自动检测技术及应用(第3版电气工程自动化类专业全国高等职业教育示范专业规划教材)

本书是教育部高等职业教育示范专业规划教材。主要内容有：检测技术的基本知识；工业、生活等领域常用传感器的基本原理、转换电路及其应用；检测系统信号的处理、变换及抗干扰技术；自动检测技术的综合应用等。本书突出了传感器的应用和制造工艺方面的内容，特别介绍了新技术、新器件在自动检测领域的新应用，具有较强的实用性和可参考性，旨在帮助读者提高理论联系实际的能力。本书可作为高职高专电气自动化类、仪器仪表类、电子技术类、机电技术及数控类、计算机类等专业的教材，也可供生产技术、管理、运行人员及其他工程技术人员参考。

前言 绪论1 第１章检测技术的基本知识5 １１测量的基本概念5 １１１测量5 １１２测量方法5 １１3检测方法的选择原则6 １２测量误差及其分类6 １２１误差的表达方式7 １２２测量误差的分类7 123测量仪表的精确度与分辨率8 １３测量结果的数据分析及其处理10 131测量结果的数据分析10 １３２测量结果的数据处理12 １３３测量系统静态误差的合成14 １４传感器及其基本特性15 １４１传感器的定义及组成15 142传感器的分类16 143传感器的基本特性16 144传感器的技术指标19 １５传感器中的弹性敏感元件20 151弹性敏感元件的基本特性20 152弹性敏感元件的形式及应用 范围21 复习思考题25 第２章电阻式传感器及其应用26 ２１电阻应变片式传感器26 211电阻应变片的结构和粘贴26 212电阻应变片的工作原理30 213测量转换电路31 214应用34 ２２电位器式传感器38 221工作原理及特点38 222结构及测量转换电路38 223电位器式电阻传感器应用举例39 ２３测温热电阻式传感器40 231热电阻的工作原理40 232热电阻材料及其结构41 233常用的热电阻42 234热电阻应用——热电阻式 流量计43 ２４其他电阻式传感器44 241热敏电阻式传感器44 242湿敏电阻式传感器46 243气敏电阻式传感器48 复习思考题51 第３章电感式传感器及其应用52 ３１自感式传感器52 ３１１工作原理52 ３１２自感式电感传感器的转换电路56 ３１３应用58 ３２差动变压器式传感器60 ３２１工作原理60 ３２２主要性能61 ３２３测量电路63 ３２４应用64 ３３电涡流式传感器66 ３３１电涡流式传感器的基本结构与 工作原理66 ３３２转换电路69 ３３３应用71 复习思考题75 第４章电容式传感器及其应用76 ４１电容式传感器的工作原理及其结构 形式76 411变面积（A）式电容传感器76 412变极距（d）式电容传感器77 413变介电常数（ε）式电容 传感器78 414差动电容传感器80 ４２电容式传感器的测量转换电路80 421电桥电路81 422调频电路81 423差动脉冲调宽电路82 424运算放大器式电路84 425二极管T型网络84 426使用转换电路的注意事项85 ４３电容式传感器的应用85 自动检测技术及应用第3版目录431电容传感器的优缺点85 432电容式传感器的设计改善措施86 433应用实例88 复习思考题90 第５章热电偶传感器及其应用91 ５１热电偶传感器的工作原理91 ５１１工作原理91 ５１２热电偶定律93 ５２热电偶的种类和结构95 ５２１热电偶的结构95 ５２２热电偶的种类96 ５２３常用热电偶简介及镍铬-镍硅 热电偶分度表97 ５３热电偶的冷端补偿和测温电路98 ５３１热电偶的冷端补偿98 ５３２热电偶的测温电路99 ５４热电偶的应用及其配套仪表102 ５４１伺服式温度表102 ５４２动圈仪表103 ５４３数字式温度表104 ５４４热电偶用于金属表面温度 的测量104 ５４５热电偶用于管道内温度的 测量104 复习思考题105 第６章光电传感器及其应用106 ６１光电效应及光电元器件106 ６１１光电效应及分类106 ６１２光电元器件、特性及基本 测量电路106 ６２光电开关及光电断续器117 ６２１光电开关117 ６２２光电断续器118 ６３电荷耦合器件118 ６３１感光原理119 ６３2电荷传输原理119 ６４光电式传感器的应用120 ６４１模拟式光电传感器121 642脉冲式光电传感器124 ６５热释电元件及红外人体检测125 ６５１热释电效应及传感器结构126 ６５２用于人体探测的热释电传 感器126 复习思考题127 第７章霍尔传感器及其应用128 ７１霍尔元件的结构及其工作原理128 711霍尔效应的工作原理128 712霍尔元件的结构129 ７２霍尔元件的特性参数及其误差129 721霍尔元件的主要特性参数129 722霍尔元件的误差130 ７３霍尔集成电路131 731霍尔元件的常用电路131 732常用霍尔集成电路132 ７４霍尔传感器的应用134 741磁场测量135 742霍尔压力传感器135 743霍尔电流传感器135 744霍尔传感器用于角度检测136 745转速测量137 746霍尔开关按键137 747霍尔无刷电动机138 748用霍尔集成传感器进行无 触头照明控制138 749霍尔式无触头汽车电子 点火装置139 复习思考题140 第８章数字式传感器及其应用141 ８１码盘式传感器141 811增量式编码器141 812绝对式编码器143 813光电编码器的测量方法145 ８２光栅传感器146 821光栅的结构与类型146 822基本工作原理147 823辨向及细分149 824光栅传感器的应用151 ８３磁栅传感器152 831磁栅结构及工作原理152 832信号处理方式153 833磁栅传感器的应用154 ８４感应同步器156 841种类和结构156 842工作原理157 843感应同步器的信号处理 方式158 844感应同步器数显表及其 应用160 复习思考题162 第９章其他类型传感器及其应用163 ９１压电式传感器163 ９１１压电效应163 ９１２压电材料165 ９１３测量电路166 ９１４应用167 ９２超声波传感器170 ９２１超声波及其物理性质170 ９２２超声波的特点及应用172 ９3光纤传感器179 931光纤的基本概念179 932光纤传感器的应用181 复习思考题183 第１０章汽车中常用传感器及其 应用184 １０１转速传感器184 1011电磁式转速传感器184 1012脉冲信号式转速传感器185 1013车速传感器187 １０２液位传感器189 1021浮子笛簧开关式液位传感器189 1022热敏电阻式液位传感器191 1023可变电阻式液位传感器191 1024电极式液位传感器191 １０３氧量传感器192 1031氧量传感器在三元系统中的 作用193 1032二氧化锆型氧量传感器193 1033二氧化钛型氧量传感器195 1034氧量传感器的检测195 １０4空气流量传感器196 1041叶片式空气流量传感器196 1042卡门涡旋式空气流量传感器198 1043热线式空气流量传感器200 １０5安全气囊系统及碰撞传感器202 1051碰撞传感器202 1052气体发生器204 1053SRS气囊组件205 复习思考题206 第１１章信号的处理、变换及 抗干扰技术207 １１１信号的处理与变换207 1111电桥电路207 1112模拟开关208 1113放大器210 1114信号转换电路211 1115线性化213 １１２抗干扰技术215 1121电子测量装置的两种干扰215 1122屏蔽技术216 1123接地技术218 1124滤波技术221 1125光电耦合技术223 复习思考题224 第１2章自动检测技术的综合 应用225 １2１传感器的选用原则225 12１１传感器的选择要求225 1212选用传感器的原则225 １2２自动检测系统的智能化227 12２１智能化的基本概念227 12２２单片微机的选择227 12２３智能化传感器227 １23综合应用举例228 12３１传感器在汽轮机叶根槽 数控铣床中的应用228 12３２传感器在陶瓷隧道窑温度、压力 检测控制系统中的应用231 12３３传感器在模糊控制洗衣机 中的应用233 复习思考题234 附录235 附录A测量的基准、标准和单位制 简介235 附录B几种常用传感器的性能比较236 附录C工业热电阻分度表237 附录D镍铬—镍硅热电偶分度表（自由端 温度为０℃）238 附录E常用的光敏电阻的规格、 型号及参数240 附录F硅光电池2CR型特性参数241 参考文献242

本教材是根据高职高专电类专业的教学基本要求及教育部启动的“高等学校教育质量与教学改革工程”的精神编写的，充分体现了“以淡化理论，必需、够用为度，培养技能，重在运用，能力为本位”原则的指导思想，突出实际应用，注重实践，适用于社会要求培养的人才具有“创造性、实用性”的需要，符合机械装配制造业企业的需求。本教材力图使高职高专电类专业学生在学完本课程后,能获得具有从事生产一线的技术和运行人员所必须掌握的自动检测技术、传感器和抗干扰技术等方面的基本知识和基本应用技能。 针对本教材第1版和第2版在教学中的使用情况及学生在生产实际应用中所遇到问题的信息反馈，为此对本教材进行了必要的修改、充实和提高。适当删减了一些陈旧、过时的内容，增强并提高对生产实际技术的应用能力，更加强化应用技能的培养。修订中继续保持精选的内容，力求结合生产实际，突出能力的培养，尽可能地做到通俗易懂、方便自学。本次修订是在第2版的基础上重点对第3章、第6章、第7章、第9章和第10章的知识进行了重组及修改，同时也对其他章节进行部分修订。 本教材着重于介绍常用传感器的工作原理，测量转换电路及其应用。在取材方面，既考虑了检测技术日新月异的发展趋势，也考虑到高职高专教育对象的实际基础水平，既有深度又有广度。因而，本教材主要的着眼点在于结合实际来提高高职高专学生的工艺知识水平和解决实际问题的能力，压缩了大量的理论推导，重在突出高职高专教育教学的适用性及生产实际的实用性。 本教材总学时为50学时左右（包括实验），主要作为高职高专学校自动化类、仪器仪表类、电子技术类、机电技术类等电类专业的用书。教材中各章具有一定的独立性，其他有关专业（如计算机、数控、汽车类等专业）可根据需要选用不同的章节，也可供有关从事检测、控制技术等工程技术人员参考。 全书共分12章。第1章较详细介绍了检测技术的基本知识；第2~10章按工作原理分类介绍各种类型传感器的基本原理、转换电路及其典型应用；第11章介绍了检测系统信号的处理、变换及抗干扰技术；第12章为自动检测技术的综合应用。 本教材由安徽机电职业技术学院武昌俊担任主编、负责统稿，并编写了绪论、第1、2章及附录。山西机电职业技术学院张广红任副主编并编写第4、5章；安徽机电职业技术学院黄鹏任副主编并编写第9、10章和全教材电子课件的制作；安徽机电职业技术学院鲁业安编写了第6、8章；安徽机电职业技术学院刘瑞编写了第3、7章和全书复习思考题的解答及参考试卷；陕西工业职业技术学院尚冬梅编写了第11、12章。全书承蒙安徽职业技术学院程周副教授担任主审。主审以高度负责的态度审阅全文，提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢！ 本教材在编写过程中，得到安徽机电职业技术学院领导的亲切关怀和指导，电气工程系老师提出许多宝贵的修改意见；安徽机电职业技术学院孙晗同志为全书的文字录入、插图处理和编辑做了大量的工作；编写中参考和应用了许多专家、学者的著作。编者在此一并表示衷心的感谢！ 由于传感器技术发展较快，而且自动检测技术涉及的知识面非常广泛，也由于作者的水平有限，在接触领域和理解上又有一定局限性，因此，在内容选择和安排上，不免会存在遗漏和不妥之处，诚请读者批评指正。 编者