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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