自動檢測技術

前言

　　傳感器是“信息獲?。幚恚瓊鬏敚瓚谩辨湕l中的源頭技術。傳感器技術已成為工科各專業(yè)都應掌握的公共技術，機械工程、材料工程、動力工程、電氣工程、信息工程等各類工科專業(yè)都開設了與傳感器相關的課程。其中，自動化、測控技術及儀器、生物醫(yī)學工程、電氣工程及自動化等專業(yè)把傳感器課程作為專業(yè)基礎課或專業(yè)課?！　∽髡邚?995年開始給自動化專業(yè)主講傳感器課程，深感有必要吸取現(xiàn)有多種同類優(yōu)秀教材的優(yōu)點，進一步改進課程體系、更新教學內容，特別是豐富例題、習題。在現(xiàn)有教材基礎上，編寫一本自動化專業(yè)傳感器課程新教材，力爭使學生通過該教材的系統(tǒng)學習，能夠掌握典型的傳感器、掌握傳感器學科的共性關鍵技術，獨立設計檢測系統(tǒng)。本教材具有如下特點：　　1、基礎性與實用性有機融合：將目標定位于學完本書，學生能夠掌握傳感器學科的基本理論與技術，利用現(xiàn)有市場提供的元器件進行檢測系統(tǒng)的設計、調試、維修。　　2、科學處理深度與寬度之間的矛盾：對阻抗式傳感器、熱電偶、壓電式傳感器等應用最為廣泛的傳感器進行深入闡述，而對其余傳感器只作最基本的闡述。　　3、突出傳感器學科的共性關鍵技術：通過對典型傳感器的深入闡述，使傳感器的共性關鍵技術得以充分體現(xiàn)，在此基礎上再設專門章節(jié)進一步對共性技術進行總結、強化。作者認為傳感器課程的任務是使學生在掌握典型傳感器的基礎上進一步掌握傳感器的共性技術，以便舉一反三，觸類旁通?！　?、按傳感器原理為主線劃分章節(jié)，通過闡述傳感器的典型應用舉例，使學生既能掌握傳感器技術，又能掌握常見被測量的檢測方法?！　?、更新傳感器信號調理電路的教學內容，以合理篇幅介紹某些傳感器專用集成電路。　　6、合理增加有工程實際背景的例題、習題，引導學生借助網絡資源，完成若干簡單檢測系統(tǒng)的設計。

內容概要

　　本書扼要介紹了傳感器特性與性能指標、測量誤差處理等自動檢測技術的基本概念，以傳感器工作原理為主線，深入闡述了電阻應變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、熱電偶、熱電阻、霍爾傳感器、壓電傳感器等基礎傳感器的工作原理、組成結構、傳感特性、使用要點、傳感信號調理電路、典型應用，對其他常見傳感器也有選擇地進行了簡要介紹。書中還介紹了若干傳感器專用集成電路。傳感器的典型應用舉例覆蓋了常見的各種物理量檢測技術。在上述知識的基礎上闡述了傳感與檢測學科的共性關鍵技術，并設專門章節(jié)講述自動檢測系統(tǒng)的設計問題?！　”緯A性與工程實用性并重，可作為自動化、測控技術與儀器、電氣工程及自動化等專業(yè)的本科教材，也可供相關專業(yè)工程技術人員參考。

書籍目錄

出版說明前言第1章　自動檢測技術的基本概念1.1　自動檢測技術概述1.1.1　自動檢測技術在自動化專業(yè)中的地位與作用1.1.2　自動檢測系統(tǒng)的基本組成1.1.3　傳感器的分類、命名與圖形符號1.2　測量方法1.2.1　直接測量、間接測量、聯(lián)立測量1.2.2　偏差式測量、零位測量、微差式測量1.2.3　接觸式測量、非接觸式測量1.3　傳感器的一般特性1.3.1　傳感器的靜態(tài)特性與靜態(tài)特性指標1.3.2　傳感器的動態(tài)特性與動態(tài)特性指標1.3.3　傳感器的標定與校準1.4　測量誤差與數(shù)據(jù)處理1.4.1　測量誤差的概念和分類1.4.2　粗大誤差的判別和分類1.4.3　系統(tǒng)誤差的處理1.4.4　隨機誤差的處理1.5　習題第2章　電阻式傳感器及其信號調理2.1　電阻應變片2.1.1　電阻應變片的工作原理——應變效應2.1.2　電阻應變片的結構、種類2.1.3　電阻應變片的主要特性2.1.4　電阻應變片的粘貼技術2.1.5　電阻應變片的典型應用舉例2.2　其他電阻式傳感器2.2.1　壓阻式傳感器2.2.2　熱電阻2.2.3　熱敏電阻2.2.4　氣敏電阻2.2.5　光敏電阻2.2.6　磁敏電阻2.3　電阻式傳感器的信號調理2.3.1　惠斯登電橋2.3.2　測量放大電路2.3.3　多功能傳感信號調理電路AD6932.4　習題第3章　電感式傳感器及其信號調理3.1　自感式傳感器3.1.1　單線圈自感傳感器3.1.2　差動自感傳感器3.2　差動變壓器3.2.1　工作原理3.2.2　輸出特性3.2.3　典型應用舉例3.3　電渦流傳感器3.3.1　反射式電渦流傳感器3.3.2　透射式電渦流傳感器3.4　壓磁式傳感器3.5　電感式傳感器的信號調理3.5.1　交流電橋3.5.2　調幅、調頻與調相電路3.5.3　相敏整流電路3.5.4　單片差動變壓器信號調理電路AD5983.6　習題第4章　電容式傳感器及其信號調理4.1　工作原理4.1.1　傳感原理4.1.2　基本結構4.2　傳感特性4.2.1　變間隙式電容傳感器4.2.2　變面積式電容傳感器4.2.3　變介電常數(shù)式電容傳感器4.3　等效電路4.4　電容式傳感器的信號調理4.4.1　交流電橋電路4.4.2　運算放大器式電路4.4.3　脈沖寬度調制電路4.4.4　調頻式電路4.4.5　單片電容傳感器信號調理電路CS200l4.5　電容式傳感器的典型應用舉例4.5.1　電容傳感系統(tǒng)的設計要點4.5.2　電容傳感器應用舉例4.6　習題第5章　電動勢式傳感器及其信號調理5.1　熱電偶5.1.1　熱電偶的工作原理5.1.2　熱電偶的基本定律5.1.3　熱電偶的冷端補償5.1.4　標準化熱電偶5.1.5　熱電偶的結構形式5.1.6　單片熱電偶冷端溫度補償電路5.2　霍爾式傳感器5.2.1　霍爾傳感器的工作原理5.2.2　霍爾傳感器的組成與基本特性5.2.3　霍爾傳感器的測量誤差及其補償5.2.4　霍爾傳感器的典型應用舉例5.3　壓電式傳感器5.3.1　壓電式傳感器工作原理5.3.2　壓電式傳感器的等效電路5.3.3　壓電式傳感器的測量電路5.3.4　壓電式傳感器的應用5.4　光電式傳感器5.4.1　光電器件5.4.2　光電器件的基本特性5.4.3　光電式傳感器的基本組成5.4.4　光電式傳感器的典型應用舉例5.5　習題第6章　其他傳感器簡介6.1　光柵傳感器6.1.1　光柵傳感器的結構6.1.2　莫爾條紋及其特點6.1.3　光柵的光路6.1.4　辨向原理6.1.5　電子細分技術6.2　感應同步器6.2.l　感應同步器的結構6.2.2　感應同步器的丁作原理6.3　編碼器6.3.1　直接編碼器6.3.2　增量編碼器6.4　光纖傳感器6.4.1　光纖的結構6.4.2　光纖的傳光原理6.4.3　光纖傳感器的分類6.4.4　光纖傳感器的原理6.4.5　光纖傳感器的特點6.4.6　光纖傳感器應用舉例6.5　超聲波傳感器6.5.1　超聲波及其性質6.5.2　超聲波檢測原理6.5.3　超聲波傳感器的結構6.5.4　超聲波傳感器的應用6.6　紅外傳感器6.6.1　紅外輻射6.6.2　紅外探測器6.7　電荷耦合器件6.7.1　電荷耦合器件的結構和工作原理6.7.2　CCD圖像傳感器的結構6.7.3　圖像傳感器的應用6.8　習題第7章　傳感器的共性關鍵技術7.1　傳感器的構成方法7.1.1　基本型7.1.2　電路參數(shù)型7.1.3　多級變換型7.1.4　參比補償型7.1.5　差動結構型7.1.6　反饋型7.2　傳感器的信號獲取方式7.2.1　固定方式7.2.2　補償方式7.2.3　差動方式7.2.4　濾波方式7.2.5　同步方式7.3　提高傳感器性能的若干技術途徑7.3.1　合理選擇結構、材料與參數(shù)7.3.2　采用線性化技術7.3.3　采用差動對稱結構7.3.4　采用零位法、微差法與閉環(huán)技術7.3.5　采用多信號測量法7.3.6　集成化與智能化7.4　傳感器系統(tǒng)溫度漂移的硬件補償7.4.1　溫度補償?shù)谋匾?.4.2　溫度補償原理7.4.3　傳感器溫度補償舉例7.5　采用數(shù)字化技術改進傳感器系統(tǒng)的性能7.5.1　傳感器非線性特性的數(shù)字化校正7.5.2　傳感器的自校準7.5.3　傳感器系統(tǒng)溫度漂移的自補償7.5.4　系統(tǒng)誤差的數(shù)字化修正7.6　傳感器系統(tǒng)抗干擾技術7.6.1　干擾的類型及產生7.6.2　噪聲耦合方式7.6.3　主要抗干擾措施7.6.4　傳感器系統(tǒng)抗干擾技術的綜合應用7.7　測量不確定度評定7.7.1　測量不確定度的定義及與測量誤差的比較7.7.2　不確定度的評定7.7.3　測量結果的表示和處理方法7.8　習題第8章　自動檢測系統(tǒng)設計8.1　自動檢測系統(tǒng)的設計原則與步驟8.1.1　自動檢測系統(tǒng)的設計原則8.1.2　自動檢測系統(tǒng)的設計步驟8.2　傳感器的合理選用8.2.1　確定傳感器的類型8.2.2　線性范圍和量程8.2.3　靈敏度的選擇8.2.4　精度8.2.5　頻率響應特性8.2.6　穩(wěn)定性8.3　自動檢測系統(tǒng)的性能估計8.3.1　檢測系統(tǒng)分辨力與量程的預估8.3.2　動態(tài)性能的預估8.3.3　靜態(tài)性能的預估8.4　在線微量水分測量系統(tǒng)設計8.4.1　系統(tǒng)總體設計8.4.2　傳感器選用8.4.3　信號調理電路設計8.4.4　微量水分測量系統(tǒng)的軟件設計8.5　啤酒瓶殘留清洗液在線檢測系統(tǒng)設計8.5.1　設計任務8.5.2　設計任務難點分析8.5.3　檢測原理研究8.5.4　檢測系統(tǒng)設計8.5.5　數(shù)字處理單元設計8.6　空氣壓縮機的曲軸工作應力測試8.6.1　曲軸材料性能及測點布置8.6.2　應變計與測試儀的選用8.6.3　測試8.6.4　數(shù)據(jù)處理8.6.5　誤差分析8.7　習題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　自動檢測技術的基本概念　　本章將闡述自動檢測技術的地位與作用，自動檢測系統(tǒng)的基本組成；傳感器的分類與命名方法；測量方法分類；傳感器的動靜態(tài)特性及動靜態(tài)性能指標體系；誤差理論的基礎知識。本章內容是全書的基礎。　　1.1　自動檢測技術概述　　1.1.1　自動檢測技術在自動化專業(yè)中的地位與作用　　根據(jù)國際通用計量學基本名詞定義，測量(measurement)是以確定量值(value of a quantity)為目的的一種操作。這種操作就是測量中的比較過程——將被測參數(shù)(measurand)的量值與作為單位的標準量進行比較，通過比較得出的倍數(shù)即為測量結果?！　∨c測量相近的概念是檢驗，它常常只需分辨出被測參數(shù)的量值是否歸屬某一范圍帶，從而判別被測參數(shù)是否合格、現(xiàn)象是否存在等?！　z測包含了測量與檢驗兩方面的內容。在自動化領域中，需要對某些重要參數(shù)進行實時、自動的測量、檢驗。這類無需手工操作而自動完成的檢測，稱為自動檢測。自動檢測技術的核心是如何將各種非電量轉換為電信號，通過對該電信號的測量來檢測原非電量，因此自動檢測技術又常稱為非電量檢測技術?！　”窘滩氖菫樽詣踊悓I(yè)的學生編寫。下面以啤酒生產過程為例，說明自動化類專業(yè)在現(xiàn)代化工業(yè)生產過程中的地位與作用以及自動檢測技術在自動化類專業(yè)中的地位與作用。　　要釀造啤酒，首先應該具備啤酒釀造工藝方面的技術，例如釀造啤酒需要哪些原料?這些原料要經過哪些處理過程才能形成啤酒?在這些處理過程中對有關物理、化學參數(shù)有哪些具體要求等，這是啤酒工藝人員的任務?！　≡诖_定啤酒釀造工藝后，下一步就需要設計、制造或購買能夠實現(xiàn)所需工藝的生產設備，這是啤酒設備人員的任務?！　≡谏a工藝、生產設備明確之后，自動化類專業(yè)的技術人員開始工作了。對自動化類專業(yè)的技術人員而言，生產工藝對各種物理、化學、生物參數(shù)的具體要求，就是控制目標；實現(xiàn)生產工藝的主要生產設備，例如糖化罐、發(fā)酵罐就是被控對象；生產設備上的調整機構，例如電動閥門，就是執(zhí)行元件。自動化類專業(yè)技術人員的任務就是設計一個自動控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，執(zhí)行元件接受控制器的指令，自動運行，調整閥門開啟程度，從而控制過熱蒸汽或冷媒的流量，實現(xiàn)糖化體系或發(fā)酵液的溫度控制。

編輯推薦

　　基礎性與工程實用性并重，可作為自動化、測控技術與儀器、電氣工程及自動化等專業(yè)的本科教材，也可供相關專業(yè)工程技術人員參考。

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