自動檢測與轉換技術（簡體書）

本書對傳感器的基本原理、結構、性能、用途及基本測量電路進行了介紹。本書共分12章。主要內容有：傳感器技術的基礎知識；一些常用物理量的檢測，包括溫度、壓力、流量、物位、厚度、位移、速度、磁場、氣體成分等的檢測；抗干擾技術；傳感器實訓；傳感器的應用。每章後都附有一定量的思考題與習題，同時，設置了“知識拓展”，掃描每章後的二維碼可查看相應內容。
本書可作為電氣工程與自動化、機械設計製造及生產過程自動化、電子信息工程等專業的教材，也可供其他專業學生和有關技術人員參考，或作為自學用書。

沈潔，天津輕工職業技術學院新能源發展中心主任，控制工程碩士學位，副教授。天津輕工職業技術學院光伏發電技術及應用專業教研室主任，2011-2013及2015年，四次指導學生參加全國職業技能大賽均獲一等獎；2012-2013年，連續兩次參加機械行執委教師技能大賽均獲一等獎；2015年天津市師德先進個人。多次參與企業光伏電站建設工作，先任教課程光伏發電系統安裝於調試、應用光伏技術、現場總線技術等。

第1章傳感器技術基礎1 1.1認識身邊的傳感器1 1.1.1自動檢測與傳感器1 1.1.2傳感器的組成2 1.1.3傳感器的分類2 1.2測量的基本方法3 1.2.1直接測量3 1.2.2間接測量3 1.2.3組合測量3 1.3測量誤差的來源及分類4 1.3.1測量誤差的表示方法4 1.3.2測量誤差的來源4 1.3.3測量誤差的分類4 1.4傳感器的基本特性5 1.4.1靜態特性5 1.4.2動態特性6 第2章常用溫度傳感器7 2.1溫標及溫度測量方法7 2.1.1溫度的概念7 2.1.2經驗溫標7 2.1.3熱力學溫標8 2.1.4國際實用溫標8 2.2熱膨脹式溫度傳感器的原理及應用8 2.2.1固體膨脹式溫度計――雙金屬溫度計9 2.2.2氣體、液體膨脹式溫度計――壓力式溫度計12 2.3熱電阻溫度傳感器的原理及應用13 2.3.1熱電阻溫度傳感器的原理13 2.3.2熱電阻溫度傳感器的應用14 2.3.3熱電阻溫度計的選用16 2.4熱敏電阻傳感器的原理及應用19 2.4.1熱敏電阻傳感器的原理19 2.4.2熱敏電阻傳感器的應用20 2.4.3熱敏電阻溫度計的選用22 2.5熱電偶溫度傳感器的原理及應用26 2.5.1熱電偶傳感器的原理26 2.5.2熱電偶傳感器的應用28 2.5.3熱電偶溫度傳感器的選用29 第3章壓力及力檢測33 3.1壓力的概念及單位33 3.1.1壓力的概念33 3.1.2壓力的單位34 3.1.3壓力錶35 3.1.4壓力錶的分類35 3.2應變式傳感器的原理及應用36 3.2.1應變式傳感器的特點36 3.2.2應變片的工作原理36 3.2.3電阻應變片的分類38 3.2.4應變片的選用及型號命名規則40 3.2.5應變片的溫度誤差及補償42 3.2.6測量轉換電路43 3.2.7應變式壓力傳感器46 3.2.8應變式容器內液體重量傳感器49 3.3壓電壓力傳感器的原理及應用51 3.3.1壓電壓力傳感器的應用51 3.3.2壓電壓力傳感器的原理52 3.3.3壓電元件54 3.3.4壓電傳感器中壓電片的連接方式54 3.3.5壓電式壓力傳感器55 3.3.6壓電材料的常規應用55 3.3.7新型壓電材料的應用57 3.4壓磁式傳感器的原理及應用58 3.4.1壓磁效應58 3.4.2壓磁式傳感器的工作原理59 3.4.3壓磁元件60 3.4.4激勵安匝數的選擇60 3.4.5壓磁式傳感器的分類61 3.5電容式壓力及力傳感器61 3.5.1電容式傳感器的工作原理61 3.5.2電容式傳感器的優點和缺點65 3.5.3電容式傳感器67 3.6霍爾式壓力計69 3.6.1霍爾效應69 3.6.2霍爾元件及結構70 3.6.3霍爾元件的基本電路及主要參數70 3.6.4霍爾型傳感器的應用72 3.7壓力檢測儀錶的選擇與校驗75 第4章流量檢測77 4.1流量測量77 4.1.1流量的表示方法78 4.1.2流量的主要測量方法78 4.2差壓式流量計的原理與安裝79 4.2.1節流裝置的工作原理79 4.2.2取壓方式80 4.2.3節流裝置的安裝要求81 4.3容積式流量計82 4.3.1橢圓齒輪流量計82 4.3.2腰輪流量計82 4.3.3刮板式流量計83 4.4速度式流量計83 4.4.1葉輪流量計83 4.4.2渦輪流量計83 4.5振動式流量計84 4.5.1渦街流量計結構與工作原理84 4.5.2渦街流量計特點85 4.6電磁式流量計85 4.6.1電磁流量計的結構及原理85 4.6.2電磁流量計的特點86 4.6.3電磁流量計誤差產生的原因86 4.7質量流量計87 4.7.1間接式質量流量計87 4.7.2直接式質量流量計88 4.8流量計的選擇與應用88 4.8.1各種流量計的優缺點比較88 4.8.2流量計的選型原則89 第5章物位及厚度檢測90 5.1浮力式物位檢測的原理及應用90 5.1.1恒浮力式物位檢測90 5.1.2變浮力式物位檢測91 5.2靜壓式物位檢測的原理及應用92 5.2.1壓力式液位計92 5.2.2差壓式液位計93 5.2.3量程遷移94 5.3電容式物位檢測的原理及應用95 5.3.1電容式物位計的原理95 5.3.2電容式物位計的分類96 5.3.3電容式物位計的應用97 5.4超聲波物位檢測的原理及應用98 5.4.1超聲波檢測的原理98 5.4.2超聲波傳感器100 5.4.3超聲波傳感器的應用102 5.5電渦流厚度檢測的原理及應用106 5.5.1電渦流傳感器的原理106 5.5.2電渦流傳感器測量電路108 5.5.3電渦流傳感器厚度檢測的應用109 第6章位移傳感器111 6.1電感式傳感器的原理及應用111 6.1.1電感傳感器的工作原理及分類112 6.1.2電感式傳感器的應用114 6.1.3選用電感式傳感器115 6.2電位器式傳感器的原理及應用116 6.2.1電位器式傳感器的工作原理及結構116 6.2.2電位器式傳感器的應用118 6.2.3電位器式位移傳感器的選用118 6.3感應同步器的原理及應用119 6.3.1感應同步器的工作原理及結構120 6.3.2感應同步器的應用122 6.3.3感應同步器的選用123 6.4光柵位移測試的原理及應用124 6.4.1光柵位移傳感器的工作原理及結構124 6.4.2光柵位移傳感器的應用126 6.4.3光柵位移傳感器的選用126 6.5碼盤式傳感器的原理及應用127 6.5.1光電碼盤式傳感器的工作原理及結構127 6.5.2光電碼盤式傳感器的應用128 6.5.3光電碼盤式傳感器的選用129 第7章速度及加速度檢測131 7.1磁電感應式速度傳感器131 7.1.1磁電式傳感器的變換原理131 7.1.2磁電式傳感器的分類132 7.1.3磁電式傳感器的結構133 7.2光電式轉速計134 7.2.1直射式光電轉速計134 7.2.2反射式光電轉速計134 7.3測速發電機135 7.3.1直流測速發電機136 7.3.2交流測速發電機137 7.4光束切斷法138 7.5多普勒測速139 7.6電磁脈衝式轉速計139 7.7加速度傳感器140 7.7.1壓電式加速度傳感器140 7.7.2電阻應變式加速度傳感器141 7.7.3電容式加速度傳感器141 第8章光電檢測144 8.1光電效應及光電器件144 8.1.1外光電效應及器件144 8.1.2內光電效應及器件146 8.2光電耦合器件152 8.2.1光電耦合器件的結構和原理152 8.2.2光電耦合器的組合形式152 8.3光電開關152 8.4CCD與數碼相機154 8.4.1CCD技術154 8.4.2互補性氧化金屬半導體155 8.4.3數碼相機的特點與組成156 第9章磁場及氣體成分參數檢測158 9.1磁場檢測方法158 9.1.1磁敏電阻傳感器原理158 9.1.2電磁感應法測量磁場160 9.1.3磁通門磁強計測量磁場163 9.1.4霍爾效應磁強計測量磁場164 9.1.5核磁共振法測量磁場164 9.2氣體成分檢測傳感器的原理及應用164 9.2.1氣敏傳感器的分類164 9.2.2電阻式半導體氣敏傳感器165 9.2.3非電阻式半導體氣敏傳感器167 9.2.4氣敏傳感器的應用167 9.3濕度檢測傳感器的原理及應用169 9.3.1濕度的定義170 9.3.2電阻式濕度傳感器170 9.3.3濕敏傳感器的應用173 第10章抗幹擾技術176 10.1幹擾的類型及產生176 10.1.1電磁幹擾176 10.1.2機械幹擾177 10.1.3幹擾的產生177 10.2常用的抗幹擾技術178 10.2.1屏蔽技術178 10.2.2接地技術179 10.2.3浮置180 10.3其他抑制幹擾措施180 10.3.1隔離180 10.3.2濾波181 10.3.3平衡電路182 10.3.4軟件抗幹擾設計182 第11章傳感器實訓184 11.1溫度傳感器實訓――恒溫控制器184 11.1.1電路分析184 11.1.2技能訓練187 11.2壓阻式壓力傳感器實訓――數字電子秤188 11.2.1電路分析188 11.2.2技能訓練189 11.3霍爾測速傳感器實訓190 11.3.1電路分析190 11.3.2元件介紹190 11.3.3基本工作原理195 11.3.4技能訓練196 11.4光電傳感器實訓――聲光控延遲節能燈196 11.4.1電路分析196 11.4.2技能訓練199 11.5簡易超聲距離傳感器的製作201 11.5.1基本原理201 11.5.2單片機超聲波測距系統硬件組成201 11.5.3單片機超聲波測距系統軟件設計流程204 11.5.4元件清單204 第12章傳感器的應用205 12.1傳感器在工業檢測和自動控制系統中的應用205 12.1.1工業檢測和自動控制系統的發展趨勢205 12.1.2傳感器在工業檢測和自動控制系統的應用分類206 12.1.3工業檢測和自動控制系統中傳感器應用案例207 12.2傳感器在汽車中的應用212 12.2.1概述212 12.2.2傳感器在發動機控制系統的應用213 12.2.3傳感器在底盤控制系統的應用216 12.2.4傳感器在車身控制系統的應用219 12.3傳感器在機器人中的應用219 12.3.1概述219 12.3.2機器人常見的分類220 12.3.3機器人傳感器222 12.4傳感器在生活電器中的應用226 12.4.1概述226 12.4.2傳感器在生活電器中的應用分類226 12.4.3家用電器中傳感器應用案例227 12.5傳感器在航空航天中的應用230 12.5.1概述230 12.5.2各種傳感器在航空航天中的應用230 12.6傳感器在環境監測中的應用233 12.6.1大氣環境監測傳感器233 12.6.2對生物需氧量（BOD）的監測234 12.6.3在土壤污染環境監測中的應用236 參考文獻238