傳感器技術案例教程

序
前言
第一章 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量子傳感技術的快速發展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感測器的動態回應及動態性能指標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利用感測器階躍回應建立傳遞函數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基於熱電阻的氣體品質流量感測器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電容式感測器的抗幹擾問題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寄生電容的幹擾與防止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