傳感器檢測技術與儀表

第1章緒論1 引言1 1.1傳感器的組成及分類1 1.1.1傳感器簡介1 1.1.2傳感器的組成2 1.1.3傳感器的分類2 1.1.4傳感器的作用與地位3 1.2傳感器的基本特性3 1.2.1傳感器靜(態(tài))特性4 1.2.2傳感器動(態(tài))特性6 1.3傳感器技術發(fā)展趨勢12 1.4變送器13 1.4.1變送器的概念13 1.4.2變送器的分類14 1.4.3變送器的構成14 1.4.4變送器的技術指標15 1.5傳感器的標定15 1.5.1靜態(tài)特性標定15 1.5.2動態(tài)特性標定16 1.6生產生活中的傳感器應用實例17 小結17 習題18 第2章檢測技術基本知識19 引言19 2.1概述19 2.1.1檢測的定義19 2.1.2檢測技術20 2.1.3檢測過程20 2.1.4檢測技術作用20 2.2檢測系統(tǒng)的基本構成與分類20 2.2.1檢測系統(tǒng)的基本構成20 2.2.2檢測系統(tǒng)的分類21 2.2.3檢測系統(tǒng)實例23 2.3檢測方法24 2.4常用檢測與轉換電路25 2.4.1電橋25 2.4.2放大器29 2.4.3濾波器32 2.4.4V/F變換34 2.4.5V/I變換34 2.4.6調頻電路36 2.4.7脈沖調寬型電路37 2.4.8相敏檢波電路38 2.5誤差分析及數(shù)據(jù)處理基礎40 2.5.1誤差的基本概念40 2.5.2誤差的分類及來源41 2.5.3精密度、準確度、精確度45 2.5.4粗大誤差、系統(tǒng)誤差和隨機誤差的處理46 2.5.5多次測量結果的表達51 2.5.6測量誤差的合成53 2.5.7測量誤差的分配54 2.5.8有效數(shù)字54 2.5.9數(shù)據(jù)處理實例55 小結57 習題57 第3章溫度檢測58 引言58 3.1溫度檢測的基本知識58 3.1.1溫標59 3.1.2溫度測量儀表的分類60 3.2膨脹式溫度計61 3.2.1玻璃溫度計61 3.2.2壓力溫度計61 3.2.3雙金屬溫度計62 3.3熱電偶溫度計63 3.3.1測溫原理63 3.3.2基本定律65 3.3.3熱電偶結構66 3.3.4熱電偶材料66 3.3.5熱電偶冷端溫度的處理方法67 3.4熱電阻溫度計71 3.5熱電阻材料與結構72 3.5.1熱電阻材料72 3.5.2熱電阻結構75 3.5.3熱電阻阻值測量76 3.6輻射式溫度計77 3.6.1測溫原理78 3.6.2光學高溫計及光電高溫計80 3.6.3全輻射高溫計83 3.6.4比色溫度計85 3.6.5紅外測溫儀86 3.7新型溫度傳感器88 3.7.1半導體PN結型溫度傳感器88 3.7.2集成溫度傳感器89 3.8溫度傳感器工程應用實例91 3.8.1雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應用91 3.8.2溫度傳感器在汽車中的應用92 小結93 習題93 第4章壓力傳感器95 引言95 4.1壓力的基本概念95 4.2壓力傳感器的分類、選型與發(fā)展96 4.2.1壓力傳感器分類97 4.2.2壓力傳感器選型97 4.2.3壓力傳感器的誤差與標定99 4.2.4壓力傳感器接線方式100 4.2.5壓力傳感器的發(fā)展及應用領域100 4.3應變式壓力計101 4.3.1電阻應變片式壓力傳感器101 4.3.2半導體壓阻式壓力傳感器110 4.3.3硅-藍寶石式壓力傳感器115 4.3.4陶瓷壓力傳感器115 4.4電容式壓力傳感器116 4.5電感式壓力傳感器122 4.5.1變間隙型電感式壓力傳感器122 4.5.2變面積型電感式壓力傳感器122 4.5.3螺管型電感式壓力傳感器122 4.5.4差動型電感式壓力傳感器123 4.6壓磁式壓力傳感器124 4.6.1壓磁效應124 4.6.2壓磁元件124 4.6.3壓磁式壓力傳感器測量原理125 4.6.4壓磁式壓力傳感器的應用126 4.7電勢輸出式壓力傳感器127 4.7.1壓電式壓力傳感器127 4.7.2磁電式壓力傳感器131 4.7.3霍爾式壓力傳感器132 4.8諧振式壓力傳感器136 4.8.1石英晶體諧振式壓力傳感器136 4.8.2微機械氮化硅諧振梁壓力傳感器138 4.9重載型壓力傳感器139 4.10壓力傳感器工程應用實例139 4.10.1電子秤139 4.10.2汽車衡140 小結141 習題141 第5章流量傳感器142 引言142 5.1流量測量的基本概念142 5.1.1流量的定義142 5.1.2流量測量中的基本參數(shù)143 5.1.3流量測量的方法145 5.1.4常見流量計的分類及特點145 5.2容積式流量計146 5.2.1容積式流量計的工作原理147 5.2.2常見的容積式流量計147 5.2.3容積式流量計的特點及使用注意事項149 5.3速度式流量計150 5.3.1渦輪流量計150 5.3.2渦街流量計151 5.3.3電磁流量計155 5.3.4超聲波流量計156 5.4差壓式流量計158 5.4.1兩個流動的基本方程158 5.4.2節(jié)流式流量計159 5.4.3浮子式流量計164 5.5質量流量計166 5.5.1科里奧利質量流量計166 5.5.2熱式質量流量計168 5.6流量傳感器工程應用實例168 5.6.1電磁流量計在污水處理中的應用168 5.6.2超聲波流量計在煤氣計量中的應用169 小結169 習題170 第6章物位、厚度傳感器171 引言171 6.1物位檢測方法171 6.2差壓式液位計172 6.2.1差壓式液位計的工作原理173 6.2.2液位差壓轉換裝置173 6.2.3差壓式液位計的應用174 6.2.4差壓式液位計的特點178 6.3超聲波式物位計178 6.3.1超聲波式物位計的工作原理178 6.3.2超聲波式物位計的特點179 6.3.3超聲波式物位計的應用問題180 6.4射頻導納式液位計180 6.4.1電容式物位計的工作原理及應用181 6.4.2射頻導納式液位計的工作原理及應用182 6.5射線式物位計183 6.5.1射線式物位計的工作原理183 6.5.2放射性物位計的特點184 6.5.3應用問題184 6.6直讀式水位計186 6.6.1云母水位計186 6.6.2電接點水位計187 6.7浮力式液位計188 6.7.1恒浮力式液位計188 6.7.2變浮力式液位計189 6.8物位檢測儀表的選用190 6.9厚度檢測191 小結194 習題195 第7章成分分析傳感器196 引言196 7.1氣體成分檢測196 7.1.1熱導式檢測技術196 7.1.2熱磁式檢測技術199 7.1.3紅外線式檢測技術200 7.2水分和濕度檢測202 7.2.1水分和濕度的定義及表示方法202 7.2.2固體濕度的電測法203 7.2.3氣體濕度的電測法204 7.3密度和濃度檢測205 7.3.1密度的電測法205 7.3.2濃度的電測法206 7.4成分分析傳感器工程應用實例208 小結210 習題210 第8章光電式傳感器211 引言211 8.1光譜211 8.2光電器件213 8.2.1光敏電阻器213 8.2.2光電池217 8.2.3光電二極管220 8.2.4光電三極管223 8.2.5光電式傳感器的應用226 8.3電荷耦合器件229 8.3.1CCD的基本原理229 8.3.2CCD的特性參數(shù)233 8.3.3CCD攝像器件的類型234 8.3.4CCD的應用235 8.4光柵式傳感器236 8.4.1光柵的結構及分類236 8.4.2光柵式傳感器的工作原理236 8.5光電式傳感器工程應用實例238 小結239 習題240 第9章運動參數(shù)檢測傳感器241 引言241 9.1位置檢測241 9.1.1開關類傳感器類型241 9.1.2霍爾開關傳感器244 9.1.3電感式接近開關244 9.1.4光電開關246 9.1.5電容式接近開關248 9.2位移檢測249 9.2.1電感式位移測量249 9.2.2差動變壓器位移計253 9.2.3光柵位移測量255 9.3磁電感應式速度測量256 9.3.1磁電感應式傳感器的工作原理256 9.3.2磁電感應式傳感器的測量電路257 9.4電磁脈沖式速度測量257 9.5應變式加速度計258 9.6雷達測速儀259 9.6.1雷達原理259 9.6.2雷達測速儀簡介260 9.7光纖測速261 9.7.1光纖元件261 9.7.2光纖測速儀265 小結266 習題266 第10章顯示與記錄儀表267 引言267 10.1顯示儀表267 10.1.1模擬式指示儀表268 10.1.2數(shù)字式顯示儀表270 10.2記錄儀表272 10.2.1直接驅動式記錄儀表273 10.2.2自動平衡式記錄儀表275 10.2.3混合式記錄儀表277 10.3顯示儀表與記錄儀表的發(fā)展278 小結281 習題281 第11章抗干擾技術282 引言282 11.1干擾的來源及分類282 11.1.1干擾與噪聲 282 11.1.2干擾的分類282 11.1.3干擾的傳導模式283 11.1.4干擾噪聲的耦合方式284 11.1.5形成干擾的三個要素285 11.2抑制電磁干擾的基本方法和措施285 11.2.1基本方法285 11.2.2基本措施286 11.3自動測試及檢測系統(tǒng)的抗干擾技術291 11.3.1硬件抗干擾技術291 11.3.2軟件抗干擾技術293 小結298 習題298 第12章現(xiàn)代檢測技術299 引言299 12.1檢測技術的自動化299 12.1.1自動檢測系統(tǒng)的構成299 12.1.2自動檢測系統(tǒng)的工作模式301 12.1.3現(xiàn)代自動檢測系統(tǒng)的關鍵技術302 12.1.4現(xiàn)代自動檢測技術的發(fā)展歷程302 12.1.5現(xiàn)代自動檢測技術的發(fā)展趨勢305 12.2虛擬儀器技術306 12.2.1虛擬儀器306 12.2.2DAQ虛擬儀器307 12.2.3GPIB虛擬儀器309 12.2.4VXI虛擬儀器310 12.2.5PXI虛擬儀器313 12.2.6虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境313 12.2.7網(wǎng)絡功能與通信316 12.3無損檢測技術316 12.3.1超聲檢測317 12.3.2磁粉檢測318 12.4智能傳感器技術320 12.4.1智能傳感器的功能和構成320 12.4.2傳感器的智能化 321 12.5傳感器網(wǎng)絡技術324 小結326 習題326 附錄A熱電偶與熱電阻的分度表327 參考文獻332