传感器 170

8.3.1 霍尔式转速传感器的结构 170

8.3.2 霍尔式转速传感器的工作原理 171

8.3.3 霍尔转速传感器的应用 171

8.4 涡流式转速传感器 171

8.4.1 涡流式转速传感器的结构及测量原理 171

8.4.2 涡流式转速传感器的应用 172

8.5 超声波传感器测流速 172

8.5.1 超声波传感器测流速原理 172

8.5.2 超声波传感器的安装方法 173

8.6 光电式转速传感器 174

8.6.1 光电式转速传感器的结构 174

8.6.2 光电式转速传感器的测速原理 174

8.6.3 光电式转速传感器的应用 175

8.7 转速测量与控制系统应用案例 175

8.7.1 电动机转速测量显示系统案例 175

8.7.2 电动机转速检测控制系统案例 176

思考题及习题 178

第9章 加速度传感器及其应用案例 179

9.1 应变式加速度传感器 179

9.1.1 应变式加速度传感器的结构 179

9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理 179

9.2 压电式加速度传感器 180

9.2.1 压电式加速度传感器的结构 180

9.2.2 压电式加速度传感器的测量原理 180

9.3 电容式加速度传感器 180

9.3.1 电容式加速度传感器的结构 180

9.3.2 电容式加速度传感器的测量原理 181

9.4 差动变压器式加速度传感器 181

9.4.1 差动变压器式加速度传感器的结构 181

9.4.2 差动变压器式加速度传感器的测量原理 181

9.5 加速度测量显示系统案例 182

9.5.1 光纤加速度传感器的结构 182

9.5.2 光纤加速度传感器的测量原理 182

思考题及习题 182

第10章 振动测量传感器及其应用案例 184

10.1 振动测量概述 184

10.1.1 振动的基本参数 184

10.1.2 振动测量的内容及测量方法 185

10.2 测振传感器 186

10.2.1 测振传感器的分类 186

10.2.2 测振传感器介绍 186

10.2.3 测振传感器的选择原则 191

10.3 激振器 192

10.3.1 激振方式 192

10.3.2 常用激振器介绍 193

10.4 振动系统参数的测试与估计 195

10.4.1 自由振动法 195

10.4.2 共振法 196

10.5 振动测量传感器应用系统案例 198

思考题及习题 199

第11章 气敏传感器及其应用案例 200

11.1 热传导式气敏传感器 200

11.1.1 热传导检测原理 200

11.1.2 热传导检测器 201

11.1.3 测量电路 201

11.2 接触燃烧式气敏传感器 203

11.2.1 基本工作原理 203

11.2.2 测量电路 204

11.3 氧化锆氧气传感器 205

11.3.1 检测原理 205

11.3.2 氧化锆氧气传感器探头 206

11.4 恒电位电解式气敏传感器 206

11.4.1 恒电位电解式气敏传感器检测原理 207

11.4.2 恒电位电解式气敏传感器的结构 207

11.5 伽伐尼电池式气敏传感器 208

11.5.1 伽伐尼电池式气敏传感器检测原理 208

11.5.2 伽伐尼电池式气敏传感器的结构 208

11.6 半导体气敏传感器 208

11.6.1 电阻型半导体气敏传感器 209

11.6.2 非电阻型半导体气敏传感器 212

11.6.3 半导体气敏传感器的应用范围 213

11.7 气敏传感器在检测与控制系统中的应用案例 213

11.7.1 简易酒精测试仪 213

11.7.2 有害气体检测控制系统案例 214

思考题及习题 215

第12章 湿敏传感器及其应用案例 216

12.1 湿度检测概述 216

12.1.1 湿度的描述方法 216

12.1.2 湿敏传感器的分类 216

12.2 电阻式湿敏传感器 217

12.2.1 氯化锂湿敏电阻 217

12.2.2 半导体陶瓷湿敏电阻 218

12.2.3 结露传感器 220

12.3 电容式湿敏传感器 221

12.3.1 陶瓷电容式湿敏传感器 221

12.3.2 高分子电容式湿敏传感器 222

12.3.3 集成电容式湿敏传感器 222

12.4 空气湿度检测控制应用系统案例 224

12.4.1 直读式空气湿度计 224

12.4.2 汽车玻璃结露控制系统 224

思考题及习题 225

第13章 数字式传感器及其应用案例 226

13.1 数字式传感器概述 226

13.2 编码器 226

13.2.1 增量编码器 227

13.2.2 码盘式编码器 228

13.3 数字式温度传感器 230

13.3.1 DS18B20的内部结构 230

13.3.2 DS18B20芯片指令介绍 233

13.3.3 DS18B20与微控制器的连接电路 234

13.3.4 DS18B20的读／写时间隙 235

13.3.5 单片机控制DS18B20的操作流程 236

13.3.6 DS18B20使用注意事项 237

13.4 光栅传感器 237

13.4.1 光栅的测量原理 237

13.4.2 光栅传感器的基本结构 238

13.4.3 光栅传感器的精度 240

13.5 数字式传感器的工程应用案例 241

13.5.1 数字式直线位移检测系统案例 241

13.5.2 数字式转速测量系统案例 241

思考题及习题 242

第14章 传感器新技术及其应用案例 243

14.1 智能传感器 243

14.1.1 智能传感器的典型结构 243

14.1.2 智能传感器的主要功能 244

14.1.3 智能传感器的主要特点 244

14.2 模糊传感器 244

14.2.1 模糊传感器的概念及特点 244

14.2.2 模糊传感器的基本功能 245

14.2.3 模糊传感器的结构 245

14.3 网络传感器 248

14.3.1 网络传感器的概念 248

14.3.2 网络传感器的类型 248

14.3.3 基于IEEE 1451标准的网络传感器 249

14.3.4 网络传感器所在网络的体系结构 253

14.4 多传感器数据融合 254

14.4.1 多传感器数据融合的概念 254

14.4.2 多传感器数据融合技术 254

14.4.3 多传感器数据融合技术的应用 255

14.5 虚拟仪器 256

14.5.1 虚拟仪器概述 256

14.5.2 虚拟仪器的组成 256

14.5.3 虚拟仪器的特点 257

14.5.4 软件开发工具LabVIEW简介 258

14.6 物联网 259

14.6.1 物联网的基本概念 259

14.6.2 物联网的关键技术 260

14.6.3 物联网的应用模式 260

14.6.4 物联网应用案例 261

思考题及习题 261

第15章 传感器综合应用案例介绍 263

15.1 问题的提出 263

15.2 晶体生长控制系统的基本要求及硬件设计 263

15.2.1 炉温控制子系统的基本要求及硬件设计 263

15.2.2 热质对流控制子系统的基本要求和硬件设计 264

15.2.3 晶体生长控制子系统的基本要求和硬件设计 265

15.3 晶体生长控制系统的软件设计及综合调试 265

15.3.1 软件设计 265

15.3.2 系统的整合 266

15.3.3 结论 266

参考文献 268