传感器与自动检测技术（第2版）

本教材以“工学结合、项目引导、做学教一体化”为编写原则，涵盖测量与误差、传感器、自动检测系统三方面内容，共分7个单元，32个项目。内容包括传感器与自动检测系统认识，温度检测及传感器使用，机械量检测与传感器使用，光电、红外和光纤传感器及使用，位置检测及数字传感器使用，环境量检测及传感器使用，自动检测系统设计的5个问题与综合训练。项目中的技能训练（实验操作）选择了大量实用或来自工程实际的任务，这些任务设计成教学项目，编入教材，实用性极强。
本教材适合作为高职高专电气自动化专业、机电一体化专业教材，也可供相关专业工程技术人员参考。

单元1 认识传感器与自动检测系统 （1）
1.1 项目1 自动检测系统认识 （1）
1.1.1 项目1知识学习 自动检测系统基本概念 （1）
1.1.2 项目1技能训练 指出系统组成并画组成框图 （3）
1.2 项目2 认识传感器 （5）
1.2.1 项目2知识学习 传感器基本知识 （5）
1.2.2 项目2技能训练 传感器性能评估、校准与误差处理 （16）
单元1小结 （20）
习题1 （21）
单元2 温度检测及传感器应用 （25）
2.1 项目3 温度检测及传感器使用技能训练 （26）
2.1.1 任务1 制作电冰箱温度超标指示器 （26）
2.1.2 任务2 组建基于热电偶或热电阻的温控系统 （27）
2.1.3 任务3 制作简易温度表 （31）
2.2 项目4 温度传感器知识学习 （34）
2.2.1 温度与温标 （34）
2.2.2 温度的测量方法与温度传感器 （35）
2.2.3 热敏电阻 （36）
2.2.4 热电阻传感器 （38）
2.2.5 热电偶传感器 （39）
2.2.6 集成温度传感器（AD590） （48）
2.2.7 基于1-WIRE总线的DS18B20型智能温度传感器 （49）
单元2小结 （52）
习题2 （53）
单元3 机械量检测与传感器应用 （57）
3.0 机械量检测概述 （57）
3.1 项目5 金属箔式应变片实验与应变式传感器知识 （58）
3.1.1 项目5技能训练 金属箔式应变片直流单臂、半桥、全桥比较实验 （58）
3.1.2 项目5知识学习 应变式传感器 （60）
3.1.3 项目5常用的应变式传感器应用实例 （63）
3.2 项目6 扩散硅压阻式压力传感器实验与压阻式传感器知识 （66）
3.2.1 项目6技能训练 扩散硅压阻式压力传感器实验 （66）
3.2.2 项目6知识学习 压阻式传感器 （67）
3.2.3 项目6压阻式压力传感器应用实例 （69）
3.3 项目7 差动变面积式电容传感器实训与电容式传感器知识 （69）
3.3.1 项目7技能训练 差动变面积式电容传感器实训 （69）
3.3.2 项目7知识学习 电容式压力传感器 （70）
3.4 项目8 差动变压器实训与电感式传感器知识 （74）
3.4.1 项目8技能训练 差动变压器式传感器实训 （74）
3.4.2 项目8知识学习 电感式传感器 （75）
3.5 项目9 电涡流式传感器实验与电涡流式传感器知识 （78）
3.5.1 项目9技能训练 电涡流式传感器位移与材料检测实验 （78）
3.5.2 项目9知识学习 电涡流式传感器 （79）
3.6 项目10 压电传感器实验与压电传感器知识 （81）
3.6.1 项目10技能训练 压电传感器引线电容对电压和电荷放大器的影响实验 （81）
3.6.2 项目10知识学习 压电式传感器 （82）
3.7 项目11 霍尔传感器实训与霍尔传感器 （86）
3.7.1 项目11技能训练 霍尔传感器实训 （86）
3.7.2 项目11知识学习 霍尔传感器 （88）
3.8 项目12 常用机械量参数检测方法与综合实训 （91）
3.8.1 项目12技能训练 常用机械量参数检测综合实训 （91）
3.8.2 项目12知识学习 常用机械量参数检测方法 （100）
单元3小结 （110）
习题3 （111）
单元4 光电、红外和光纤传感器及应用 （118）
4.1 项目13 光电传感器应用电路实训与光电传感器知识 （118）
4.1.1 项目13技能训练 光电传感器应用电路实训 （118）
4.1.2 项目13知识学习 光电传感器 （121）
4.1.3 光电传感器的应用 （129）
4.2 项目14 红外传感器及使用 （134）
4.2.1 项目14知识学习 红外传感器 （134）
4.2.2 项目14技能训练 红外传感器应用 （140）
4.3 项目15 光纤传感器实训与光纤传感器知识 （143）
4.3.1 项目15技能训练 光纤传感器实训 （144）
4.3.2 项目15知识学习 光纤传感器 （145）
单元4小结 （152）
习题4 （153）
单元5 数字式位置传感器与接近开关 （160）
5.1 项目16 数字式位置测量基本知识 （160）
5.2 项目17 数字式角编码器及应用 （162）
5.2.1 式编码器 （162）
5.2.2 增量式编码器 （163）
5.2.3 角编码器的应用 （164）
5.3 项目18 光栅传感器及应用 （166）
5.3.1 光栅的类型和结构 （166）
5.3.2 光栅的工作原理 （168）
5.3.3 辨向及细分 （169）
5.3.4 光栅传感器的应用 （171）
5.4 项目19 磁栅传感器及应用 （173）
5.4.1 磁栅位移传感器 （173）
5.4.2 磁头 （174）
5.4.3 信号处理方式 （175）
5.4.4 磁栅位移传感器应用 （177）
5.5 项目20 容栅传感器及应用 （178）
5.5.1 容栅传感器结构及工作原理 （178）
5.5.2 容栅传感器在数显尺中的应用 （179）
5.6 项目21 感应同步器及应用 （181）
5.6.1 感应同步器的结构和类型 （181）
5.6.2 感应同步器的工作原理 （181）
5.6.3 感应同步器在数控机床闭环系统中的应用 （183）
5.7 项目22 接近开关及应用 （184）
5.8 项目23 位置检测及数字传感器使用综合技能实训 （187）
5.8.1 任务1 光栅数显检测系统的安装、调试与维修 （187）
5.8.2 任务2 电动小车上安装的接近传感器 （190）
5.8.3 任务3 数字式位置传感器与接近开关在数控机床中的应用案例 （191）
单元5小结 （196）
习题5 （197）
单元6 环境量检测及传感器 （201）
6.1 项目24 气体传感器与烟雾传感器 （201）
6.1.1 气体传感器 （201）
6.1.2 烟雾传感器 （203）
6.1.3 气体传感器的应用 （204）
6.2 项目25 湿度与水分传感器 （206）
6.2.1 湿度基本概念 （206）
6.2.2 湿度传感器 （206）
6.2.3 含水量检测方法 （209）
6.2.4 湿度传感器的应用 （210）
6.3 项目26 声敏传感器与超声波传感器 （212）
6.3.1 声敏传感器 （212）
6.3.2 声敏传感器的应用 （214）
6.3.3 超声波传感器的物理基础 （214）
6.3.4 超声波换能器及耦合技术 （216）
6.3.5 超声波传感器的应用 （217）
6.4 项目27 综合应用技能实训 （220）
6.4.1 火灾自动报警电路 （220）
6.4.2 声控延时节电开关 （221）
6.4.3 用脚步声触发的电子犬 （222）
6.4.4 蔬菜果园防盗报警器 （223）
6.4.5 光控、声控延时楼道照明灯电路及其安装 （224）
6.4.6 实用酒精检测报警器制作与调试 （227）
6.4.7 制作声、光、磁控机器猫 （229）
6.4.8 超声波倒车防撞报警电路制作与调试 （230）
单元6小结 （231）
习题6 （232）
单元7 自动检测系统的抗干扰技术及综合分析、设计训练 （235）
7.1 抗干扰技术 （235）
7.2 项目28 综合分析、设计案例1 电磁配铁秤 （237）
7.3 项目29 综合分析、设计案例2 自动尺寸检测系统 （240）
7.4 项目30 综合分析、设计案例3 智能温度检测与控制仪 （243）
7.5 项目31 综合分析、设计案例4 电感式传感器在滚珠直径分选中的应用 （246）
7.6 项目32 综合分析、设计案例5 液体点滴速度监控装置设计 （248）
附录 （253）
附录A 工业热电阻分度表（见附表A） （253）
附录B 镍-镍硅（镍铝）K型热电偶分度表（自由端温度为0℃）（见附表B） （254）
附录 传感器与自动检测系统课程标准 （256）
参考文献 （260）

前 言
本教材是《传感器与自动检测技术》的第2版，根据使用第1版教材一些院校的反馈意见，同时考虑到当前高职院校培养学生的要求和生源状况，2版教材删去了单元7中理论性较强的“自动检测系统设计的5个问题”，删去“附录”（可以在网上查询），同时将单元7作为选学内容（目录和正文中单元7打有星号*。）
在教学过程中，学生的误区是：学生不知道（或不了解）所学知识的作用是什么。即学习目的不明确。为此，我们在每一个教学单元讲授之前，都首先强调该单元的实际应用是什么，通过具体实例，使学生有一个具体/明确的学习方向，激发他们学习的兴趣，从而提高学习效率，达到好的教学效果。
本教材的特色为：强化技术指导下的技能训练的教学理念，进一步集成传感器、电子测量、计算机检测系统课程的主要内容，按项目化教学需要安排教材内容。具体做了以下处理：
（1）在教学改革上，充分体现技术指导下的技能训练的教学理念，突出实用性、技能性。教材中的许多概念、定理，理论性强的作定性介绍，重点讲述实际生产中对象的自动检测方法、传感器的选择、安装与调试等，弱化传统电子电路设计与调试内容。
（2）在内容安排上，以项目形式安排教材内容。教材共有7个单元，32个项目。
（3）在教材使用上，请任课老师认真阅读附录的课程标准，然后根据教学的实际情况灵活选用项目，尤其是对技能训练类项目以及拓展知识内容。我们认为实验操作与技能训练含义不同，实验操作是在实验综合装置上进行演示或验证，主要目的是理解、强化知识学习；技能训练是利用平台选择模块（元器件）进行自主设计、制作、调试、维修等，是对学习知识的综合运用，具有创新性，是一种职业能力的锻炼。项目中的技能训练（实验操作）选择了大量实用或来自工程实际的任务。有些任务简单，而有些任务本身就是一个课题，具有一定的难度，老师们可以根据实际情况选择。
本教材由长春职业技术学院裴蓓教授主编，参加编写的还有王迪，葛鲁波，汪建武，李方圆。浙江工商职业技术学院柳桂国教授认真审阅了本教材，并提出许多意见，在此表示衷心感谢。
我们真诚地希望各地学校的专业老师能够继续给我们提出意见和批评。让我们共同为我国的传感器与自动检测技术高职教学事业贡献我们的智慧和力量。

作 者
2015年1月