传感器技术案例教程

序
前言
第1章绪论1
1.1传感器的作用实例分析1
1.2传感器的分类5
1.2.1按输出信号的类型分类5
1.2.2按传感器能量源分类5
1.2.3按被测量分类6
1.2.4按工作原理分类6
1.3传感器技术的特点7
1.4传感器技术的发展8
1.4.1新原理、新材料和新工艺的发展8
1.4.2微型化、集成化、多功能和智能
化的发展10
1.4.3多传感器融合与网络化的发展11
1.4.4量子传感技术的快速发展12
1.5本书的特点13
思考题与习题13
第2章传感器的特性与评估15
2.1传感器的静态标定15
2.1.1静态标定条件15
2.1.2传感器的静态特性16
2.2传感器的主要静态性能指标17
2.2.1测量范围与量程17
2.2.2静态灵敏度17
2.2.3分辨力与分辨率17
2.2.4温漂18
2.2.5时漂(稳定性)18
2.2.6传感器的测量误差19
2.2.7线性度19
2.2.8迟滞21
2.2.9非线性迟滞22
2.2.10重复性22
2.2.11综合误差23
2.3传感器的动态特性与评估24
2.3.1传感器的动态特性方程24
2.3.2传感器的动态响应及动态
性能指标25
2.3.3传感器的动态标定30
2.3.4传感器的动态模型建立31
2.4传感器静态特性的计算实例34
2.4.1传感器灵敏度的计算与分析34
2.4.2传感器分辨力与分辨率的计算35
2.4.3传感器主要静态性能指标的计算
与评估35
2.4.4传感器温度漂移的计算39
2.4.5传感器稳定性的计算39
2.5传感器动态特性计算实例40
2.5.1利用传感器阶跃响应建立传递
函数40
2.5.2传感器幅频特性的测试及改进41
思考题与习题43
第3章热电式传感器46
3.1概述46
3.1.1温度的概念46
3.1.2温标46
3.1.3测温方法与测温仪器的分类47
3.2热电阻温度传感器47
3.2.1金属热电阻47
3.2.2半导体热敏电阻49
3.2.3测温电桥电路50
3.3热电偶53
3.3.1热电效应53
3.3.2热电偶的工作原理54
3.3.3热电偶的基本定律54
3.3.4热电偶的误差及补偿55
3.3.5热电偶的组成、分类及特点58
3.4半导体温度传感器59
3.5非接触式温度传感器60
3.5.1全辐射式温度传感器60
3.5.2亮度式温度传感器60
3.5.3比色式温度传感器61
3.6温度传感器的典型实例62
3.6.1典型的测温电桥电路62
3.6.2基于热电阻的气体质量流量
传感器63
思考题与习题64
目录第4章电位器式传感器66
4.1基本结构与功能66
4.2线绕式电位器的特性67
4.2.1灵敏度67
4.2.2阶梯特性和阶梯误差67
4.2.3分辨率67
4.3非线性电位器68
4.3.1功用68
4.3.2实现途径68
4.4电位器的负载特性及负载误差69
4.4.1负载特性69
4.4.2负载误差70
4.4.3减小负载误差的措施71
4.5电位器的结构与材料73
4.5.1电阻丝73
4.5.2电刷73
4.5.3骨架74
4.6电位器式传感器的典型实例74
4.6.1电位器式压力传感器74
4.6.2电位器式加速度传感器75
思考题与习题76
第5章应变式传感器78
5.1电阻应变片78
5.1.1应变式变换原理78
5.1.2应变片结构及应变效应79
5.1.3电阻应变片的种类80
5.1.4应变片的主要参数81
5.2应变片的温度误差及其补偿81
5.2.1温度误差产生的原因81
5.2.2温度误差的补偿方法82
5.3电桥电路原理84
5.3.1电桥电路的平衡84
5.3.2电桥电路的不平衡输出85
5.3.3电桥电路的非线性误差85
5.3.4四臂受感差动电桥电路的
温度补偿87
5.4应变式传感器的典型实例88
5.4.1应变式力传感器88
5.4.2应变式加速度传感器96
5.4.3应变式压力传感器97
5.4.4应变式转矩传感器102
思考题与习题103
第6章硅压阻式传感器105
6.1硅压阻式变换原理105
6.1.1半导体材料的压阻效应105
6.1.2单晶硅的晶向、晶面的表示106
6.1.3压阻系数107
6.2硅压阻式传感器的典型实例110
6.2.1硅压阻式压力传感器110
6.2.2硅压阻式加速度传感器115
6.3硅压阻式传感器温度漂移的补偿118
思考题与习题119
第7章电容式传感器121
7.1电容式敏感元件及特性121
7.1.1电容式敏感元件121
7.1.2变间隙电容式敏感元件121
7.1.3变面积电容式敏感元件122
7.1.4变介电常数电容式敏感元件123
7.1.5电容式敏感元件的等效电路123
7.2电容式变换元件的信号转换电路124
7.2.1运算放大器式电路124
7.2.2交流不平衡电桥电路124
7.2.3变压器式电桥电路124
7.2.4二极管电路125
7.2.5差动脉冲调宽电路126
7.3电容式传感器的典型实例127
7.3.1电容式位移传感器127
7.3.2电容式压力传感器130
7.3.3电容式加速度传感器131
7.4电容式传感器的抗干扰问题131
7.4.1温度变化对结构稳定性的影响131
7.4.2温度变化对介质介电常数的
影响132
7.4.3绝缘问题132
7.4.4寄生电容的干扰与防止132
思考题与习题133
第8章变磁路式传感器135
8.1电感式变换原理及其元件135
8.1.1简单电感式变换元件135
8.1.2差动电感式变换元件137
8.1.3差动变压器式变换元件138
8.2磁电感应式变换原理140
8.3电涡流式变换原理141
8.3.1电涡流效应141
8.3.2等效电路分析141
8.3.3信号转换电路142
8.4霍尔效应及元件143
8.4.1霍尔效应143
8.4.2霍尔元件144
8.5变磁路式传感器的典型实例145
8.5.1差动变压器式加速度传感器145
8.5.2电磁式振动速度传感器145
8.5.3霍尔式振动位移传感器146
8.5.4差动电感式压力传感器147