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第1章 测量及数据处理技术1

1.1 测量概论1

1.1.1 测量值的表示方法1

1.1.2 测量方法及分类1

1.1.3 测量误差3

1.2 测量数据的估计与处理4

1.2.1 随机误差的估计与处理5

1.2.2 系统误差的处理方法8

1.2.3 粗大误差的辨别与处理10

1.2.4 测量不确定度12

1.2.5 间接测量中的数据处理13

1.2.6 组合测量中的数据处理14

1.2.7 实验数据中的数据处理15

1.3 动态测量数字滤波技术16

1.3.1 中值滤波16

1.3.2 平均滤波17

1.3.3 低通数字滤波17

1.3.4 高通数字滤波18

思考题及习题118

第2章 传感器及工程应用概述20

2.1 传感器概述20

2.1.1 传感器的定义20

2.1.2 传感器的组成20

2.1.3 传感器的分类20

2.2 传感器的特性21

2.2.1 传感器的静态特性21

2.2.2 传感器的动态特性23

2.3 传感器的标定29

2.3.1 传感器的静态特性标定29

2.3.2 传感器的动态特性标定29

2.4 传感器及工程应用的发展方向30

2.4.1 传感器的发展方向30

2.4.2 传感器工程应用的发展方向31

2.5 传感器工程应用系统典型结构31

2.5.1 测量显示系统的结构31

2.5.2 监测控制系统的结构32

思考题及习题233

第3章 温度传感器及工程应用34

3.1 温度测量概述34

3.1.1 温度与温标34

3.1.2 温度测量方法和分类34

3.2 热电阻传感器35

3.2.1 热电阻的测温原理36

3.2.2 常用热电阻36

3.2.3 常用热电阻的结构37

3.2.4 热电阻测温转换电路38

3.2.5 热电阻使用注意事项40

3.3 热敏电阻传感器41

3.3.1 热敏电阻的测温原理41

3.3.2 热敏电阻的分类及特性41

3.3.3 热敏电阻的结构及符号42

3.3.4 热敏电阻的主要参数43

3.3.5 热敏电阻的线性化网络44

3.3.6 热敏电阻的温度补偿44

3.3.7 热敏电阻使用注意事项44

3.4 热电偶传感器45

3.4.1 热电偶的测温原理45

3.4.2 热电偶的基本定律及符号47

3.4.3 热电偶的常用类型及特点48

3.4.4 热电偶传感器的结构形式52

3.4.5 热电偶的冷端处理方法53

3.4.6 热电偶测温线路55

3.5 集成温度传感器56

3.5.1 测温原理及电路结构56

3.5.2 常见集成温度传感器及应用57

3.6 辐射式温度传感器60

3.6.1 热辐射基本定律60

3.6.2 辐射式温度传感器的应用61

3.7 温度传感器工程应用案例63

3.7.1 温度测量显示系统案例63

3.7.2 温度监测控制系统案例65

思考题及习题366

第4章 压力传感器及工程应用68

4.1 压力测量概述68

4.2 应变式压力传感器68

4.2.1 金属电阻应变片69

4.2.2 电阻应变片测量转换电路73

4.2.3 常见应变式（压）力传感器及应用77

4.3 压阻式压力传感器80

4.3.1 半导体电阻应变片80

4.3.2 常见扩散硅压力传感器及应用82

4.4 压电式压力传感器84

4.4.1 压电效应84

4.4.2 压电元件的等效电路87

4.4.3 压电式传感器的组成87

4.4.4 压电式传感器的测量电路88

4.4.5 常见压电式压力传感器及其应用89

4.5 电容式压力传感器89

4.5.1 单电容压力传感器89

4.5.2 差动电容压力传感器90

4.5.3 电容压力传感器测量电路91

4.5.4 常见电容式压力传感器及应用94

4.6 电感式压力传感器95

4.6.1 单电感压力传感器95

4.6.2 差动电感压力传感器97

4.6.3 电感式传感器测量电路97

4.6.4 常见电感式压力传感器及应用99

4.7 压力传感器工程应用案例100

4.7.1 压力传感器的使用注意事项100

4.7.2 压力测量显示系统案例101

4.7.3 压力监测控制系统案例103

思考题及习题4105

第5章 流量传感器及工程应用106

5.1 流量测量概述106

5.1.1 流量测量的基本概念106

5.1.2 流量检测方法及分类106

5.2 差压流量传感器107

5.2.1 节流式差压流量传感器测量原理107

5.2.2 常见差压流量传感器的结构109

5.3 电磁流量传感器110

5.3.1 电磁流量传感器的工作原理110

5.3.2 电磁流量传感器的种类110

5.4 涡轮流量传感器111

5.4.1 涡轮流量传感器的结构111

5.4.2 涡轮流量传感器的工作原理111

5.5 漩涡流量传感器112

5.5.1 涡街流量传感器的工作原理112

5.5.2 涡街流量传感器的结构113

5.6 质量流量传感器114

5.6.1 单一式质量流量传感器114

5.6.2 组合式质量流量传感器115

5.7 流量传感器工程应用案例115

5.7.1 流量传感器的选用原则116

5.7.2 流量测量显示系统案例116

5.7.3 液体流量监控系统案例116

5.7.4 气体流量监控系统案例117

思考题及习题5119

第6章 光敏传感器及工程应用120

6.1 光的基本知识120

6.1.1 光的基本特性120

6.1.2 光电效应120

6.2 常见光电元件121

6.2.1 光电管121

6.2.2 光电倍增管121

6.2.3 光敏电阻122

6.2.4 光敏二极管和光敏三极管124

6.2.5 光电池126

6.2.6 电荷耦合器128

6.3 光电传感器131

6.3.1 光电传感器结构及工作原理132

6.3.2 光电耦合器132

6.3.3 光电开关132

6.4 光纤传感器133

6.4.1 光纤的结构及传光原理134

6.4.2 光纤的主要参数135

6.4.3 光纤的分类136

6.4.4 光纤传感器结构及工作原理137

6.4.5 光纤传感器的分类137

6.4.6 常见光纤传感器138

6.5 光敏传感器工程应用案例139

6.5.1 火灾监测报警系统案例139

6.5.2 物体尺寸测量系统案例139

思考题及习题6140

第7章 位移传感器及工程应用141

7.1 电位器式位移传感器141

7.1.1 线性电位器141

7.1.2 非线性电位器142

7.1.3 绕线式电位器的材料143

7.1.4 线绕式电位器的应用144

7.2 电感式位移传感器144

7.2.1 自感式位移传感器144

7.2.2 互感式位移传感器149

7.2.3 涡流式位移传感器151

7.2.4 常见电感式位移传感器及应用155

7.3 电容式位移传感器156

7.3.1 单电容式位移传感器156

7.3.2 差动电容式位移传感器158

7.3.3 电容式位移传感器测量电路159

7.3.4 常见电容式位移传感器及应用162

7.4 霍尔式位移传感器162

7.4.1 霍尔效应162

7.4.2 霍尔元件163

7.4.3 霍尔集成电路166

7.4.4 常见霍尔式位移传感器及应用167

7.5 位移传感器工程应用案例169

7.5.1 金属板厚度监测系统案例169

7.5.2 生产线自动计数系统案例169

思考题及习题7170

第8章 速度传感器及工程应用172

8.1 磁电式速度传感器172

8.1.1 恒磁通式磁电速度传感器172

8.1.2 变磁通式磁电转速传感器173

8.1.3 测速发电机173

8.1.4 常见磁电式速度传感器及应用176

8.2 霍尔式转速传感器178

8.2.1 常见结构178

8.2.2 测速原理178

8.2.3 霍尔式转速传感器的应用178

8.3 涡流式转速传感器179

8.3.1 基本结构179

8.3.2 测速原理179

8.3.3 涡流式转速传感器的应用179

8.4 超声波流速传感器180

8.4.1 超声波的基本特性180

8.4.2 超声波传感器181

8.4.3 超声波流速传感器185

8.4.4 超声波流速传感器的应用186

8.5 光电式转速传感器186

8.5.1 基本结构186

8.5.2 测速原理187

8.5.3 光电式转速传感器的应用187

8.6 转速传感器工程应用案例188

8.6.1 转速测量显示系统案例188

8.6.2 转速监测控制系统案例189

思考题及习题8190

第9章 加速度传感器及工程应用191

9.1 应变式加速度传感器191

9.1.1 基本结构191

9.1.2 测量原理191

9.2 压电式加速度传感器192

9.2.1 基本结构192

9.2.2 测量原理192

9.3 电容式加速度传感器192

9.3.1 基本结构192

9.3.2 测量原理193

9.4 差动变压器式加速度传感器193

9.4.1 基本结构193

9.4.2 测量原理193

9.5 光纤加速度传感器194

9.5.1 基本结构194

9.5.2 测量原理194

思考题及习题9194

第10章 测振传感器及工程应用195

10.1 振动测量概述195

10.1.1 振动的基本参数195

10.1.2 振动测量的内容及测量方法196

10.2 测振传感器197

10.2.1 测振传感器的分类197

10.2.2 测振传感器介绍197

10.2.3 测振传感器的选择原则202

10.3 激振器202

10.3.1 激振方式202

10.3.2 常用激振器介绍203

10.4 振动参数的测量与估计205

10.4.1 自由振动法205

10.4.2 共振法206

10.5 测振传感器工程应用案例207

思考题及习题10208

第11章 界位传感器及工程应用209

11.1 界位测量概述209

11.2 液位传感器及工程应用209

11.2.1 浮力式液位传感器209

11.2.2 静压式液位传感器211

11.2.3 应变式液位传感器212

11.2.4 电容式液位传感器213

11.3 料位传感器及工程应用214

11.3.1 电容式料位传感器214

11.3.2 超声波料位传感器215

11.4 物位传感器及其应用216

11.4.1 超声波物位传感器216

11.4.2 超声波探头的使用注意事项216

11.5 界位传感器工程应用案例217

11.5.1 液位测量显示系统案例217

11.5.2 物位测量显示系统案例218

思考题及习题11221

第12章 气敏传感器及工程应用222

12.1 热传导式气敏传感器222

12.1.1 热传导检测原理222

12.1.2 热传导检测器223

12.1.3 测量电路223

12.2 接触燃烧式气敏传感器224

12.2.1 接触燃烧传感器结构224

12.2.2 接触燃烧检测原理225

12.2.3 测量电路225

12.2.4 接触燃烧传感器的特点226

12.3 氧化锆氧气传感器226

12.3.1 氧化锆检测原理226

12.3.2 氧化锆氧气传感器结构227

12.4 恒电位电解式气敏传感器227

12.4.1 恒电位电解检测原理228

12.4.2 恒电位电解传感器结构228

12.5 伽伐尼电池式气敏传感器228

12.5.1 伽伐尼电池检测原理228

12.5.2 伽伐尼电池传感器结构229

12.6 半导体气敏传感器229

12.6.1 电阻型半导体气敏传感器230

12.6.2 非电阻型半导体气敏传感器232

12.6.3 半导体气敏传感器的应用范围233

12.7 气敏传感器工程应用案例233

12.7.1 酒精含量检测显示系统案例233

12.7.2 有害气体监测控制系统案例234

思考题及习题12235

第13章 湿敏传感器及工程应用236

13.1 湿度检测概述236

13.1.1 湿度的描述方法236

13.1.2 湿度的测量方法236

13.1.3 湿敏传感器及分类236

13.2 电阻式湿敏传感器237

13.2.1 氯化锂湿敏电阻237

13.2.2 陶瓷湿敏电阻237

13.2.3 结露传感器239

13.3 电容式湿敏传感器240

13.3.1 陶瓷湿敏电容240

13.3.2 高分子湿敏电容241

13.4 集成湿敏传感器241

13.4.1 IH3605集成湿敏传感器242

13.4.2 IH3605使用注意事项242

13.5 湿敏传感器工程应用案例243

13.5.1 湿度检测显示系统案例243

13.5.2 湿度监测控制系统案例244

思考题及习题13244

第14章 数字式传感器及工程应用245

14.1 数字式传感器概述245

14.2 编码器245

14.2.1 增量编码器245

14.2.2 码盘式编码器247

14.3 数字式温度传感器249

14.3.1 DS18B20的内部结构249

14.3.2 DS18B20芯片指令介绍251

14.3.3 DS18B20与微控制器的连接电路253

14.3.4 DS18B20的读／写时间隙253

14.3.5 单片机控制DS18B20的操作流程254

14.3.6 DS18B20使用注意事项255

14.4 光栅传感器255

14.4.1 光栅的结构及测量原理255

14.4.2 光栅传感器的结构256

14.4.3 光栅传感器的精度258

14.5 数字式传感器工程应用案例258

14.5.1 数字式线位移监测系统案例258

14.5.2 数字式转速测量系统案例259

思考题及习题14259

第15章 传感器新技术及工程应用261

15.1 智能传感器261

15.1.1 智能传感器的典型结构261

15.1.2 智能传感器的主要功能262

15.1.3 智能传感器的主要特点262

15.2 模糊传感器262

15.2.1 模糊传感器概念及特点262

15.2.2 模糊传感器的基本功能263

15.2.3 模糊传感器的结构263

15.3 网络传感器265

15.3.1 网络传感器的概念265

15.3.2 网络传感器的类型266

15.3.3 基于IEEE 1451标准的网络传感器266

15.3.4 网络传感器所在网络的体系结构270

15.4 多传感器数据融合271

15.4.1 多传感器数据融合的概念271

15.4.2 多传感器数据融合技术271

15.4.3 多传感器数据融合技术的应用272

15.5 虚拟仪器272

15.5.1 虚拟仪器概述272

15.5.2 虚拟仪器的组成273

15.5.3 虚拟仪器的特点274

15.5.4 软件开发工具LabVIEW简介274

15.6 物联网276

15.6.1 物联网的基本概念276

15.6.2 物联网的关键技术276

15.6.3 物联网的应用模式277

15.6.4 物联网的应用案例277

思考题及习题15277

参考文献279