傳感器檢測與應用（簡體書）

《普通高等教育"十二五"規劃教材?高職高專電子類專業任務驅動、項目導向系列化教材:傳感器檢測與應用》可作為高職高專類院校電氣自動化、機電技術、應用電子、智能樓宇、儀器儀表、汽車制造、機械、數控等專業的教材，也可作為成人教育和職業培訓的指導教材，對從事企業生產、運行人員和相關工程技術人員也具有一定的參考價值。

學習情境1：認識傳感器
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、初識傳感器
二、傳感器的定義、組成及分類
三、傳感器的應用及發展趨勢
四、傳感器的基本特性
知識運用
一、傳感器的合理選擇
二、傳感器的正確使用
知識拓展
一、測量及測量方法
二、測量誤差的概念及術語
三、測量誤差的類型
四、測量誤差的表示方法
五、自動檢測系統
知識總結
學習評價
思考題
學習情境2：力的檢測
學習子情境2.1：數顯電子秤的實現
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、電阻應變式傳感器的工作原理
二、應變片的結構與類型
三、測量轉換電路
知識運用
一、應變片的選擇和使用
二、電阻應變式傳感器實現力的檢測
三、簡易數顯電子秤的制作
知識拓展
一、電阻應變式傳感器的其他應用
二、壓阻式傳感器
知識總結
學習評價
思考題
學習子情境2.2：振動感知電子狗的實現
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、壓電式傳感器的工作原理
二、壓電材料及特性
三、壓電式傳感器的測量轉換電路
知識運用
一、壓電傳感器的選擇
二、壓電式傳感器實現振動的檢測
三、聲振動感知電子狗的制作
知識拓展
一、壓電式單向測力傳感器
二、壓電式壓力傳感器
三、高分子材料壓電傳感器
知識總結
學習評價
思考題
學習情境3：溫度的檢測
學習子情境3.1：燃氣熱水器的的火焰監測
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、熱電偶的工作原理
二、熱電偶的種類和結構
知識運用
一、熱電偶的使用
二、燃氣熱水器火焰監測的實現
知識拓展
一、金屬表面溫度的測量
二、熱電偶爐溫控制系統
知識總結
學習評價
思考題
學習子情境3.2：機床電機的過熱保護
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、熱電阻
二、熱敏電阻
知識運用
一、熱電阻傳感器實現溫度的檢測
二、機床電機過熱保護的實現
知識拓展
一、氣敏電阻傳感器
二、濕敏電阻傳感器
知識總結
學習評價
思考題
掌習情謗4：位移的檢測
學習子情境4.1：直徑的自動分選
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、自感式傳感器
二、差動變壓器式傳感器
知識運用
一、電感式傳感器實現位移的檢測
二、電感式滾柱直徑分選裝置的實現
知識拓展
一、差動變壓器實現振動和加速度的測量
二、差動變壓器實現力和壓力的測量
知識總結
學習評價
思考題
學習子情境4.2：汽輪機軸向位移的監測
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、電渦流式傳感器的工作原理
二、電渦流式傳感器的結構和性能
三、測量轉換電路
知識運用
一、電渦流式傳感器的使用
二、電渦流傳感器進行汽輪機軸向位移監測的實現
知識拓展
一、電渦流傳感器實現厚度測量
二、電渦流傳感器實現轉速測量
三、電渦流表面探傷
知識總結
學習評價
思考題
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、光柵的結構和類型
二、光柵的工作原理
三、辨向和細分技術
知識運用
一、光柵傳感器的使用
二、光柵傳感器在數控機床位移控制中的應用
知識拓展
一、光柵數顯表
二、軸環式光柵數顯表
知識總結
學習評價
思考題
學習情境5：位置的檢測
學習子情境5.1：飲料包裝中液中液位的自動檢測
情境介紹
學習要點
知識點撥
一、電容式傳感器的工作原理
二、電容式傳感器的類型和特性
三、測量轉換電路
知識運用
一、電容式傳感器的設計要點
二、電容式傳感器實現液位的檢測
三、飲料包裝中液位檢測電路的設計
……
學習情境6：速度的檢測

1.熱電偶的冷端溫度補償方法
由熱電偶測溫原理可知，當選定熱電偶材料后，只有當熱電偶冷端溫度恒定時，熱電偶的熱電勢才是被測溫度的單值的函數。此外，工程技術上使用的熱電偶分度表和根據分度表刻畫的測溫顯示儀表的刻度都是根據冷端溫度為0℃時制作的。在實際使用過程中，由于熱電偶的熱端和冷端離得很近，冷端也暴露于空氣中，容易受到環境溫度的影響，因而冷端溫度很難保持恒定，因此必須對冷端溫度進行處理，以消除冷端溫度的影響。目前，對熱電偶冷端溫度進行處理的方法主要有冷端0℃恒溫法、補償導線法、公式修正法、儀表機械零點調整法和補償電橋法等。
1）冷端0℃恒溫法
冷端0℃恒溫法就是將熱電偶的冷端置于0℃的恒溫器內，保持為0℃，這種方法又稱為冰浴法。此時測得的熱電勢可以準確地反映熱端溫度變化的大小，直接查對應的熱電偶分度表即可得知熱端溫度的大小。這是一種理想的補償方法，通常適用于實驗室及精密測量中，但在工業中使用極為不便。
2）補償導線法
實際測溫時，由于熱電偶的長度有限，冷端溫度將直接受到被測介質溫度和周圍環境的影響。例如，熱電偶安裝在電爐壁上，電爐周圍的空氣溫度的不穩定會影響到接線盒中的冷端的溫度，造成測量誤差。為了使冷端不受測量端溫度的影響，可將熱電偶加長，但由于熱電偶一般是由貴金屬做成的，這將提高測量系統的成本。所以，一般采用在一定溫度范圍內（0℃～100℃）與熱電偶熱電特性相近且廉價的材料代替熱電偶來延長熱電極，這種導線稱為補償導線，這種方法稱為補償導線法。
使用補償導線必須注意以下兩個問題：
（1）兩根補償導線與熱電偶相連的接點溫度必須相同，接點溫度不超過100℃；
（2）不同的熱電偶要與其型號相應的補償導線配套使用，且必須在規定的溫度范圍內使用，極性不能接反。
5）補償電橋法
補償電橋法是利用不平衡電橋產生的不平衡電壓來自動補償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。補償電橋法原理圖如圖3—1—11所示。在熱電偶與儀表之問接入一個直流電橋（常稱為冷端補償器），電橋中三個橋臂電阻R1、R2、R3為錳銅電阻，阻值幾乎不隨溫度變化。另一橋臂電阻RCu為銅電阻（熱電阻），其阻值隨溫度升高而增大。一般用補償導線將熱電偶的冷端延伸至電橋處，使電橋與熱電偶冷端具有相同溫度。電橋通常在20℃時平衡，此時Uab=0，電橋對儀表的讀數無影響。當周圍環境溫度變化時，電橋失去平衡就會產生不平衡電壓，即Uab≠0。若選擇的橋臂電阻和電流的數值適當，可使電橋產生的不平衡電壓Uab正好補償由于冷端溫度變化而引起的熱電勢的變化值，達到自動補償目的，使儀表指示出正確的溫度。