本書是作者在多年教學工作、工程實踐并結(jié)合國內(nèi)外該領(lǐng)域的教學和技術(shù)發(fā)展等基礎(chǔ)上編寫的,書中系統(tǒng)地介紹了有關(guān)過程檢測與傳感器的基本理論、基本結(jié)構(gòu)以及實際應(yīng)用的基本方法與基本技術(shù)等。全書共分7章,內(nèi)容包括自動控制與檢測、信號調(diào)理、機械量傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、光學傳感器以及部分其他工業(yè)參數(shù)測量用的傳感器等。
本書可作為自動化專業(yè)或相關(guān)專業(yè)本科生檢測與傳感器類課程教材或教學參考書,也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考資料。
測量技術(shù)與控制技術(shù)已是現(xiàn)代工業(yè)及現(xiàn)代科學技術(shù)的重要基礎(chǔ),而控制技術(shù)的本身對測量技術(shù)就有著很大程度的依賴。作為信息獲取的重要工具,傳感器已在各個領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展,傳感器本身也在不斷完善,本書注重將傳感器技術(shù)與這些新技術(shù)相結(jié)合。
《傳感器與檢測技術(shù)(第2版)》基于作者多年教學及工程實踐經(jīng)驗,結(jié)合國內(nèi)外該領(lǐng)域的教學和技術(shù)發(fā)展進行編寫,系統(tǒng)地介紹有關(guān)過程檢測與傳感器的基本理論、基本結(jié)構(gòu)以及實際應(yīng)用的基本方法與基本技術(shù)等。
第2版前言
PREFACE
作為信息獲取的重要工具,傳感器已在各個領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的進步,傳感器本身也在不斷完善。人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展,使得傳感器有了更新、更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。本書注重將傳感器技術(shù)與這些新技術(shù)相結(jié)合,這有助于讀者將傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)與這些新技術(shù)聯(lián)系起來進行學習和應(yīng)用,也有助于相關(guān)工程技術(shù)人員對測控系統(tǒng)進行分析和設(shè)計時能更注重對新技術(shù)的應(yīng)用。
第2版的內(nèi)容仍按第1版的7章安排。改版后第1章更系統(tǒng)地對傳感器的應(yīng)用進行了描述,增加了在物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域應(yīng)用的介紹。第2章增加了對數(shù)字處理電路和通信技術(shù)的簡單介紹,這些內(nèi)容包括適合于各種傳感器進行通信的現(xiàn)場總線以及無線通信技術(shù)等。第3章中更新了部分傳感器原理的介紹,包括電渦流傳感器、磁阻傳感器和光纖傳感器等。
本書改版時對第1版書的部分插圖做了更新或完善,更能幫助讀者理解傳感器的原理與結(jié)構(gòu); 也對第1版書的一些不當之處進行了修改,但同時也難免仍存在不足之處,敬請讀者批評指正。
編者
2020年2月
第1版前言
PREFACE
測量技術(shù)與控制技術(shù)已是現(xiàn)代工業(yè)及現(xiàn)代科學技術(shù)的重要基礎(chǔ),而控制技術(shù)的本身對測量技術(shù)就有著很大程度的依賴。
不論是培養(yǎng)具有理論與實際相結(jié)合的高素質(zhì)人才,還是進行科學實驗,測量技術(shù)都是工程實驗或工程項目的重要組成部分。
基于以上考慮,我們致力編寫一部能為工業(yè)控制技術(shù)或工業(yè)工程提供幫助的有關(guān)傳感器與檢測技術(shù)的教材,旨在為讀者打下良好的工程基礎(chǔ)。
本書簡要介紹了工業(yè)控制技術(shù)對參數(shù)測量及傳感器的基本要求、傳感器的基本特性、誤差的基本分析技術(shù),以及測量信號調(diào)理的基本方法和實現(xiàn)形式等。
由于位移參數(shù)是許多其他參數(shù)測量的基礎(chǔ),本書介紹了諸如電容式、電感式、壓電式、壓阻式、應(yīng)變式等位移傳感器的基本原理。同時介紹了許多與位移測量有著緊密聯(lián)系的加速度、液位、壓力等傳感器的基本原理。
本書還介紹了工業(yè)控制中常用的溫度測量方法,如熱電偶、熱電阻等; 以及工業(yè)控制中常用的流量測量方法,如孔板流量計、渦輪流量計、電磁流量計、渦街流量計以及質(zhì)量流量計等。
由于光學材料及光學技術(shù)的發(fā)展帶動了許多新型傳感器的發(fā)展,本書也介紹了部分光學技術(shù)傳感器的原理與結(jié)構(gòu)。本書最后還對部分工業(yè)過程中常用的幾種分析類傳感器進行了簡單介紹。
本書可作為自動化類專業(yè)或相關(guān)專業(yè)本科生“檢測與傳感器”課程教材或教學參考書。
本書體系結(jié)構(gòu)較為完整,其內(nèi)容涵蓋工業(yè)過程控制常用參數(shù)的檢測方法及傳感器等。本書內(nèi)容與工程結(jié)合性較強,可讀性好。全書圖文并茂,較為通俗易懂,各章自成體系又融會貫通,可方便讀者有選擇地學習。本書既注重系統(tǒng)性又注重時代性,既系統(tǒng)地介紹了過程控制常用的檢測方法,又結(jié)合國內(nèi)外該領(lǐng)域的教學和技術(shù)發(fā)展,介紹了在該領(lǐng)域中傳感器的一些新進展。
限于作者水平,書中難免存在不足之處,敬請讀者批評指正。
編者
2014年3月
朱曉青,教授,享受國務(wù)院政府特殊津貼,中國儀器儀表學會過程檢測控制儀表分會理事,湖南省儀器儀表學會理事,株洲市學術(shù)技術(shù)帶頭人,湖南工業(yè)大學測控技術(shù)研究所所長、電氣與信息工程學院副院長,從事自動控制與檢測教學與研究多年。在國際學術(shù)會議、國內(nèi)核心期刊發(fā)表論文30余篇。
第1章自動控制與檢測
1.1控制系統(tǒng)與傳感器
1.1.1過程控制的基本原理
1.1.2伺服機械系統(tǒng)
1.1.3離散狀態(tài)控制系統(tǒng)
1.1.4參數(shù)檢測
1.1.5傳感器及其基本特性
1.2控制系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)圖表達
1.2.1結(jié)構(gòu)圖的組成
1.2.2系統(tǒng)元件
1.3標準與單位
1.3.1標準
1.3.2單位
1.4誤差與測量結(jié)果處理
1.4.1誤差的基本概念
1.4.2測量結(jié)果處理
1.5本章小結(jié)
習題
參考文獻
第2章信號調(diào)理
2.1信號調(diào)理的基本概念
2.1.1信號等級與偏置的改變
2.1.2線性化
2.1.3轉(zhuǎn)換
2.1.4濾波與阻抗匹配
2.2運算放大器
2.2.1運算放大器的基本特性
2.2.2傳感器及儀表用運算放大器
2.3分壓電路與橋路
2.3.1分壓電路
2.3.2分壓電路的負載效應(yīng)
2.3.3惠斯登電橋
2.3.4電橋的靈敏度
2.3.5電橋放大器
2.3.6電抗或阻抗電橋
2.4濾波器
2.4.1RC低通濾波器
2.4.2RC高通濾波器
2.4.3RC帶通濾波器與帶阻濾波器
2.4.4LC濾波器
2.4.5有源濾波器
2.4.6數(shù)字濾波器
2.5數(shù)字處理電路
2.5.1功能與構(gòu)成
2.5.2傳感器的數(shù)字通信
2.5.3無線傳感網(wǎng)
2.6本章小結(jié)
習題
參考文獻
第3章機械量傳感器
3.1位移傳感器
3.1.1電阻電位計傳感器
3.1.2電容位移傳感器
3.1.3電感位移傳感器
3.1.4壓電位移傳感器
3.2應(yīng)變傳感器
3.2.1應(yīng)力與應(yīng)變
3.2.2應(yīng)變計的基本原理
3.2.3金屬應(yīng)變計
3.2.4半導體應(yīng)變計
3.2.5應(yīng)變計的信號調(diào)理
3.3其他位移傳感器
3.3.1渦流式位移傳感器
3.3.2光纖式位移傳感器
3.3.3擋板噴嘴式位移傳感器
3.3.4超聲波式位移傳感器
3.3.5編碼器式位移傳感器
3.4霍爾傳感器
3.4.1霍爾效應(yīng)
3.4.2霍爾元件及檢測電路
3.4.3霍爾式位移傳感器
3.4.4霍爾式電流傳感器
3.5接近開關(guān)
3.5.1接近開關(guān)的主要功能與用途
3.5.2電磁感應(yīng)型接近開關(guān)
3.5.3霍爾型接近開關(guān)
3.5.4電容型接近開關(guān)
3.5.5光電型接近開關(guān)
3.6物位傳感器
3.6.1機械型液位傳感器
3.6.2電氣型液位傳感器
3.6.3超聲波液位傳感器
3.6.4壓力型液位傳感器
3.7運動傳感器
3.7.1運動類型描述
3.7.2加速度計的基本原理
3.7.3加速度計的類型與應(yīng)用
3.7.4微加速度傳感器
3.7.5速度傳感器
3.8壓力傳感器
3.8.1壓力測量單位及測量方法
3.8.2流體壓力傳感器
3.8.3彈性壓力傳感器
3.8.4電氣式壓力傳感器
3.8.5固態(tài)壓力傳感器
3.8.6荷重傳感器與稱重系統(tǒng)
3.8.7高壓傳感器
3.8.8低壓傳感器
3.8.9聲壓傳感器
3.8.10微壓力傳感器
3.9本章小結(jié)
習題
參考文獻
第4章流量傳感器
4.1流體基本特性及測量方法
4.2流體的體積流量測量
4.2.1阻塞式流量計
4.2.2障礙式流量計
4.2.3其他體積式流量計
4.3質(zhì)量流量計
4.3.1質(zhì)量流量的推理方法和補償方法
4.3.2質(zhì)量流量的直接測量方法
4.4流體測速傳感器
4.4.1靜態(tài)皮托管
4.4.2平均皮托管
4.4.3熱線流速計
4.5本章小結(jié)
習題
參考文獻
第5章溫度傳感器
5.1溫度測量的基本概念
5.1.1溫度與溫標
5.1.2測溫方法
5.2電阻溫度傳感器
5.2.1金屬電阻與溫度
5.2.2金屬電阻測溫傳感器
5.2.3電阻測溫傳感器的信號調(diào)理
5.2.4熱敏電阻溫度傳感器
5.3熱電偶溫度傳感器
5.3.1熱電效應(yīng)
5.3.2熱電偶測溫傳感器
5.3.3熱電偶傳感器的信號調(diào)理
5.4其他溫度傳感器
5.4.1雙金屬測溫傳感器
5.4.2氣體測溫傳感器
5.4.3液體膨脹測溫傳感器
5.5本章小結(jié)
習題
參考文獻
第6章光學傳感器
6.1電磁輻射的基本概念
6.1.1電磁輻射的性質(zhì)
6.1.2光的基本屬性
6.2光電傳感器
6.2.1光發(fā)射傳感器
6.2.2光敏傳感器
6.3光學高溫計
6.3.1熱輻射的基本原理
6.3.2寬帶高溫計
6.3.3部分輻射高溫計
6.3.4窄帶高溫計
6.3.5輸出信號的調(diào)制
6.4光纖傳感器
6.4.1光導纖維與光纖傳感器
6.4.2光纖溫度傳感器
6.5紅外分析儀
6.5.1透射介質(zhì)的性質(zhì)
6.5.2紅外氣體分析儀
6.6光源與光電耦合器件
6.6.1光源
6.6.2光電耦合器件
6.7本章小結(jié)
習題
參考文獻
第7章其他工業(yè)參數(shù)的測量
7.1參數(shù)成分分析類傳感器
7.1.1熱導式氣體分析儀
7.1.2氧化鋯氣體分析儀
7.1.3電導儀
7.1.4pH傳感器
7.2本章小結(jié)
習題
參考文獻
附錄A部分熱電阻分度表
附錄B部分熱電偶分度表
部分習題參考答案