自动检测与转换技术PDF电子书下载

第1章 检测技术的基础知识 1

1.1 测量的基本概念 1

1.1.1 测量 1

1.1.2 测量方法 1

1.2 测量误差及其分类 3

1.2.1 测量误差及其表示方法 3

1.2.2 测量误差的分类 5

1.3 测量误差的分析与处理 6

1.3.1 随机误差的统计特性 6

1.3.2 粗大误差 9

1.3.3 系统误差 9

1.3.4 直接测量数据的误差分析 10

1.4 传感器及其基本特性 12

1.4.1 传感器的定义及组成 12

1.4.2 传感器的分类 13

1.4.3 传感器的基本特性 15

1.4.4 传感器技术的发展趋势 19

1.5 弹性敏感元件 20

1.5.1 弹性敏感材料的弹性特性 20

1.5.2 弹性敏感元件的材料及其基本要求 21

1.5.3 弹性敏感元件的变换原理 21

小结 25

思考与练习 26

第2章 电阻式传感器 28

2.1 电位器式传感器 28

2.1.1 线性电位器 28

2.1.2 电位器式传感器的应用 30

2.2 电阻应变式传感器 31

2.2.1 电阻应变片的种类与结构 31

2.2.2 电阻的应变效应 32

2.2.3 应变片测试原理 33

2.2.4 测量电路 34

2.3 电阻应变式传感器的应用 37

2.4 压阻式传感器 41

2.4.1 压阻效应与压阻系数 41

2.4.2 测量原理 41

2.4.3 温度补偿 42

2.4.4 压阻式传感器的应用 42

2.5 气敏电阻传感器 43

2.6 湿敏电阻传感器 46

小结 49

思考与练习 50

第3章 变磁阻式传感器 51

3.1 自感式传感器 51

3.1.1 基本自感式传感器 51

3.1.2 差动变间隙式传感器 52

3.1.3 螺管型自感式传感器 53

3.1.4 测量电路 53

3.2 变压器式传感器 55

3.2.1 螺线管式差动变压器 56

3.2.2 测量电路 57

3.3 电涡流式传感器 60

3.3.1 电涡流式传感器的工作原理 60

3.3.2 电涡流式传感器种类 60

3.3.3 测量电路 62

3.4 变磁阻式传感器的应用 64

3.4.1 自感式传感器的应用 64

3.4.2 变压器式传感器的应用 65

3.4.3 电涡流式传感器的应用 65

小结 67

思考与练习 67

第4章 电容式传感器 69

4.1 电容式传感器的工作原理 69

4.1.1 变面积式电容传感器 69

4.1.2 变间隙式电容传感器 71

4.1.3 变介电常数式电容传感器 73

4.2 测量电路 76

4.2.1 调幅型电路 76

4.2.2 差动脉冲宽度调制电路 77

4.2.3 调频型电路 79

4.3 电容式传感器的应用 79

小结 81

思考与练习 81

第5章 热电偶传感器 83

5.1 热电偶工作原理和基本定律 83

5.1.1 热电偶工作原理 83

5.1.2 热电偶的基本定律 85

5.2 热电偶的材料、结构及种类 86

5.2.1 热电偶材料 86

5.2.2 热电偶结构 87

5.2.3 热电偶种类及分度表 88

5.3 热电偶的冷端补偿 91

5.4 热电偶测温线路 94

5.5 热电阻 95

5.5.1 金属热电阻 95

5.5.2 半导体热敏电阻 99

5.5.3 集成温度传感器 99

小结 104

思考与练习 104

第6章 光电式传感器 106

6.1 光电效应及光电器件 106

6.1.1 光电效应 106

6.1.2 光电管 106

6.1.3 光敏电阻 107

6.1.4 光敏晶体管 109

6.1.5 光电池 111

6.2 红外传感器 112

6.2.1 红外辐射 113

6.2.2 红外探测器 113

6.3 光电式传感器应用举例 114

6.3.1 光敏电阻传感器的应用 114

6.3.2 光敏晶体管的应用 115

6.3.3 光电池的应用 116

6.3.4 红外测温仪 117

6.4 光电开关和光电断续器 118

6.4.1 光电开关 118

6.4.2 光电断续器 119

6.5 CCD图像传感器及应用 120

6.5.1 CCD图像传感器的工作原理 120

6.5.2 CCD图像传感器的分类 121

6.5.3 CCD图像传感器的应用 123

小结 123

思考与练习 124

第7章 霍尔传感器 125

7.1 霍尔元件工作原理 125

7.2 霍尔元件的基本结构和主要特性参数 126

7.2.1 基本结构 126

7.2.2 主要特性参数 127

7.3 霍尔元件的测量电路及补偿 128

7.3.1 基本测量电路 128

7.3.2 温度误差的补偿 128

7.3.3 不等位电势的补偿 130

7.4 霍尔集成电路 131

7.5 霍尔传感器的应用 132

小结 134

思考与练习 135

第8章 压电式传感器 136

8.1 压电效应 136

8.1.1 石英晶体的压电效应 136

8.1.2 石英晶体的类型 138

8.1.3 压电陶瓷的压电效应 138

8.1.4 压电陶瓷的类型 139

8.2 压电材料 139

8.3 压电式传感器测量电路 139

8.3.1 压电器件的串联与并联 139

8.3.2 压电式传感器的等效电路 140

8.3.3 压电式传感器的测量电路 140

8.4 压电式传感器应用举例 142

小结 145

思考与练习 146

第9章 光纤传感器 147

9.1 光纤传感器的原理、结构及种类 147

9.1.1 光纤传感器的原理 147

9.1.2 光纤的结构 148

9.1.3 光纤的种类 148

9.2 光的传输原理 149

9.2.1 光的全反射定律 149

9.2.2 光纤的传光原理 150

9.3 光纤传感器的类型 150

9.3.1 光纤传感器的分类 150

9.3.2 功能型和非功能型光纤传感器 151

9.3.3 光纤传感器的主要部件 152

9.4 功能型光纤传感器 152

9.4.1 相位调制型光纤传感器 152

9.4.2 光强调制型光纤传感器 154

9.5 非功能型光纤传感器 155

9.5.1 遮断光路的光强调制型光纤传感器 155

9.5.2 改变光纤相对位置的光强调制型光纤传感器 156

9.6 光纤传感器的应用 157

9.6.1 光纤微位移测量传感器 157

9.6.2 光纤流量传感器 158

9.6.3 光纤图像传感器 159

小结 160

思考与练习 160

第10章 过程参数的控制 161

10.1 压力测量 161

10.1.1 弹簧管压力表 162

10.1.2 压力、差压变送器的基本原理 163

10.2 液位测量 164

10.2.1 浮力式液位仪表 165

10.2.2 光纤液位计 166

10.2.3 静压式液位计 168

10.2.4 电阻式液位计 171

10.3 流量测量 172

10.3.1 容积式流量传感器 173

10.3.2 差压式流量传感器 175

10.3.3 速度式流量传感器 183

10.3.4 流体阻力式流量传感器 190

小结 194

思考与练习 194

第11章 检测装置的信号处理及接口技术 196

11.1 信号的放大与隔离技术 196

11.1.1 运算放大器 196

11.1.2 测量放大器 197

11.1.3 隔离放大器 198

11.1.4 程控测量放大器PGA 200

11.2 信号变换技术 201

11.2.1 0～10mA的电压／电流变换（V/I变换） 201

11.2.2 4～20mA的电压／电流变换（V/I变换） 202

11.3 过程输入通道 202

11.3.1 模拟量输入通道 202

11.3.2 A/D转换器及其与单片机的接口 203

11.4 信号的非线性补偿技术 207

11.4.1 线性化处理方法 207

11.4.2 利用微机进行非线性化处理 210

小结 212

思考与练习 213

第12章 自动检测技术的综合应用 214

12.1 传感器的选用原则 214

12.2 综合应用举例 215

12.2.1 高炉炼铁自动检测与控制 215

12.2.2 蒸馏塔自动检测与控制 219

12.2.3 传感器在汽车中的应用 220

12.2.4 传感器在空气污染监测中的应用 226

12.2.5 IC卡智能水表的应用 227

12.2.6 传感器在全自动洗衣机中的应用 229

12.2.7 传感器在电冰箱中的应用 229

12.2.8 传感器在空调器中的应用 231

12.2.9 传感器在厨具中的应用 232

12.2.10 传感器在燃气热水器中的应用 233

12.2.11 传感器在家用吸尘器中的应用 234

12.2.12 家用电器中常用的部分国产热敏电阻 235

小结 236

思考与练习 236

第13章 数字式传感器技术 237

13.1 光栅传感器 237

13.1.1 光栅的基本知识 237

13.1.2 莫尔条纹及其测量原理 239

13.1.3 光栅测量系统 241

13.1.4 光栅测量系统的应用 245

13.2 磁栅传感器 246

13.2.1 磁栅及其分类 246

13.2.2 磁头及其结构 247

13.2.3 信号处理方式 249

13.2.4 磁栅传感器的应用 251

13.3 数字编码器 252

13.3.1 接触式码盘编码器 252

13.3.2 光电式编码器 254

13.3.3 光电编码传感器的应用 257

13.4 感应同步器 258

13.4.1 感应同步器的结构 258

13.4.2 感应同步器的工作原理 260

13.4.3 数字位置测量系统 261

小结 262

习题与思考题 263

第14章 自动检测技术的新发展 264

14.1 智能传感器 264

14.1.1 智能传感器发展的历史背景 264

14.1.2 智能传感器的功能与特点 264

14.1.3 智能传感器实现的途径 265

14.2 虚拟仪器 268

14.2.1 虚拟仪器的定义 268

14.2.2 虚拟仪器的应用 268

14.2.3 虚拟仪器的特点 269

14.2.4 虚拟仪器的产生 269

14.2.5 虚拟仪器的分类 270

14.2.6 虚拟仪器的体系结构 270

14.2.7 虚拟仪器的发展趋势 273

14.3 微型传感器 273

14.3.1 微机电系统（MEMS） 273

14.3.2 微型传感器技术 275

14.4 网络传感器 276

14.4.1 基于现场总线技术的网络化测控系统 277

14.4.2 面向Internet网络测控系统 278

14.4.3 网络化检测仪器与系统实例 278

14.4.4 无线传感器网络化测控系统 279

14.5 多传感器数据融合 281

14.5.1 工作原理 281

14.5.2 多传感器数据融合的意义 281

14.5.3 融合方法 282

14.5.4 多传感器信息融合的实例 283

14.6 软测量技术 284

小结 285

思考与习题 286

附录A 思考与练习部分答案 287

参考文献 291