傳感器與自動檢測技術(第2版)（簡體書）

本書根據高職高專教育的特點，以職業崗位核心能力為目標，精選教學內容，力求新穎、簡練、學用結合。

本書按照傳統傳感器的類型劃分內容，從效應原理、電路處理、應用實例入手講解各種傳感器在實際工作中的應用。書中通過實驗和工程實例，講解了檢測技術的基礎知識和測量信號的基本處理技術；聯繫現實生活，講解了傳感器的綜合應用；並講述了工業傳感器的相關知識，安排了工業傳感器的綜合實訓。

本書可以作為高職高專和成人高校的電氣自動化技術、生產過程自動化技術、應用電子技術、機電一體化技術、樓宇智能化技術以及相關專業的教材，也可供自動化技術相關領域的從業人員參考。

第1章 傳感器與檢測技術基礎知識 1

1.1 傳感器的基礎知識 1

1.1.1 傳感器的組成與分類 1

1.1.2 傳感器的基本特性 1

1.2 檢測技術基礎知識 5

1.2.1 檢測系統的組成與功能 5

1.2.2 測量的方法 5

1.2.3 測量誤差的分類 6

1.2.4 測量誤差的表示方法 7

1.2.5 測量誤差的處理 8

1.3 檢測系統中的彈性敏感元件 10

1.3.1 彈性敏感元件的基本特性 10

1.3.2 彈性敏感元件的形式及應用

範圍 10

1.4 傳感器的標定與選擇 14

1.4.1 傳感器的標定與標準 14

1.4.2 傳感器的選擇 14

本章小結 15

思考題與習題 16

第2章 電阻式傳感器 17

2.1 應變式傳感器 17

2.1.1 應變式傳感器的工作原理 17

2.1.2 應變片的結構類型及特性 18

2.1.3 應變式傳感器的測量轉換電路 19

2.1.4 應變式傳感器的使用注意事項 20

2.1.5 應變式傳感器的應用 21

2.1.6 應變式傳感器的應用實例 22

2.1.7 電阻應變式工業傳感器 24

2.1.8 電阻應變片――單臂電橋性能

實驗 24

2.2 壓阻式傳感器 27

2.2.1 壓阻式傳感器的工作原理 27

2.2.2 壓阻式傳感器的結構與特性 27

2.2.3 壓阻式傳感器的測量轉換電路 28

2.2.4 壓阻式傳感器的溫度補償 29

2.2.5 壓阻式傳感器的應用 30

2.2.6 壓阻式傳感器的應用實例 31

2.2.7 壓阻式工業傳感器 32

2.2.8 壓阻式壓力傳感器的特性測試

實驗 33

本章小結 35

思考題與習題 35

第3章 變阻抗式傳感器 37

3.1 差動變壓器 37

3.1.1 差動變壓器的工作原理 37

3.1.2 差動變壓器的基本特性 38

3.1.3 差動變壓器的測量轉換電路 39

3.1.4 差動變壓器的應用 40

3.1.5 差動變壓器的應用實例 41

3.1.6 差動變壓器式工業傳感器 42

3.1.7 差動變壓器的性能實驗 43

3.2 電渦流式傳感器 47

3.2.1 電渦流式傳感器的工作原理 47

3.2.2 電渦流式傳感器的結構類型

及特性 48

3.2.3 電渦流式傳感器的測量轉換

電路 51

3.2.4 電渦流式傳感器的應用 51

3.2.5 電渦流式傳感器的應用實例 53

3.2.6 電渦流工業傳感器 53

3.2.7 電渦流式傳感器材料分揀的

應用實驗 54

3.3 電容式傳感器 56

3.3.1 電容式傳感器的工作原理 56

3.3.2 電容式傳感器的結構類型及

特性 56

3.3.3 電容式傳感器的測量轉換電路 58

3.3.4 電容式傳感器的應用 61

3.3.5 電容式傳感器的應用實例 62

3.3.6 電容式工業傳感器 63

3.3.7 電容式傳感器的位移特性實驗 63

本章小結 66

思考題與習題 66

第4章 光電式傳感器 68

4.1 光電效應與光電元件 68

4.1.1 光電效應 68

4.1.2 光電元件 68

4.2 光電式傳感器 73

4.2.1 光電式傳感器的類型 74

4.2.2 光電式傳感器的應用 75

4.2.3 光電式傳感器的應用實例 77

4.2.4 光電式工業傳感器 78

4.2.5 光電式轉速傳感器測速實驗 79

4.3 光纖傳感器 80

4.3.1 光纖及其傳光原理 81

4.3.2 光纖傳感器的組成及分類 82

4.3.3 光纖式傳感器應用技術 83

4.3.4 光纖位移傳感器――位移測量 87

4.4 紅外傳感器 88

4.4.1 紅外輻射源 88

4.4.2 紅外探測器 89

4.4.3 紅外傳感器的應用 91

4.4.4 紅外傳感器的應用實例 93

本章小結 94

思考題與習題 95

第5章 熱電式傳感器 96

5.1 熱電阻式傳感器 96

5.1.1 常用熱電阻 96

5.1.2 熱電阻傳感器的測量電路和

應用 98

5.1.3 熱電阻傳感器的應用實例 98

5.1.4 熱敏電阻 99

5.1.5 熱敏電阻傳感器的應用 100

5.1.6 熱敏電阻傳感器的應用實例 101

5.1.7 Pt 100 鉑電阻工業傳感器 101

5.1.8 Pt 100 鉑電阻測溫特性實驗 102

5.2 熱電偶傳感器 104

5.2.1 熱電偶傳感器的工作原理 104

5.2.2 熱電偶的結構形式與材料 106

5.2.3 熱電偶的冷端補償 108

5.2.4 熱電偶測溫電路 110

5.2.5 熱電偶傳感器的應用實例 110

5.2.6 熱電偶工業傳感器 111

5.2.7 K型熱電偶測溫性能實驗 112

本章小結 114

思考題與習題 114

第6章 電動勢式傳感器 115

6.1 壓電式傳感器 115

6.1.1 壓電式傳感器的工作原理 115

6.1.2 壓電式傳感器及其等效電路 118

6.1.3 壓電式傳感器的測量電路 120

6.1.4 壓電式傳感器的應用 122

6.1.5 壓電式工業傳感器 125

6.1.6 壓電式傳感器振動測量實驗 125

6.2 霍爾式傳感器 128

6.2.1 霍爾元件的基本工作原理 128

6.2.2 霍爾元件的測量電路和誤差

分析 130

6.2.3 霍爾元件的使用 132

6.2.4 霍爾元件的應用 135

6.2.5 霍爾式工業傳感器 137

6.2.6 直流激勵線性霍爾傳感器的位移

特性實驗 137

本章小結 140

思考題與習題 140

第7章 數字式傳感器 142

7.1 光柵傳感器 142

7.1.1 光柵傳感器的類型與特性 142

7.1.2 光柵的結構與測量原理 142

7.1.3 光柵傳感器應用技術 144

7.1.4 光柵傳感器的選擇 147

7.1.5 光柵傳感器的應用實例 147

7.1.6 光柵工業傳感器――光柵測微

傳感器 148

7.1.7 光柵傳感器――莫爾條紋原理

實驗 149

7.2 磁柵傳感器 150

7.2.1 磁柵傳感器及其特性 150

7.2.2 磁柵的結構與工作原理 150

7.2.3 磁柵傳感器應用技術 153

7.2.4 磁柵傳感器的應用實例 154

7.3 光電編碼器 154

7.3.1 光電編碼器的分類及其特性 154

7.3.2 光電編碼器的工作原理 155

7.3.3 光電編碼器的應用技術 157

7.3.4 光電編碼器的選擇 159

7.3.5 光電編碼器的應用實例 159

7.3.6 光電式工業編碼器 161

7.4 感應同步器 161

7.4.1 感應同步器及其特性 161

7.4.2 感應同步器的結構與工作原理 162

7.4.3 感應同步器的應用技術 166

7.4.4 感應同步器的應用實例 169

本章小結 170

思考題與習題 170

第8章 環境檢測與生物檢測傳感器 171

8.1 氣敏傳感器 171

8.1.1 氣敏傳感器的類型與特性 171

8.1.2 氣敏傳感器的工作原理 172

8.1.3 氣敏傳感器的應用技術 174

8.1.4 氣敏傳感器的選擇 176

8.1.5 氣敏傳感器的應用實例 177

8.1.6 氣敏工業傳感器 178

8.1.7 氣敏傳感器的實驗 178

8.2 濕度傳感器 179

8.2.1 濕度的定義及濕度傳感器的

特性 179

8.2.2 濕度傳感器的工作原理 180

8.2.3 濕度傳感器的應用技術 182

8.2.4 濕度傳感器的選擇 183

8.2.5 濕度傳感器的應用實例 183

8.2.6 濕度工業傳感器 185

8.2.7 濕度傳感器的實驗 186

8.3 生物傳感器 186

8.3.1 生物傳感器的分類 187

8.3.2 常用的生物傳感器 187

8.3.3 生物傳感器的應用 189

本章小結 191

思考題與習題 192

第9章 檢測系統的信號處理技術 193

9.1 信號處理技術 193

9.1.1 傳感器信號的預處理 193

9.1.2 信號放大技術 195

9.2 干擾抑制技術 198

9.2.1 干擾的來源 198

9.2.2 信噪比和電磁兼容性 199

9.2.3 電磁干擾的途徑 200

9.2.4 抑制電磁干擾的基本措施 201

9.2.5 抗電磁干擾技術

(電磁兼容控制技術) 202

9.3 信號的調製與解調 206

9.3.1 信號調製的概念 206

9.3.2 電橋調幅的原理 207

9.3.3 電橋調幅波的解調 208

9.3.4 應用舉例 209

9.4 傳感器的非線性補償 209

9.4.1 非線性補償環節特性的獲取

方法 210

9.4.2 非線性補償環節的實現方法 210

本章小結 213

思考題與習題 214

第10章 傳感器的綜合應用 215

10.1 傳感器在家用電器中的應用 215

10.1.1 洗衣機中所用的傳感器 215

10.1.2 控制燃燒過程的傳感器 220

10.1.3 小型家電中的傳感器 221

10.2 傳感器在汽車工業中的應用 221

10.2.1 曲軸轉角及轉速傳感器 222

10.2.2 車速傳感器 223

10.2.3 液位傳感器 224

10.2.4 空氣流量傳感器 225

10.2.5 溫度傳感器 226

10.2.6 汽車用壓力傳感器 227

10.2.7 爆燃傳感器 228

10.3 傳感器在機器人中的應用 229

10.3.1 機器人傳感器的分類 229

10.3.2 常用的機器人傳感器 230

10.3.3 機器人傳感器的應用 236

本章小結 237

思考題與習題 238

第11章 工業傳感器的綜合實訓 239

11.1 小車模型運動控制實訓 239

11.2 溫濕度監控報警系統 251

11.3 水塔水位模型控制系統 259

本章小結 266

第12章 單元實訓指導 267

12.1 液體點滴速度監控裝置 267

12.2 自動抽水系統 270

12.3 電風扇溫控開關電路 272

12.4 簡易數字式血壓計 273

本章小結 274

思考題與習題 274

附錄 275

附錄1 幾種常用傳感器性能比較 275

附錄2 工業熱電阻分度表 276

附錄3 鎳鉻-鎳矽(鎳鋁)K型熱電偶

分度表 278

附錄4 鉑銠10-鉑熱電偶分度表 280

參考文獻 286