目 錄
第1章 緒論 1
1.1 傳感器的定義及其應(yīng)用 2
1.1.1 傳感器的定義 2
1.1.2 傳感器的分類 2
1.1.3 傳感器與傳感系統(tǒng) 3
1.1.4 傳感器的應(yīng)用 4
1.2 執(zhí)行器的定義及其應(yīng)用 4
1.2.1 執(zhí)行器的定義 4
1.2.2 執(zhí)行器的類型、特點(diǎn)及選擇 4
1.2.3 傳感器與執(zhí)行器的聯(lián)系 5
1.3 傳感器基礎(chǔ)知識(shí) 6
1.3.1 傳感器的基本特性 6
1.3.2 改善傳感器性能的技術(shù)途徑 6
1.3.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 7
思考題 8
第2章 傳感器的基本特性 9
2.1 傳感器的靜態(tài)特性 9
2.1.1 量程 9
2.1.2 線性度 10
2.1.3 遲滯 12
2.1.4 重復(fù)性誤差 12
2.1.5 精度 13
2.1.6 靈敏度 14
2.1.7 漂移 15
2.1.8 飽和度與死區(qū) 15
2.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 16
2.2.1 傳感器的數(shù)學(xué)模型 16
2.2.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析 16
2.2.3 傳遞函數(shù) 20
2.2.4 頻率響應(yīng)函數(shù) 21
2.2.5 傳感器的瞬態(tài)響應(yīng) 21
2.2.6 傳感器元件的動(dòng)態(tài)模型 22
2.2.7 平均失效時(shí)間 24
2.2.8 不確定度 24
2.2.9 環(huán)境因素 26
2.3 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 26
2.3.1 校準(zhǔn)誤差 27
2.3.2 極限測(cè)試 27
2.3.3 加速壽命測(cè)試 28
2.3.4 改善傳感器性能的技術(shù)措施 29
思考題 30
第3章 位置與位移傳感器 32
3.1 電位式位置與位移傳感器 32
3.2 壓阻式位置與位移傳感器 34
3.3 電感式位置與位移傳感器 35
3.4 電容式位置與位移傳感器 37
3.4.1 變極距型 38
3.4.2 變面積型 39
3.4.3 變介質(zhì)型 41
3.4.4 多電容傳感器 42
3.5 光學(xué)位置與位移傳感器 43
3.5.1 偏振光接近傳感器 43
3.5.2 棱鏡式和反射式傳感器 44
3.5.3 法布里-珀羅傳感器 45
3.5.4 光纖布拉格光柵傳感器 45
3.5.5 光柵傳感器 46
3.5.6 光柵光電調(diào)制器 48
3.6 超聲波位置與位移傳感器 49
3.6.1 超聲波傳感器的工作原理 50
3.6.2 超聲波傳感器的測(cè)量方法 52
3.7 激光位置與位移傳感器 52
3.7.1 三角測(cè)量法 52
3.7.2 便攜式二維激光位移傳感器 53
3.7.3 激光反射式位移傳感器 53
3.8 磁性增量位置傳感器 54
3.8.1 磁柵式傳感器 54
3.8.2 磁致伸縮位移傳感器 56
3.9 厚度和液位傳感器 60
3.9.1 膜厚傳感器 60
3.9.2 低溫液位傳感器 61
3.10 角度測(cè)量 62
3.10.1 激光干涉法測(cè)角原理 62
3.10.2 激光自準(zhǔn)直法測(cè)角原理 62
3.10.3 光學(xué)內(nèi)反射法測(cè)角原理 63
3.10.4 光電碼盤測(cè)角原理 63
思考題 65
第4章 機(jī)械參數(shù)傳感器 66
4.1 力傳感器 66
4.1.1 簡(jiǎn)介 67
4.1.2 彈性敏感元件 68
4.1.3 電阻式壓力傳感器 68
4.1.4 壓阻式壓力傳感器 71
4.1.5 壓電式壓力傳感器 73
4.1.6 電容式壓力傳感器 77
4.2 扭矩傳感器 78
4.2.1 按信號(hào)/能源的傳遞方式分類 79
4.2.2 按檢測(cè)方法分類 81
4.3 轉(zhuǎn)速傳感器 82
4.3.1 常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 83
4.3.2 轉(zhuǎn)速傳感器的分類 83
思考題 89
第5章 流體傳感器 90
5.1 流體壓力傳感器 90
5.1.1 流體壓力的概念及單位 90
5.1.2 汞壓力傳感器 91
5.1.3 波紋管、薄膜和薄板 92
5.1.4 真空傳感器 93
5.2 流速傳感器 94
5.2.1 壓電式風(fēng)速傳感器 94
5.2.2 熱傳輸流速傳感器 95
5.3 流量傳感器 100
5.3.1 流量的測(cè)量方法 101
5.3.2 差壓式流量計(jì) 101
5.3.3 速度式流量計(jì) 104
5.3.4 容積式流量計(jì) 105
5.3.5 流體振動(dòng)式流量計(jì) 106
5.3.6 電磁流量計(jì) 107
5.3.7 超聲流量計(jì) 108
5.3.8 科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 110
5.3.9 阻力式流量計(jì) 111
5.4 密度傳感器 112
5.4.1 電容式液體密度傳感器 112
5.4.2 射線式液體密度傳感器 113
5.4.3 超聲波式液體密度傳感器 113
5.4.4 諧振式液體密度傳感器 113
5.5 黏度傳感器 114
5.5.1 毛細(xì)管黏度計(jì) 114
5.5.2 落球黏度計(jì) 115
5.5.3 旋轉(zhuǎn)黏度計(jì) 115
5.5.4 振動(dòng)黏度計(jì) 115
思考題 116
第6章 溫度傳感器 117
6.1 基本概念 117
6.1.1 溫度 117
6.1.2 溫度傳感器的類型 118
6.1.3 靜態(tài)熱交換 119
6.1.4 動(dòng)態(tài)傳熱 120
6.1.5 溫度傳感器的結(jié)構(gòu) 122
6.1.6 溫度傳感器響應(yīng)信號(hào)的處理 123
6.2 熱敏電阻 124
6.2.1 NTC熱敏電阻的自熱效應(yīng) 125
6.2.2 PTC熱敏電阻 127
6.3 熱電式傳感器 129
6.3.1 熱電定律 130
6.3.2 熱電偶電路 132
6.3.3 熱電偶組件 133
6.4 光學(xué)溫度傳感器 134
6.4.1 熒光傳感器 134
6.4.2 干涉型傳感器 135
6.4.3 熱致變色傳感器 136
6.4.4 光纖溫度傳感器 136
思考題 137
第7章 濕度傳感器 138
7.1 濕度傳感器的概念 138
7.1.1 濕度 138
7.1.2 濕度傳感器 140
7.2 水分子親和力型濕度傳感器 142
7.2.1 電容式濕度傳感器 142
7.2.2 電解式濕度傳感器 144
7.2.3 半導(dǎo)體及陶瓷濕度傳感器 145
7.2.4 高分子聚合物濕度傳感器 147
7.3 非水分子親和力型濕度傳感器 148
7.3.1 電阻式濕度傳感器 148
7.3.2 熱傳導(dǎo)式濕度傳感器 149
7.3.3 紅外吸收式濕度傳感器 149
7.3.4 冷凝鏡光學(xué)濕度計(jì) 150
7.3.5 光學(xué)相對(duì)濕度傳感器 151
7.3.6 振蕩式濕度計(jì) 151
7.3.7 濕度電壓變送器 152
7.4 濕度傳感器的應(yīng)用 152
7.4.1 土壤濕度測(cè)量 153
7.4.2 自動(dòng)除濕器 154
7.4.3 房間濕度控制器 155
7.4.4 結(jié)露傳感器 155
思考題 156
第8章 化學(xué)與生物傳感器 157
8.1 化學(xué)傳感器 157
8.1.1 化學(xué)傳感器的基本概念 157
8.1.2 化學(xué)傳感器的分類 159
8.2 生物傳感器 172
8.2.1 生物傳感器的基本概念 173
8.2.2 生物傳感器的分類 174
8.3 化學(xué)與生物傳感器的發(fā)展方向 177
8.3.1 化學(xué)量微傳感器 178
8.3.2 多傳感器陣列 180
思考題 182
第9章 先進(jìn)傳感器制造技術(shù) 183
9.1 MEMS 183
9.2 MEMS的特點(diǎn) 184
9.3 MEMS工藝 185
9.3.1 MEMS的材料選擇與工藝參數(shù)控制 185
9.3.2 MEMS制造工藝 185
9.3.3 MEMS封裝技術(shù) 189
9.4 MEMS陣列式傳感器的制造技術(shù) 194
9.5 MEMS傳感器的應(yīng)用 197
9.5.1 MEMS傳感器在汽車上的應(yīng)用 197
9.5.2 MEMS傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 197
9.5.3 MEMS傳感器在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用 198
思考題 199
第10章 執(zhí)行器的技術(shù)理論基礎(chǔ) 200
10.1 概述 200
10.1.1 執(zhí)行器的定義 200
10.1.2 執(zhí)行器的功能 200
10.1.3 執(zhí)行器的分類 201
10.2 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的電力電子器件 202
10.2.1 功率二極管 202
10.2.2 雙極型晶體管 204
10.2.3 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 207
10.2.4 晶閘管 208
10.3 常見(jiàn)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電路 209
思考題 210
第11章 常見(jiàn)的執(zhí)行器 211
11.1 電動(dòng)執(zhí)行器 211
11.1.1 電磁學(xué)理論基礎(chǔ) 211
11.1.2 電動(dòng)執(zhí)行器概述 214
11.1.3 開(kāi)關(guān)類電動(dòng)執(zhí)行器 215
11.1.4 電動(dòng)機(jī)執(zhí)行器 217
11.2 液壓執(zhí)行器 226
11.2.1 液壓傳動(dòng)簡(jiǎn)介 226
11.2.2 液壓缸的分類及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 226
11.2.3 液壓馬達(dá) 230
11.3 氣動(dòng)執(zhí)行器 231
11.3.1 氣動(dòng)執(zhí)行器概述 231
11.3.2 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 232
思考題 234
第12章 自動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器與執(zhí)行器 236
12.1 概述 236
12.1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì) 236
12.1.2 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 239
12.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)中的傳感器 240
12.2.1 傳感系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 240
12.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 241
12.2.3 分布式測(cè)量系統(tǒng) 241
12.2.4 物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng) 242
12.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器 245
12.3.1 開(kāi)環(huán)執(zhí)行器 246
12.3.2 閉環(huán)執(zhí)行器 247
12.4 電動(dòng)自行車的自動(dòng)控制系統(tǒng)案例 248
12.4.1 傳感器方案 248
12.4.2 執(zhí)行器方案 249
12.4.3 系統(tǒng)架構(gòu) 250
思考題 251
參考文獻(xiàn) 252