感測器技術案例教程

《感測器技術案例教程》是2019年12月機械工業出版社出版的圖書，作者是樊尚春。

基本介紹

• 中文名：感測器技術案例教程
• 作者：樊尚春
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2019年12月
• 定價：38 元
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝
• ISBN：9787111635666

內容簡介

本書分13章，介紹感測器的原理及其套用，包括感測器的特性與評估、熱電式感測器、電位器式感測器、應變式感測器、矽壓阻式感測器、電容式感測器、變磁路式感測器、壓電式感測器、諧振式感測器、光纖感測器、微機械感測器，以及智慧型化感測器等。每章都給出了較豐富的套用實例及分析，並配有適量的思考題與習題。 本書可作為普通高校電氣工程、自動化、測控技術與儀器、機械工程等專業本科生的教材，也可供相關專業的師生和有關工程技術人員參考。

圖書目錄

序

前言

第1章緒論1

1.1感測器的作用實例分析1

1.2感測器的分類5

1.2.1按輸出信號的類型分類5

1.2.2按感測器能量源分類5

1.2.3按被測量分類6

1.2.4按工作原理分類6

1.3感測器技術的特點7

1.4感測器技術的發展8

1.4.1新原理、新材料和新工藝的發展8

1.4.2微型化、集成化、多功能和智慧型

化的發展10

1.4.3多感測器融合與網路化的發展11

1.4.4量子感測技術的快速發展12

1.5本書的特點13

思考題與習題13

第2章感測器的特性與評估15

2.1感測器的靜態標定15

2.1.1靜態標定條件15

2.1.2感測器的靜態特性16

2.2感測器的主要靜態性能指標17

2.2.1測量範圍與量程17

2.2.2靜態靈敏度17

2.2.3分辨力與解析度17

2.2.4溫漂18

2.2.5時漂(穩定性)18

2.2.6感測器的測量誤差19

2.2.7線性度19

2.2.8遲滯21

2.2.9非線性遲滯22

2.2.10重複性22

2.2.11綜合誤差23

2.3感測器的動態特性與評估24

2.3.1感測器的動態特性方程24

2.3.2感測器的動態回響及動態

性能指標25

2.3.3感測器的動態標定30

2.3.4感測器的動態模型建立31

2.4感測器靜態特性的計算實例34

2.4.1感測器靈敏度的計算與分析34

2.4.2感測器分辨力與解析度的計算35

2.4.3感測器主要靜態性能指標的計算

與評估35

2.4.4感測器溫度漂移的計算39

2.4.5感測器穩定性的計算39

2.5感測器動態特性計算實例40

2.5.1利用感測器階躍回響建立傳遞

函式40

2.5.2感測器幅頻特性的測試及改進41

思考題與習題43

第3章熱電式感測器46

3.1概述46

3.1.1溫度的概念46

3.1.2溫標46

3.1.3測溫方法與測溫儀器的分類47

3.2熱電阻溫度感測器47

3.2.1金屬熱電阻47

3.2.2半導體熱敏電阻49

3.2.3測溫電橋電路50

3.3熱電偶53

3.3.1熱電效應53

3.3.2熱電偶的工作原理54

3.3.3熱電偶的基本定律54

3.3.4熱電偶的誤差及補償55

3.3.5熱電偶的組成、分類及特點58

3.4半導體溫度感測器59

3.5非接觸式溫度感測器60

3.5.1全輻射式溫度感測器60

3.5.2亮度式溫度感測器60

3.5.3比色式溫度感測器61

3.6溫度感測器的典型實例62

3.6.1典型的測溫電橋電路62

3.6.2基於熱電阻的氣體質量流量

感測器63

思考題與習題64

第4章電位器式感測器66

4.1基本結構與功能66

4.2線繞式電位器的特性67

4.2.1靈敏度67

4.2.2階梯特性和階梯誤差67

4.2.3解析度67

4.3非線性電位器68

4.3.1功用68

4.3.2實現途徑68

4.4電位器的負載特性及負載誤差69

4.4.1負載特性69

4.4.2負載誤差70

4.4.3減小負載誤差的措施71

4.5電位器的結構與材料73

4.5.1電阻絲73

4.5.2電刷73

4.5.3骨架74

4.6電位器式感測器的典型實例74

4.6.1電位器式壓力感測器74

4.6.2電位器式加速度感測器75

思考題與習題76

第5章應變式感測器78

5.1電阻應變片78

5.1.1應變式變換原理78

5.1.2應變片結構及應變效應79

5.1.3電阻應變片的種類80

5.1.4應變片的主要參數81

5.2應變片的溫度誤差及其補償81

5.2.1溫度誤差產生的原因81

5.2.2溫度誤差的補償方法82

5.3電橋電路原理84

5.3.1電橋電路的平衡84

5.3.2電橋電路的不平衡輸出85

5.3.3電橋電路的非線性誤差85

5.3.4四臂受感差動電橋電路的

溫度補償87

5.4應變式感測器的典型實例88

5.4.1應變式力感測器88

5.4.2應變式加速度感測器96

5.4.3應變式壓力感測器97

5.4.4應變式轉矩感測器102

思考題與習題103

第6章矽壓阻式感測器105

6.1矽壓阻式變換原理105

6.1.1半導體材料的壓阻效應105

6.1.2單晶矽的晶向、晶面的表示106

6.1.3壓阻係數107

6.2矽壓阻式感測器的典型實例110

6.2.1矽壓阻式壓力感測器110

6.2.2矽壓阻式加速度感測器115

6.3矽壓阻式感測器溫度漂移的補償118

思考題與習題119

第7章電容式感測器121

7.1電容式敏感元件及特性121

7.1.1電容式敏感元件121

7.1.2變間隙電容式敏感元件121

7.1.3變面積電容式敏感元件122

7.1.4變介電常數電容式敏感元件123

7.1.5電容式敏感元件的等效電路123

7.2電容式變換元件的信號轉換電路124

7.2.1運算放大器式電路124

7.2.2交流不平衡電橋電路124

7.2.3變壓器式電橋電路124

7.2.4二極體電路125

7.2.5差動脈衝調寬電路126

7.3電容式感測器的典型實例127

7.3.1電容式位移感測器127

7.3.2電容式壓力感測器130

7.3.3電容式加速度感測器131

7.4電容式感測器的抗干擾問題131

7.4.1溫度變化對結構穩定性的影響131

7.4.2溫度變化對介質介電常數的

影響132

7.4.3絕緣問題132

7.4.4寄生電容的干擾與防止132

思考題與習題133

第8章變磁路式感測器135

8.1電感式變換原理及其元件135

8.1.1簡單電感式變換元件135

8.1.2差動電感式變換元件137

8.1.3差動變壓器式變換元件138

8.2磁電感應式變換原理140

8.3電渦流式變換原理141

8.3.1電渦流效應141

8.3.2等效電路分析141

8.3.3信號轉換電路142

8.4霍爾效應及元件143

8.4.1霍爾效應143

8.4.2霍爾元件144

8.5變磁路式感測器的典型實例145

8.5.1差動變壓器式加速度感測器145

8.5.2電磁式振動速度感測器145

8.5.3霍爾式振動位移感測器146

8.5.4差動電感式壓力感測器147

8.5.5磁電式渦輪流量感測器148

8.5.6基於電渦流式振動位移感測器的

振動場測量149

思考題與習題149

第9章壓電式感測器151

9.1主要壓電材料及其特性151

9.1.1石英晶體151

9.1.2壓電陶瓷155

9.1.3聚偏二氟乙烯156

9.1.4壓電元件的等效電路157

9.2壓電元件的信號轉換電路157

9.2.1電荷放大器與電壓放大器157

9.2.2壓電元件的並聯與串聯158

9.3壓電式感測器的抗干擾問題159

9.3.1環境溫度的影響159

9.3.2環境濕度的影響160

9.3.3橫向靈敏度160

9.3.4基座應變的影響161

9.3.5聲噪聲的影響161

9.3.6電纜噪聲的影響161

9.3.7接地迴路噪聲的影響162

9.4壓電式感測器的典型實例162

9.4.1壓電式加速度感測器162

9.4.2壓電式壓力感測器164

9.4.3壓電式超音波流量感測器165

9.4.4壓電式溫度感測器166

思考題與習題167

第10章諧振式感測器169

10.1諧振狀態及其評估169

10.1.1諧振現象169

10.1.2諧振子的機械品質因數Q值171

10.2閉環自激系統的實現172

10.2.1基本結構172

10.2.2閉環系統的實現條件172

10.3測量原理及特點173

10.3.1測量原理173

10.3.2諧振式感測器的特點174

10.4諧振式感測器的典型實例174

10.4.1諧振弦式壓力感測器174

10.4.2諧振筒式壓力感測器175

10.4.3諧振膜式壓力感測器179

10.4.4石英諧振梁式壓力感測器180

10.4.5諧振式科里奧利直接質量流量

感測器181

10.4.6聲表面波諧振式加速度

感測器185

思考題與習題186

第11章光纖感測器188

11.1光纖及有關特性188

11.1.1光纖的結構與種類188

11.1.2傳光原理189

11.1.3光纖的集光能力191

11.1.4光纖的傳輸損耗192

11.2光纖感測器的典型實例194

11.2.1基於位移測量的反射式光纖壓力

感測器194

11.2.2相位調製光纖壓力感測器196

11.2.3基於薩格納克干涉儀的光纖角

速度感測器197

11.2.4頻率調製光纖血流速度

感測器199

思考題與習題200

第12章微機械感測器202

12.1概述202

12.1.1微機械感測器的發展202

12.1.2微感測器中套用的材料203

12.1.3微感測器中套用的加工工藝203

12.1.4微感測器中敏感結構的模型

問題204

12.1.5微感測器中微弱信號的處理

問題204

12.2矽微結構諧振式壓力感測器205

12.2.1熱激勵矽微結構諧振式壓力

感測器205

12.2.2差動輸出的矽微結構諧振式壓力

感測器209

12.3其他矽感測器的典型實例210

12.3.1矽電容式集成壓力感測器210

12.3.2矽電容式微機械加速度

感測器211

12.3.3矽微機械陀螺212

12.3.4矽微機械科里奧利質量流量

感測器213

思考題與習題215

第13章智慧型化感測器及其發展216

13.1概述216

13.1.1感測器技術的智慧型化216

13.1.2基本感測器218

13.1.3智慧型化感測器中的軟體219

13.2智慧型化感測器的典型實例220

13.2.1智慧型化差壓感測器220

13.2.2機載智慧型化結構感測器系統220

13.2.3全向空速智慧型化感測器222

13.2.4嵌入式智慧型化大氣數據感測器

系統223

13.2.5智慧型化流量感測器系統224

13.3發展前景224

思考題與習題225

參考文獻227