传感器与检测技术项目式教程

本书根据**的教学改革要求，结合专业建设和课程改革成果进行编写。本书以工业生产中的参数检测为主线，采用项目引导、任务驱动的形式，着重体现“学做合一”的职业教育理念。全书共分为8个项目22个任务，主要内容包括检测技术基础、压力检测、位移检测、速度检测、物位检测、温度检测、环境量检测及检测技术综合应用。通过项目任务的实施和测量电路调试，介绍常见物理量的检测方法和传感器的基本原理、参数性能及应用电路设计技巧等。本书内容由工业生产和实际生活中的应用实例引入，注重传感器的性能和选用等方面的技能培养，理论以够用为度，减少复杂公式的推导，实例参考电路具有较强的操作性，易于安排教学。
本书配有免费的电子教学课件、练习题参考答案和精品课网站，详见前言。

陈晓军 硕士，副教授，先后毕业于南京航空航天大学、江南大学机电一体化和控制工程专业，多年从事机电类课程的教学与研究工作，兼任政府采购评审专家和职称评审委员会成员等，主持和参与教研项目6项，荣获全国电大第二届“教学创新奖”等多项奖励。

项目1 检测技术基础 （1）

教学导航 （1）

项目背景 （2）

任务1.1 测量数据处理 （2）

任务描述 （2）

相关知识 （2）

1.1.1 检测及自动检测系统 （2）

1.1.2 测量及测量方法 （4）

1.1.3 测量误差及分析 （5）

1.1.4 测量数据处理 （8）

任务实施 （8）

知识拓展 （9）

1.1.5 测量误差的估计和校正 （9）

1.1.6 测量结果的数学处理 （11）

任务1.2 传感器认知及选用 （11）

任务描述 （12）

相关知识 （12）

1.2.1 传感器的定义和组成 （12）

1.2.2 传感器的分类 （13）

1.2.3 传感器的基本特性 （14）

1.2.4 传感器的选用 （17）

任务实施 （18）

知识拓展 （18）

1.2.5 传感器中弹性元件形式 （18）

1.2.6 传感器的命名与代号 （21）

任务1.3 电阻电桥电路设计 （22）

任务描述 （23）

相关知识 （23）

1.3.1 电桥电路 （23）

1.3.2 调制电路 （26）

1.3.3 滤波电路 （27）

任务实施 （31）

知识拓展 （32）

1.3.4 干扰的类型和抑制措施 （32）

项目小结 （35）

思考与练习1 （35）

项目2 压力检测 （38）

教学导航 （38）

项目背景 （39）

任务2.1 重量检测 （39）

任务描述 （39）

相关知识 （39）

2.1.1 电阻应变片的原理及类型 （40）

2.1.2 应变片的主要特性 （42）

2.1.3 应变式传感器测量电路 （44）

任务实施 （44）

知识拓展 （46）

2.1.4 电阻应变式传感器的温度误差及补偿方法 （46）

2.1.5 电阻应变式传感器的典型应用 （47）

任务2.2 汽车发动机吸气压力检测 （51）

任务描述 （51）

相关知识 （51）

2.2.1 半导体材料的压阻效应 （51）

2.2.2 压阻式传感器的结构与特性 （52）

2.2.3 压阻式传感器的测量电路 （53）

任务实施 （54）

知识拓展 （55）

2.2.4 压阻式传感器的典型应用 （55）

2.2.5 电位器式传感器及其应用 （56）

任务2.3 大气压检测 （58）

任务描述 （59）

相关知识 （59）

2.3.1 压电式传感器的工作原理 （59）

2.3.2 压电材料 （61）

2.3.3 压电式传感器的测量电路 （63）

任务实施 （66）

知识拓展 （68）

2.3.4 玻璃破碎报警装置 （68）

2.3.5 压电式振动加速度传感器 （68）

2.3.6 压电式测力传感器 （69）

项目小结 （70）

思考与练习2 （70）

项目3 位移检测 （72）

教学导航 （72）

项目背景 （73）

任务3.1 电机转轴直径的检测 （73）

任务描述 （73）

相关知识 （74）

3.1.1 自感式传感器 （74）

3.1.2 差动变压器式传感器 （81）

任务实施 （85）

知识拓展 （86）

3.1.3 自感式传感器的典型应用 （86）

3.1.4 差动变压器式传感器的典型应用 （88）

任务3.2 金属表面镀膜厚度测量 （90）

任务描述 （90）

相关知识 （91）

3.2.1 电涡流式传感器工作原理 （91）

3.2.2 电涡流式传感器基本特性 （93）

3.2.3 电涡流式传感器测量电路 （94）

任务实施 （96）

知识拓展 （97）

3.2.4 电涡流式传感器典型应用 （97）

任务3.3 数控机床工作台位移检测 （99）

任务描述 （99）

相关知识 （99）

3.3.1 光栅的基本结构 （99）

3.3.2 光栅式传感器工作原理 （101）

3.3.3 光栅辨向及细分 （102）

任务实施 （104）

知识拓展 （106）

3.3.4 光栅数显表及应用 （106）

项目小结 （108）

思考与练习3 （109）

项目4 速度检测 （111）

教学导航 （111）

项目背景 （112）

任务4.1 动感单车速度检测 （112）

任务描述 （112）

相关知识 （113）

4.1.1 霍尔传感器工作原理 （113）

4.1.2 霍尔传感器基本测量电路 （116）

4.1.3 霍尔集成传感器 （118）

4.1.4 霍尔元件的误差及其补偿 （120）

任务实施 （121）

知识拓展 （123）

4.1.5 其他霍尔传感器的工作原理 （123）

任务4.2 机床主轴转速检测 （125）

任务描述 （125）

相关知识 （125）

4.2.1 增量式编码器 （126）

4.2.2 式编码器 （128）

4.2.3 光电编码器测速 （132）

任务实施 （133）

知识拓展 （135）

4.2.4 转盘工位编码原理 （135）

4.2.5 交流伺服电动机控制原理 （136）

任务4.3 直流电机转速检测 （137）

任务描述 （137）

相关知识 （137）

4.3.1 光纤结构及其传光原理 （137）

4.3.2 光纤传感器的分类 （140）

4.3.3 光纤传感器的工作原理 （141）

任务实施 （143）

知识拓展 （144）

4.3.4 光纤传感器测液位 （144）

4.3.5 光纤传感器测温 （145）

项目小结 （146）

思考与练习4 （146）

项目5 物位检测 （148）

教学导航 （148）

项目背景 （149）

任务5.1 汽车油箱油位检测 （149）

任务描述 （149）

相关知识 （150）

5.1.1 电容传感器的工作原理 （150）

5.1.2 电容传感器的类型及特性 （151）

5.1.3 电容传感器的测量电路 （154）

5.1.4 电容传感器应用中的注意事项 （159）

任务实施 （161）

知识拓展 （162）

5.1.5 电容传感器其他参数测量 （162）

任务5.2 液化气罐液位检测 （165）

任务描述 （165）

相关知识 （165）

5.2.1 声波与超声波 （165）

5.2.2 超声波的传播特性 （166）

5.2.3 超声波传感器 （169）

5.2.4 超声波物位传感器 （170）

任务实施 （172）

知识拓展 （174）

5.2.5 超声波其他参数测量 （174）

项目小结 （178）

思考与练习5 （178）

项目6 温度检测 （179）

教学导航 （179）

项目背景 （180）

任务6.1 冶金加热炉温度检测 （180）

任务描述 （180）

相关知识 （181）

6.1.1 热电偶的工作原理 （181）

6.1.2 热电偶的结构及类型 （184）

6.1.3 热电偶的温度补偿 （188）

6.1.4 热电偶的实用测温电路 （191）

任务实施 （193）

知识拓展 （194）

6.1.5 与热电偶配套的仪表 （194）

任务6.2 汽车空调温度控制器设计 （196）

任务描述 （196）

相关知识 （196）

6.2.1 金属热电阻 （197）

6.2.2 半导体热敏电阻 （198）

6.2.3 测量与转换电路 （200）

任务实施 （201）

知识拓展 （202）

6.2.4 基于金属热电阻的流量检测 （202）

6.2.5 基于热敏电阻的电机过载保护 （203）

任务6.3 红外体温计设计 （203）

任务描述 （203）

相关知识 （204）

6.3.1 红外辐射 （204）

6.3.2 红外探测器 （205）

6.3.3 红外体温计的工作原理 （206）

任务实施 （207）

知识拓展 （208）

6.3.4 红外自动干手器工作原理 （208）

6.3.5 红外线气体分析仪工作原理 （209）

项目小结 （210）

思考与练习6 （211）

项目7 环境量检测 （212）

教学导航 （212）

项目背景 （213）

任务7.1 有毒气体浓度检测 （213）

任务描述 （213）

相关知识 （214）

7.1.1 半导体气敏传感器 （214）

7.1.2 气敏传感器的主要特性参数 （217）

7.1.3 气敏传感器的应用 （217）

7.1.4 气敏传感器的选用原则 （218）

任务实施 （218）

知识拓展 （219）

7.1.5 酒精检测报警器工作原理 （219）

7.1.6 家用煤气（CO）安全报警器工作原理 （220）

7.1.7 火灾烟雾报警器工作原理 （221）

任务7.2 蔬菜大棚湿度检测 （221）

任务描述 （221）

相关知识 （222）

7.2.1 湿度 （222）

7.2.2 湿敏传感器的性能 （223）

7.2.3 常用的湿敏传感器 （225）

任务实施 （228）

知识拓展 （230）

7.2.4 浴室镜面水汽清除器工作原理 （230）

7.2.5 婴儿尿湿报警电路工作原理 （231）

任务7.3 公路夜间电子路标 （231）

任务描述 （231）

相关知识 （232）

7.3.1 光电效应及参数 （232）

7.3.2 光电器件 （234）

7.3.3 光电传感器 （238）

任务实施 （238）

知识拓展 （240）

7.3.4 火焰探测报警器工作原理 （240）

7.3.5 光电式纬线探测器工作原理 （240）

7.3.6 燃气器具的点火控制 （241）

项目小结 （241）

思考与练习7 （242）

项目8 检测技术综合应用 （244）

教学导航 （244）

项目背景 （245）

任务8.1 简易智能电动小

随着工业自动化技术的迅猛发展，传感器与检测技术得到了越来越广泛的应用，各高职院校逐渐将本课程作为自动化类、机电类、电子信息类、仪器仪表类、机械制造类等专业的专业课程。传感器与检测技术是一门多学科融合的技术，编者根据*的教学改革要求，结合多年的专业建设和课程改革实践与成果，以培养技能应用型人才为目标，采用项目引导、任务驱动的形式编写了本书。
  本书着重体现“学做合一”的职业教育理念，注重传感器性能、选用等方面的技能培养，同时广泛参考和吸取国内外优秀教材的特点，体现“淡化理论，够用为度，培养技能，重在运用”的指导思想，由工业生产和实际生活中的应用实例引入，精简理论知识和公式推导，重点突出实用技术的掌握和运用。全书共分为8个项目：项目1介绍检测技术基础知识；项目2～项目7介绍常用物理量的检测方法和各传感器的典型应用；项目8介绍检测技术综合应用技能。每个项目设有多个任务，并配有一定量的思考与练习题，以供学生复习、巩固所学内容。
  每个项目任务均选自工业生产和实际生活实践，具有较强的代表性和实用性，包括“任务描述”、“相关知识”、“任务实施”和“知识拓展”4个栏目，以常见物理量的检测为主线，介绍传感器的工作原理、类型、测量电路和具体应用方法。任务的设计和实施主要从传感器选型、测量电路设计和模拟调试三个环节完成，有较强的指导性和可操作性，易于安排教学，能够有效提高学生的传感器实际应用技能。
本书体系新颖、内容丰富、图文并茂、实用性突出，可作为高职高专院校传感器与检测技术课程的教材，也可作为应用型本科、成人教育、自学考试、开放大学、中职学校和培训班的教材，以及工程技术人员的参考工具书。
  本书由江苏城市职业学院陈晓军副教授任主编并统稿，蒋琦娟任副主编。具体编写分工为：陈晓军编写项目1、5、6、8；蒋琦娟编写任务2.3和8.2；朱云开编写项目2和3；李雪峰编写项目4和7；刘宪鹏编写任务1.3和4.1；季建华参与部分插图的绘制。本书由南通纺织职业技术学院贲礼进研究员主审。在编写过程中得到黄道华高工和张鹰副教授的指导，同时还参阅了同行专家们的论文著作及文献和相关网络资源，在此一并真诚致谢。
  限于编者的学识水平和实践经验，书中不妥之处在所难免，敬请专家和读者批评指正。
  为了方便教师教学，本书还配有免费的电子教学课件、练习题参考答案，请有此需要的教师登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载，有问题时请在网站留言或与电子工业出版社联系（E-mail：[email protected]）。读者也可通过该精品课网站（http://jpkc.jscvc.cn/course/CourseSite.htm?id=1fd27f87-68f5-4e00- 9cd2-09f68375c621）浏览和参考更多的教学资源。