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第1章 现代检测技术的理论基础1

1.1检测技术概论1

1.1.1检测1

1.1.2检测方法2

1.1.3检测系统3

1.1.4检测误差5

1.2检测数据的估计和处理7

1.2.1随机误差的统计处理7

1.2.2系统误差的通用处理方法13

1.2.3粗大误差15

1.2.4检测数据处理中的几个问题17

1.2.5检测不确定度24

思考题和习题25

第2章 传感技术及基本特性26

2.1传感器的特性与分类26

2.1.1传感器概论26

2.1.2传感器的基本特性27

2.1.3传感器的性能指标37

2.1.4传感器特性的应用37

2.2传感器的命名方法及代号38

2.2.1传感器的命名方法38

2.2.2传感器代号的标记方法40

2.2.3传感器代号41

2.2.4传感器产品名称43

2.3传感器材料44

2.3.1半导体材料45

2.3.2敏感陶瓷材料46

2.3.3石英敏感材料46

2.3.4金属氧化物及合金材料47

2.3.5无机材料48

2.3.6有机材料48

2.3.7生化材料48

2.3.8高分子敏感材料49

2.3.9合成材料49

2.4传感器制作技术49

2.4.1概述49

2.4.2刻蚀（腐蚀）技术50

2.4.3薄膜技术51

2.4.4固相键合工艺52

2.4.5纳米技术（毫微技术）52

2.4.6微型传感器结构53

2.5传感器设计方法55

2.5.1传感器的建模55

2.5.2传感器应用到的各种定理、法则、效应55

2.5.3结构、材料与参数的合理选择57

2.5.4信号转换方式57

2.5.5传感器的标定与校准58

2.6传感器应用电路组成59

2.6.1传感器应用电路的具体组成59

2.6.2显示器60

2.6.3执行机构60

2.6.4信号放大、比较60

2.6.5系统信息处理61

2.6.6微机在测控系统中的作用62

2.7检测技术的发展62

2.7.1检测技术的发展方向62

2.7.2检测技术的最新发展63

思考题和习题64

第3章 电阻应变式传感器66

3.1常用弹性元件的结构和特性66

3.1.1弹性元件的概念66

3.1.2弹性元件的特性67

3.1.3对弹性元件材料的要求68

3.1.4常用的弹性元件材料68

3.1.5弹性元件的分类68

3.1.6变换力的弹性元件68

3.1.7变换压力的弹性元件70

3.2电阻应变效应71

3.2.1电阻应变片的结构和性能71

3.2.2电阻应变效应72

3.2.3电阻应变式传感器73

3.3电阻应变片测量电路73

3.3.1测量电桥的工作方式74

3.3.2电桥电路的温度补偿75

3.3.3应用举例75

3.4电阻应变传感器的应用78

思考题和习题80

第4章 电感式传感器82

4.1自感式电感传感器82

4.1.1工作原理82

4.1.2输出特性83

4.1.3测量电路85

4.1.4自感式电感传感器的应用87

4.2差动变压器式互感传感器88

4.2.1变隙式差动变压器式互感传感器88

4.2.2螺线管式差动变压器式互感传感器91

4.3电涡流式传感器96

4.3.1工作原理96

4.3.2基本特性97

4.3.3电涡流的形成范围98

4.3.4电涡流式传感器测量电路99

4.3.5电涡流式传感器的应用100

4.4电感式传感器的应用102

思考题和习题107

第5章 电容式传感器108

5.1电容式传感器的工作原理和结构108

5.1.1变极距型电容式传感器109

5.1.2变面积型电容式传感器110

5.1.3变介质型电容式传感器110

5.2电容式传感器的灵敏度及非线性112

5.3电容式传感器的等效电路114

5.4电容式传感器的测量电路114

5.4.1调频电路114

5.4.2运算放大器式电路115

5.4.3二极管双T形交流电桥116

5.4.4环形二极管充、放电法117

5.4.5脉冲宽度调制电路117

5.5电容式传感器的应用119

思考题和习题124

第6章 压电式传感器125

6.1压电效应及压电材料125

6.1.1石英晶体126

6.1.2压电陶瓷127

6.1.3压电式传感器128

6.2压电式传感器的测量电路129

6.2.1压电式传感器的等效电路129

6.2.2压电式传感器的测量130

6.3压电式传感器的应用132

思考题和习题135

第7章 磁学量传感器136

7.1磁电感应式传感器136

7.1.1磁电感应式传感器的工作原理136

7.1.2磁电感应式传感器的基本特性138

7.1.3磁电感应式传感器的测量电路139

7.1.4磁电感应式传感器的应用139

7.2霍尔式传感器140

7.2.1霍尔效应及霍尔元件140

7.2.2霍尔集成传感器145

7.2.3霍尔式传感器的应用147

7.3新型磁学量传感器151

7.3.1磁敏电阻151

7.3.2磁敏二极管（SMD ）153

7.3.3磁敏三极管154

7.3.4应用155

思考题和习题156

第8章 光电式传感器158

8.1光电器件158

8.1.1光敏电阻159

8.1.2光敏二极管和光敏晶体管161

8.1.3光电池163

8.1.4光电耦合器件165

8.1.5电荷耦合器件166

8.1.6光电式传感器的应用170

8.2光纤传感器175

8.2.1光纤结构及其传光原理175

8.2.2光纤的基本特性176

8.2.3光纤传感器177

8.3激光传感器181

8.3.1激光的产生和特点182

8.3.2常用的激光器182

8.3.3激光探测器的应用183

8.4固态成像传感器185

8.4.1概述185

8.4.2光导摄像管185

8.4.3固态图像传感器186

思考题和习题186

第9章 半导体传感器187

9.1气敏传感器187

9.1.1概述187

9.1.2半导体气敏传感器的机理188

9.1.3半导体气敏传感器的类型及结构188

9.1.4半导体气敏传感器的基本测量电路190

9.1.5半导体气敏传感器的应用191

9.1.6使用半导体气敏传感器的注意事项194

9.1.7气敏传感器的新动态194

9.2湿敏传感器195

9.2.1湿度的测量方法195

9.2.2氯化锂湿敏电阻196

9.2.3半导体陶瓷湿敏电阻197

9.2.4湿敏传感器的应用199

9.3色敏传感器201

9.3.1半导体色敏传感器的基本原理201

9.3.2半导体色敏传感器的基本特征203

9.4半导体传感器的应用203

9.4.1实用酒精测试仪203

9.4.2直读式湿度计204

9.4.3彩色信号处理电路204

思考题和习题205

第10章 超声波传感器207

10.1超声波及其物理性质207

10.1.1超声波的波形及其传播速度207

10.1.2超声波的反射和折射209

10.1.3超声波的衰减209

10.2超声波传感器210

10.3超声波传感器的应用210

思考题和习题216

第11章 微波传感器217

11.1微波概述217

11.2微波传感器原理218

11.2.1微波传感器的测量原理及分类218

11.2.2微波传感器的组成219

11.2.3微波传感器的特点220

11.3微波传感器的应用220

11.3.1微波液位计220

11.3.2微波湿度传感器220

11.3.3微波测厚仪221

11.3.4微波辐射计（温度传感器）222

11.3.5微波测定移动物体的速度和距离222

11.3.6微波无损检测223

思考题和习题223

第12章 辐射式传感器224

12.1红外传感器224

12.1.1红外辐射224

12.1.2红外探测器225

12.1.3红外传感器的应用226

12.2核辐射传感器228

12.2.1核辐射及其性质228

12.2.2核辐射探测器229

12.2.3核辐射传感器的应用233

思考题和习题237

第13章 温度传感器238

13.1概述238

13.1.1温度的基本概念238

13.1.2温标238

13.1.3温度传感器的分类240

13.2膨胀式温度传感器241

13.2.1玻璃管液体温度计241

13.2.2双金属温度计242

13.2.3压力式温度计242

13.3热电阻温度传感器243

13.3.1金属热电阻温度计243

13.3.2半导体热敏电阻温度计245

13.3.3热电阻温度传感器的应用249

13.4热电偶温度传感器250

13.4.1热电偶的测温原理250

13.4.2热电偶的基本定律252

13.4.3热电偶的种类与结构254

13.4.4热电偶的冷端温度补偿258

13.4.5热电偶测温线路262

13.5辐射式温度传感器263

13.5.1辐射测温的物理基础263

13.5.2亮度温度计267

13.5.3全辐射温度计269

13.5.4比色温度计271

13.6光纤温度传感器272

13.6.1光纤温度传感器的类型272

13.6.2光纤温度传感器273

13.7集成温度传感器277

13.7.1模拟集成温度传感器278

13.7.2模拟集成温度控制器280

13.7.3集成数字温度传感器/控制器281

思考题和习题283

第14章 压力传感器284

14.1概述284

14.2液柱式压力传感器285

14.3弹性式压力传感器285

14.4压阻式压力传感器287

14.5谐振式压力传感器288

14.6声表面波（SAW）压力传感器288

14.7压力传感器应用举例289

14.8差压变送器290

14.8.1力平衡式差压变送器291

14.8.2电容式差压变送器291

14.8.3扩散硅式差压变送器292

14.9压力传感器的安装293

思考题和习题294

第15章 流量传感器295

15.1概述295

15.2节流式流量传感器296

15.2.1节流装置296

15.2.2节流原理与流量方程式297

15.2.3取压方式299

15.2.4节流式流量测量系统299

15.3电磁流量传感器300

15.3.1基本原理300

15.3.2电磁流量传感器测量系统301

15.3.3电磁流量传感器的应用问题301

15.4涡街流量传感器301

15.4.1测量原理302

15.4.2漩涡频率的测量302

15.4.3涡街流量传感器测量系统303

15.4.4应用问题303

15.5涡轮流量传感器303

15.6光纤流量传感器305

15.7质量流量传感器305

15.7.1直接式质量流量计306

15.7.2间接式质量流量计308

15.8靶式流量传感器309

15.9均速管流量传感器310

15.10容积式流量传感器311

15.10.1容积式流量计的测量机构与流量公式311

15.10.2几种容积式流量计311

15.10.3容积式流量计的安装与使用313

15.11弯管流量传感器313

15.12转子流量传感器313

15.12.1结构及测量原理314

15.12.2转子流量计的安装315

15.13相关流量传感器315

15.13.1相关流量测量技术简介315

15.13.2相关流量计的基本原理316

15.13.3相关流量测量系统的构成318

15.14智能化流量积算仪319

思考题和习题320

第16章 物位传感器321

16.1概述321

16.1.1物位的定义321

16.1.2物位检测的作用及目的321

16.1.3物位检测仪表及其分类321

16.2直读式液位传感器322

16.3静压式液位传感器323

16.3.1检测原理323

16.3.2压力式液位计324

16.3.3差压式液位计325

16.4浮力式液位传感器327

16.4.1浮子式液位计327

16.4.2浮筒式液位计330

16.5电气式物位传感器331

16.5.1射频导纳物位计331

16.5.2电极式液位计331

16.5.3热电偶式液位计333

16.6超声波物位开关333

16.7机械接触式物位传感器335

16.7.1重锤式料位计335

16.7.2音叉式料位计335

16.8雷达式物位传感器336

16.8.1概述336

16.8.2反射式雷达液位计337

16.8.3调频式雷达物位计338

16.8.4导波式雷达液位计338

16.8.5雷达式物位计的选用338

16.9磁致伸缩式液位传感器339

思考题和习题340

第17章 成分分析传感器341

17.1概述341

17.2热导式气体分析传感器342

17.2.1工作原理342

17.2.2热导检测器343

17.2.3测量电路343

17.3色谱分析传感器344

17.3.1检测原理344

17.3.2气相色谱仪345

17.4氧分析传感器347

17.4.1热磁式氧分析仪347

17.4.2氧化锆氧分析仪350

17.5工业电导仪352

17.5.1溶液电导（电阻）的测量方法352

17.5.2电导池的结构354

17.5.3测量系统组成355

17.6浓度计355

17.7 pH计356

17.7.1 pH值测量原理357

17.7.2 pH计的电极357

17.7.3 pH计测量系统357

17.7.4 pH计的使用与维护358

17.7.5光纤pH计358

17.8硅酸根表359

17.8.1硅酸根含量测量原理359

17.8.2应用问题359

17.9钠表360

17.9.1测量系统组成及原理360

17.9.2应用问题360

17.10溶氧表361

17.10.1测量系统组成及原理361

17.10.2应用问题361

17.11成分分析仪表的选用361

思考题和习题362

第18章 传感技术的工程应用363

18.1陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统363

18.2传感器在模糊控制洗衣机中的应用365

18.3传感器在现代汽车中的应用366

18.3.1汽车结构及工作过程概述366

18.3.2传感器在汽车运行中的作用366

18.4传感器在机器人中的应用370

18.4.1机器人传感器的分类370

18.4.2触觉传感器371

18.4.3其他类型的机器人传感器374

18.5传感器在智能楼宇中的应用375

思考题和习题382

第19章 传感器与单片机接口技术实例384

19.1热电偶传感器与单片机的接口实例384

19.2霍尔传感器与单片机接口实例388

19.3压电测力传感器与单片机接口实例390

19.4光电传感器与单片机接口实例392

思考题和习题396

附录A仪表工程图纸的相关图形及符号397

附录B 常用热电阻分度表400

附录C常用热电偶分度表401

参考文献403