本书为教育科学“十五”国家规划课题研究成果《现代检测技术及仪表》第2版修订更新而成,是适应“互联网+教育”的“新形态教材”。全书14章:绪论、检测系统的基本特性、阻抗型传感器、电压型传感器、半导体传感器、数字式传感器、其它传感器、几何量电测法、机械量电测法、热工量电测法、模拟式检测仪表、数字式检测仪表、智能检测仪表、现代检测新技术本书有四大特色:1、特别注重归纳共性和总结规律,以此编排教材内容,既通俗易懂,又简明易记。2、率先将三类检测仪表共性技术编入教材,完善了本课程的教学内容,增强了教材的实用性。3、与本教材配套的大量教学资源都发布在与其关联的数字课程网站,用手机扫描教材上的二维码,就可免费阅读和下载。4、本教材的新浪博客能及时补充更新教学资源,提供读者与作者互动的网络平台。本书可作为应用型(或技术型)电气信息类专业本科生的教材,也可供从事检测仪表设计、使用、维护和管理的工作人员参考或作为自学读物。
当今世界需要检测的量可分为电量和非电量两大类,非电量的种类比电量多得多。非电量的现代检测涉及两个基本问题:如何用传感器将非电量转换成电量,如何用仪表电路对电量进行测量,以得到人们需要的测量结果。然而,长期以来,国内出版的传感器与检测技术的教材介绍传感器原理及其应用的多,系统地介绍与传感器紧密相关的仪表电路的少。这就使学生学完传感器课后,还是不知道传感器怎么用。本人长期从事传感器检测技术课程教学,深切感受到,仅有传感器知识是不够的,需要增加仪表电路知识。为此,本人编写了《现代检测技术及仪表》(高等教育出版社2006年5月出版)。本书率先将三类检测仪表共性技术编入教材,从基础上完善了传感器检测技术课程的教学内容,大大增强了教材的实用性。
本书将传感器原理、非电量电测法和常用仪表电路的主要内容有机地整合为一门课程,正是作者为培养学生更好地适应今后实际工作的需要,而对教学内容和课程体系进行改革的一种尝试。十多年的教学实践证明,这样“整合”不仅加强了课程内容间的联系与综合,避免脱节和不必要的重复,大大节省了学时,而且也有利于拓宽学生的专业面,培养学生的创新能力。
本书与其他同类教材相比,在内容编排上还有以下三个不同:第一,本书不是着眼于传感器的“设计”,而是着眼于传感器的“应用”(因为毕竟“使用”传感器的人比“制作”传感器的人多得多)。对传感器的理论阐述以够“用”为度,同时注意从应用角度介绍传感器前端的敏感器和后端的接口电路。第二,本书不是在讲完每一种传感器后就列举它的应用,而是把传感器的应用,按被测量分类归并到非电量电测量的相应章节。把同一种非电量的多种测量方法归纳在一起,既便于学生掌握同一非电量多种测量方法的共同点,又便于理解它们的不同点,以开拓学生的思维。第三,本书不是逐个介绍每一种传感器的接口电路,而是把输出量相同或原理有共性的传感器归并成一类。这样编排,既便于学生理解传感器的原理,又便于学生掌握这一类传感器可共用的接口电路;既避免不必要的内容重复,又能使学生举一反三,触类旁通。
由于传感器和检测仪表的种类和型号繁多,涉及知识面很广,常常使教师感到难教,学生感到难学。本书特别注重归纳共性和总结规律,化“多而繁”为“少而简”,变“深奥枯燥”为“通俗有趣”。为了便于总结各种传感器和测量方法的规律,本书把“将非电量转换成电量的器件或装置”称为“传感器”,把“将被测非电量转换成可用非电量的器件或装置”称为“敏感器”。使学生认识到,只要将“敏感器”与“传感器”适当配合,就可以使一种传感器开发出多种用途,一种非电量也就可以有多种测量方法。各种检测仪表的用途、名称型号、性能尽管各不相同,但差别仅在于仪表的前端所使用的传感器和测量方法不同,传感器以后的仪表部分却是基本上相同的。理论上讲,M种敏感器、Ⅳ种传感器和3种仪表电路的排列组合可产生出(MxⅣx3)种非电量检测仪表产品,我们没有必要也没有时间给学生逐一介绍一个个具体的仪表产品,我们只需要教给学生掌握这(M+N+3)种功能模块,学生今后根据特定的检测任务要求,将这些模块恰当地排列组合,再引入一些新器件和新技术,就能创新设计出自己的检测方案或仪表产品。
第1章 绪论
1.1 检测技术及仪表的地位与作用
1.1.1 检测仪表的地位与作用
1.1.2 检测技术是仪器仪表的技术基础
1.2 传感器概述
1.2.1 传感器的基本概念
1.2.2 传感器的分类和命名法
1.3 检测仪表概述
1.3.1 检测仪表的基本组成
1.3.2 检测仪表的基本类型
思考题与习题
第2章 检测系统的基本特性
2.1 静态特性及性能指标
2.1.1 静态特性
2.1.2 静态性能指标
2.2 动态特性及性能指标
2.2.1 传递函数
2.2.2 阶跃响应和时域动态性能指标
2.2.3 正弦响应和频域动态性能指标
2.2.4 无失真检测条件
2.3 测量误差
2.3.1 测量误差的概念及表达方式
2.3.2 测量误差的分类
思考题与习题
第3章 阻抗型传感器
3.1 电阻式传感器
3.1.1 电位器式传感器
3.1.2 应变式传感器和压阻式传感器
3.1.3 热电阻和热敏电阻
3.1.4 接口电路
3.2 电容式传感器
3.2.1 基本原理与结构类型
3.2.2 输入一输出特性
3.2.3 等效电路分析
3.2.4 接口电路
3.3 电感式传感器
3.3.1 自感式传感器
3.3.2 互感式传感器(差动变压器)
3.3.3 电涡流式传感器
思考题与习题
第4章 电压型传感器
4.1 磁电式传感器
4.1.1 基本原理和组成
4.1.2 结构类型
4.1.3 接口电路
4.2 压电式传感器
4.2.1 压电效应及其表达式
4.2.2 压电材料
4.2.3 压电元件
4.2.4 接口电路
4.3 热电偶传感器
4.3.1 热电效应
4.3.2 热电偶的材料、型号及结构
4.3.3 冷端恒温式热电偶测温电路
4.3.4 冷端补偿式热电偶测温电路
4.4 光电式传感器
4.4.1 光电效应
4.4.2 光电管和光电倍增管
4.4.3 光敏电阻
4.4.4 光电池
4.4.5 光电式传感器的基本组成和类型
4.5 霍尔传感器
……
第5章 半导体传感器
第6章 数字式传感器
第7章 其他传感器
第8章 几何量的电测法
第9章 机械量的电测法
第10章 热工量的电测法
第11章 模拟式检测仪表
第12章 数字式检测仪表
第13章 智能检测仪表
第14章 现代检测新技术简介