传感器原理与检测技术(第2版普通高等教育十二五电气信息类规划教材)

本书本着从基础性、实用性出发的原则。对传感器的基本原理、结构、性能、用途及基本测量电路进行了介绍，给出了详细的物理概念、基本规律必要的、简明的数学推导，并结合传感器的应用实例进行讲解，引导读者学习提高传感器的应用技术。主要介绍了三个方面的内容。一是基于物理学科的几类常用传感器；二是传感器的检测技术和检测电路以及信号变换，三是，由于汽车工业的飞跃发展，介绍了汽车常用传感器的原理、结构和维修。

目录 前言 第1章传感器的一般特性1 11传感器的静态特性1 111线性度(非线性误差)2 112灵敏度3 113精度3 114最小检测量和分辨率4 115迟滞4 116重复性4 117零点漂移4 118温漂5 12传感器的动态特性5 121动态特性的一般数学模型5 122传递函数7 123传感器的动态响应及其动态 特性指标8 思考题与习题10 第2章电阻应变式传感器12 21电阻应变式传感器的工作原理12 22电阻应变片的工作原理12 221金属的应变效应12 222电阻应变片的结构和工作 原理12 223电阻应变片的横向效应15 23电阻应变片的种类、材料和参数15 231电阻应变片的种类15 232电阻应变片的材料16 233应变片的主要参数17 24粘合剂和应变片的粘贴技术18 241粘合剂18 242应变片粘贴工艺19 25电阻应变式传感器的温度误差及 其补偿21 251温度误差及其产生原因21 252温度补偿方法22 26电阻应变式传感器的信号调节电路 及电阻应变仪23 261测量电桥的工作原理23 262电阻应变仪27 27电阻应变式传感器28 271电阻应变式力传感器28 272应变式传感器的应用31 思考题与习题32 第3章电容式传感器33 31电容式传感器的工作原理及结构 形式33 311变间隙型电容式传感器34 312变面积型电容式传感器35 313变介电常数型电容式传 感器36 32电容式传感器的等效电路36 33电容式传感器的信号调节电路37 331运算放大器式电路37 332电桥测量电路38 333调频电路38 334谐振电路39 335二极管T形网络39 336脉冲宽度调制电路40 34电容式传感器的应用42 341电容式压力传感器42 342电容式加速度传感器42 343电容式测厚仪43 思考题与习题43 第4章电感式传感器45 41电感式传感器的基本原理45 411电感与基于电磁参量的 关系46 412电感式传感器的分类46 42变气隙型电感式传感器47 421简单的变气隙型电感式 传感器47 422变气隙型差动电感式传感器48 423变气隙型差动变压器式 传感器49 424变截面型差动电感式传感器 和变截面型差动变压器式传 感器50 425小气隙电感式传感器与小气隙 电容式传感器的比较51 43螺线管电感式传感器52 431理想的螺线管52 432有限长度的单层螺线管52 433有限长径比的多层线圈53 434空心线圈的电感54 435简单的螺线管电感式传感器54 436差动螺线管传感器55 437螺线管差动变压器56 44电涡流传感器57 441概述57 442电涡流的形成及等效电路57 45电感式传感器的测量电路59 451交流电桥的调零(预平衡) 问题59 452交流差动工作电桥的灵敏度 分析60 453交流电桥中的相敏检波问题63 思考题与习题63 第5章压电式传感器65 51压电效应65 511石英晶体的压电效应65 512压电陶瓷的压电效应68 52压电材料70 521石英晶体70 522压电陶瓷71 53压电式传感器的等效电路和测量 电路72 531等效电路72 532测量电路73 54压电式传感器的应用77 541压电式加速度传感器77 542压电式压力传感器80 543压电式流量计80 思考题与习题81 第6章热电式传感器82 61热电偶温度传感器82 611热电偶测温原理82 612热电动势的测量82 613热电偶的基本定律83 614热电偶冷端温度误差及其 补偿84 615常用热电偶的特点85 616常用热电偶的应用举例87 62热敏电阻温度传感器87 621热敏电阻的基本类型87 622NTC热敏电阻的基本特性88 623半导体热敏电阻传感器的 组成89 624提高热敏电阻传感器互换性与 线性的方法90 625热敏电阻的应用92 63其他温度传感器93 631磁式温度传感器93 632电容式温度传感器93 思考题与习题94 第7章磁传感器95 71霍尔元件95 711霍尔元件的工作原理95 712霍尔元件的材料及结构96 713霍尔元件的主要特性96 714霍尔元件的补偿电路98 715霍尔元件的特点及应用范围98 72霍尔开关集成传感器98 721霍尔开关集成传感器的结构 及工作原理99 722霍尔开关集成传感器的工作 特性99 723霍尔开关集成传感器的应用100 73霍尔线性集成传感器104 731霍尔线性集成传感器的结构 及工作原理104 732霍尔线性集成传感器的主要 技术特性104 74磁传感器的应用105 741霍尔元件在转速测量上的 应用105 742直流功率测量仪106 743利用霍尔线性集成传感器进行 磁法覆盖层厚度测量106 744霍尔计数装置107 第8章光电式传感器109 81光电效应109 82外光电效应型光电器件111 821光电管及其基本特性111 822光电倍增管及其基本特性112 83内光电效应型光电器件114 831光敏电阻114 832光电池116 833光敏管118 84新型光电式传感器121 841高速光敏二极管121 842色敏光电式传感器122 843光位置传感器123 844光固态图像传感器123 85光电式传感器的应用127 851烟尘浊度监测仪127 852光电转速传感器127 853光电池的应用128 思考题与习题132 第9章光纤传感器133 91光纤传感器的原理133 911强度调制法134 912偏振态调制法137 913相位调制法139 914频率调制法142 92常见光纤传感器143 921偏振式光纤温度传感器143 922反射式光纤位移传感器146 923光纤加速度传感器148 思考题与习题151 第10章传感器的检测电路152 101信号的放大电路152 1011信号源及其等效电路152 1012集成运算放大器153 1013比例放大电路153 1014仪用放大器154 102测量电桥及其放大电路158 1021测量电桥158 1022电桥放大器159 103低漂移直流放大器160 1031单管直流放大器温度漂移 的计算160 1032差动放大器温度漂移的 计算163 1033低漂移放大器电路164 104高输入阻抗放大器172 1041自举反馈型高输入阻抗 放大器173 1042高输入阻抗放大器的计算176 1043高输入阻抗放大器的信号 保护177 1044高输入阻抗放大器的制作 装配工艺178 105低噪声放大电路179 1051噪声的基本知识180 1052噪声电路的计算181 1053信噪比与噪声系数182 第11章汽车传感器184 111汽车传感器概述184 1111传感器184 1112汽车传感器的分类185 1113汽车传感器的性能要求186 1114汽车传感器的发展趋势186 112汽车温度传感器187 1121概述187 1122温度传感器的结构与检修189 1123温度传感器的应用与检修 实例199 113汽车压力传感器207 1131概述207 1132压力传感器的结构与检修208 1133压力传感器的应用与检修 实例216 114汽车其他传感器简介217 1141空气流量传感器217 1142气体浓度传感器218 1143转速传感器219 思考题与习题220 参考文献221

前言传感器技术是应用在自动检测和控制系统中，并对系统运行的各项指标和功能起到重要作用的一门技术。系统的自动化程度越高，对传感器的依赖性就越强。传感器技术所要解决的问题是如何准确可靠地获取控制系统中的各类信息，并结合通信技术和计算机技术完成对信息的传输和处理，最终对系统实现控制。传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础学科，它们分别构成了自动检测控制系统的“感觉器官”“中枢神经”和“大脑”。 传感器技术是研究各门学科的基础。无论哪一门学科、哪一种技术、哪一个被控制对象，没有对原始数据进行科学检测，无论是信息转换、信息处理，还是数据显示，乃至于最终对被控制对象的控制，都将是一句空话。 传感器技术遍布各行各业、各个领域。在航空航天领域，以“阿波罗号”运载火箭为例，检测加速度、声学、温度、压力、流量、速度、应变等参数的传感器共有2000余个，其中在宇宙飞船部分共有各种传感器1000余个。在飞行器研制过程中，对样机使用了各种传感器进行地面和空中测试，以确定符合各项技术性能的指标。在飞行器中，装备了各种检测、显示和控制系统，以反映飞行器的飞行参数和发动机的各项指标参数，提供给驾驶员和控制室去控制和操纵。 在现代工业生产中，自动化生产越来越普遍。仅以机床为例，以前只是测量一些静态或稳态的性能参数，而随着科学技术的进步和加工质量的提高，现在需要测量许多动态性能，如机床床身的振动、轴向和径向位移的变化、刀具的磨损、负载的变化、工件的尺寸等，这些物理量的测量都需要大量的传感器。此外，在机械加工过程中，各种保护措施的实施也是自动完成的，如对人身安全的保护需要利用传感器的自动检测来完成。 传感器在基础学科的研究中具有十分突出的地位。现代科学技术的发展，带领人们进入了许多新领域。例如，观察大到上千光年的茫茫宇宙，小到10-15m的粒子世界；时间长达数十万年的天体演化，短到10-24s的瞬间反应，都离不开传感器技术的广泛应用。此外，在各种尖端技术的研究中，如超高温、超低温、超高压、超低压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等，传感器技术都得到了广泛的应用。显然，要获取人类感官无法获得的这些信息，没有相应的各种传感器是不可能的。因此，传感器技术是许多边缘学科、尖端技术的先驱。可以说，没有传感器与检测技术就没有现代科学技术。 现代计算机的出现给人类文明的发展带来了巨大的影响。计算机信息的获取，主要是依靠传感器检测得到的。传感器将某些信息提取并转换成计算机系统所能够识别的信号，通过计算机进行信息处理，并输出控制信息，从而完成各种控制要求。传感器的发展将使计算机的功能得到更充分的利用，并将促进计算机技术的进一步发展。 本书在编写过程中参考了许多相关的教材、专著及论文，在此向所有作者表示诚挚的谢意！ 由于传感器技术所涉及的内容很广，新产品、新技术不断涌现，书中错漏之处在所难免，敬请使用本书的广大师生和工程技术人员指正。 编者