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傳感器與自動檢測技術(shù)(第二版)(高職)
本書根據(jù)高職高專教育的特點(diǎn),以職業(yè)崗位核心能力為目標(biāo),精選教學(xué)內(nèi)容,力求新穎、簡練、學(xué)用結(jié)合。
本書按照傳統(tǒng)傳感器的類型劃分內(nèi)容,從效應(yīng)原理、電路處理、應(yīng)用實(shí)例入手講解各種傳感器在實(shí)際工作中的應(yīng)用。書中通過實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)例,講解了檢測技術(shù)的基礎(chǔ)知識和測量信號的基本處理技術(shù);聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活,講解了傳感器的綜合應(yīng)用;并講述了工業(yè)傳感器的相關(guān)知識,安排了工業(yè)傳感器的綜合實(shí)訓(xùn)。
本書可以作為高職高專和成人高校的電氣自動化技術(shù)、生產(chǎn)過程自動化技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、樓宇智能化技術(shù)以及相關(guān)專業(yè)的教材,也可供自動化技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的從業(yè)人員參考。
本書是根據(jù)高職高專教學(xué)改革——“淡化理論,夠用為度,培養(yǎng)技能,重在運(yùn)用,能力本位” 的指導(dǎo)思想編寫而成的。本書針對高等職業(yè)教育的特點(diǎn),以崗位核心能力為目標(biāo),精選教學(xué)內(nèi)容,力圖使高職高專自動化類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完“傳感器與自動檢測技術(shù)”課程后,能掌握生產(chǎn)一線技術(shù)人員和運(yùn)行人員必須具備的傳感器和檢測技術(shù)的基本知識和基本應(yīng)用技能。
本書在傳感器技術(shù)的講解中,著重提煉出各種傳感器的規(guī)律性內(nèi)容,按照傳感器的物理或化學(xué)效應(yīng)講解其工作原理,并將它作為理解其他內(nèi)容的基礎(chǔ);通過對測量電路的講解,使學(xué)生熟悉傳感器的使用方式和方法;通過應(yīng)用實(shí)例為學(xué)生打開運(yùn)用傳感器的思路;通過做實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對傳感器知識的理解。本書在檢測技術(shù)的講解中,主要介紹了檢測技術(shù)的基本知識和檢測裝置的信號處理技術(shù),以期學(xué)生在應(yīng)用中遇到類似問題時(shí)能夠找到解決方法。本書還密切聯(lián)系生活實(shí)際,介紹了傳感器的綜合應(yīng)用,以開闊學(xué)生的視野和思路。工業(yè)傳感器的綜合實(shí)訓(xùn)是為了幫助學(xué)生進(jìn)一步了解工業(yè)傳感器的應(yīng)用場景,與PLC聯(lián)合起來進(jìn)行控制,應(yīng)用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,突出鍛煉學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力,體驗(yàn)“云、物、大、智”的科技魅力,感受智能時(shí)代的發(fā)展與傳感器的緊密結(jié)合和應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維,也是一種職業(yè)能力的鍛煉。
本書壓縮了大量的理論推導(dǎo),通過實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)增強(qiáng)學(xué)生的動手能力和綜合應(yīng)用能力,充分突出了高職高專教材的實(shí)用性。在取材方面,既考慮了傳感器和檢測技術(shù)日新月異的發(fā)展趨勢,又考慮了目前高職高專學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和特點(diǎn),使得本書既有深度又有廣度。為了進(jìn)一步幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握和理解傳感器與檢測技術(shù)的相關(guān)知識,本書還配套了大量教學(xué)資源,包括微課、實(shí)驗(yàn)視頻、動畫、課程標(biāo)準(zhǔn)及習(xí)題庫等,在書中相應(yīng)知識點(diǎn)處有對應(yīng)的二維碼標(biāo)識,讀者可以通過手機(jī)等通信設(shè)備掃碼觀聽,也可以登錄“智慧職教”平臺進(jìn)行學(xué)習(xí);部分資源也可以聯(lián)系作者獲取。
本書配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備不但能進(jìn)行教材中所列傳感器的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),還可以進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、觸摸屏與組態(tài)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)傳感器的綜合實(shí)訓(xùn)、與云存儲的數(shù)據(jù)交換等實(shí)訓(xùn),是功能多樣化且獨(dú)特的智能傳感器學(xué)習(xí)機(jī)。該學(xué)習(xí)機(jī)由本書主編自主開發(fā),武漢米特思科技有限公司生產(chǎn)。
本書各章具有一定的獨(dú)立性,因此在教學(xué)中,教師可以根據(jù)專業(yè)方向和特點(diǎn)選用不同的章節(jié)。其他相關(guān)專業(yè),可根據(jù)需要選用不同的章節(jié),安排課時(shí)。
本書由武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院程月平編寫第9章和書中所有的實(shí)驗(yàn)及附錄,并全書統(tǒng)稿,武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院方波編寫第2、3、4章,武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院蔡麗編寫第7章,湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐群麗編寫第1、8、12章,武漢米特思科技有限公司高級工程師周棣編寫第11章,廖新曜編寫第5、6、10章。
本書在編寫過程中,得到了武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院其他老師的幫助與支持,還參考和應(yīng)用了許多專家、學(xué)者的著作,在此一并表示衷心的感謝!
由于作者的水平有限,本書在內(nèi)容選擇和安排上,難免會存在遺漏和不妥之處,誠請讀者批評指正。
第1章 傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識 1
1.1 傳感器的基礎(chǔ)知識 1
1.1.1 傳感器的組成與分類 1
1.1.2 傳感器的基本特性 1
1.2 檢測技術(shù)基礎(chǔ)知識 5
1.2.1 檢測系統(tǒng)的組成與功能 5
1.2.2 測量的方法 5
1.2.3 測量誤差的分類 6
1.2.4 測量誤差的表示方法 7
1.2.5 測量誤差的處理 8
1.3 檢測系統(tǒng)中的彈性敏感元件 10
1.3.1 彈性敏感元件的基本特性 10
1.3.2 彈性敏感元件的形式及應(yīng)用
范圍 10
1.4 傳感器的標(biāo)定與選擇 14
1.4.1 傳感器的標(biāo)定與標(biāo)準(zhǔn) 14
1.4.2 傳感器的選擇 14
本章小結(jié) 15
思考題與習(xí)題 16
第2章 電阻式傳感器 17
2.1 應(yīng)變式傳感器 17
2.1.1 應(yīng)變式傳感器的工作原理 17
2.1.2 應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)類型及特性 18
2.1.3 應(yīng)變式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路 19
2.1.4 應(yīng)變式傳感器的使用注意事項(xiàng) 20
2.1.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用 21
2.1.6 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 22
2.1.7 電阻應(yīng)變式工業(yè)傳感器 24
2.1.8 電阻應(yīng)變片——單臂電橋性能
實(shí)驗(yàn) 24
2.2 壓阻式傳感器 27
2.2.1 壓阻式傳感器的工作原理 27
2.2.2 壓阻式傳感器的結(jié)構(gòu)與特性 27
2.2.3 壓阻式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路 28
2.2.4 壓阻式傳感器的溫度補(bǔ)償 29
2.2.5 壓阻式傳感器的應(yīng)用 30
2.2.6 壓阻式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 31
2.2.7 壓阻式工業(yè)傳感器 32
2.2.8 壓阻式壓力傳感器的特性測試
實(shí)驗(yàn) 33
本章小結(jié) 35
思考題與習(xí)題 35
第3章 變阻抗式傳感器 37
3.1 差動變壓器 37
3.1.1 差動變壓器的工作原理 37
3.1.2 差動變壓器的基本特性 38
3.1.3 差動變壓器的測量轉(zhuǎn)換電路 39
3.1.4 差動變壓器的應(yīng)用 40
3.1.5 差動變壓器的應(yīng)用實(shí)例 41
3.1.6 差動變壓器式工業(yè)傳感器 42
3.1.7 差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn) 43
3.2 電渦流式傳感器 47
3.2.1 電渦流式傳感器的工作原理 47
3.2.2 電渦流式傳感器的結(jié)構(gòu)類型
及特性 48
3.2.3 電渦流式傳感器的測量轉(zhuǎn)換
電路 51
3.2.4 電渦流式傳感器的應(yīng)用 51
3.2.5 電渦流式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 53
3.2.6 電渦流工業(yè)傳感器 53
3.2.7 電渦流式傳感器材料分揀的
應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 54
3.3 電容式傳感器 56
3.3.1 電容式傳感器的工作原理 56
3.3.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及
特性 56
3.3.3 電容式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路 58
3.3.4 電容式傳感器的應(yīng)用 61
3.3.5 電容式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 62
3.3.6 電容式工業(yè)傳感器 63
3.3.7 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 63
本章小結(jié) 66
思考題與習(xí)題 66
第4章 光電式傳感器 68
4.1 光電效應(yīng)與光電元件 68
4.1.1 光電效應(yīng) 68
4.1.2 光電元件 68
4.2 光電式傳感器 73
4.2.1 光電式傳感器的類型 74
4.2.2 光電式傳感器的應(yīng)用 75
4.2.3 光電式傳感器的應(yīng)用實(shí)例 77
4.2.4 光電式工業(yè)傳感器 78
4.2.5 光電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實(shí)驗(yàn) 79
4.3 光纖傳感器 80
4.3.1 光纖及其傳光原理 81
4.3.2 光纖傳感器的組成及分類 82
4.3.3 光纖式傳感器應(yīng)用技術(shù) 83
4.3.4 光纖位移傳感器——位移測量 87
4.4 紅外傳感器 88
4.4.1 紅外輻射源 88
4.4.2 紅外探測器 89
4.4.3 紅外傳感器的應(yīng)用 91
4.4.4 紅外傳感器的應(yīng)用實(shí)例 93
本章小結(jié) 94
思考題與習(xí)題 95
第5章 熱電式傳感器 96
5.1 熱電阻式傳感器 96
5.1.1 常用熱電阻 96
5.1.2 熱電阻傳感器的測量電路和
應(yīng)用 98
5.1.3 熱電阻傳感器的應(yīng)用實(shí)例 98
5.1.4 熱敏電阻 99
5.1.5 熱敏電阻傳感器的應(yīng)用 100
5.1.6 熱敏電阻傳感器的應(yīng)用實(shí)例 101
5.1.7 Pt 100 鉑電阻工業(yè)傳感器 101
5.1.8 Pt 100 鉑電阻測溫特性實(shí)驗(yàn) 102
5.2 熱電偶傳感器 104
5.2.1 熱電偶傳感器的工作原理 104
5.2.2 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式與材料 106
5.2.3 熱電偶的冷端補(bǔ)償 108
5.2.4 熱電偶測溫電路 110
5.2.5 熱電偶傳感器的應(yīng)用實(shí)例 110
5.2.6 熱電偶工業(yè)傳感器 111
5.2.7 K型熱電偶測溫性能實(shí)驗(yàn) 112
本章小結(jié) 114
思考題與習(xí)題 114
第6章 電動勢式傳感器 115
6.1 壓電式傳感器 115
6.1.1 壓電式傳感器的工作原理 115
6.1.2 壓電式傳感器及其等效電路 118
6.1.3 壓電式傳感器的測量電路 120
6.1.4 壓電式傳感器的應(yīng)用 122
6.1.5 壓電式工業(yè)傳感器 125
6.1.6 壓電式傳感器振動測量實(shí)驗(yàn) 125
6.2 霍爾式傳感器 128
6.2.1 霍爾元件的基本工作原理 128
6.2.2 霍爾元件的測量電路和誤差
分析 130
6.2.3 霍爾元件的使用 132
6.2.4 霍爾元件的應(yīng)用 135
6.2.5 霍爾式工業(yè)傳感器 137
6.2.6 直流激勵線性霍爾傳感器的位移
特性實(shí)驗(yàn) 137
本章小結(jié) 140
思考題與習(xí)題 140
第7章 數(shù)字式傳感器 142
7.1 光柵傳感器 142
7.1.1 光柵傳感器的類型與特性 142
7.1.2 光柵的結(jié)構(gòu)與測量原理 142
7.1.3 光柵傳感器應(yīng)用技術(shù) 144
7.1.4 光柵傳感器的選擇 147
7.1.5 光柵傳感器的應(yīng)用實(shí)例 147
7.1.6 光柵工業(yè)傳感器——光柵測微
傳感器 148
7.1.7 光柵傳感器——莫爾條紋原理
實(shí)驗(yàn) 149
7.2 磁柵傳感器 150
7.2.1 磁柵傳感器及其特性 150
7.2.2 磁柵的結(jié)構(gòu)與工作原理 150
7.2.3 磁柵傳感器應(yīng)用技術(shù) 153
7.2.4 磁柵傳感器的應(yīng)用實(shí)例 154
7.3 光電編碼器 154
7.3.1 光電編碼器的分類及其特性 154
7.3.2 光電編碼器的工作原理 155
7.3.3 光電編碼器的應(yīng)用技術(shù) 157
7.3.4 光電編碼器的選擇 159
7.3.5 光電編碼器的應(yīng)用實(shí)例 159
7.3.6 光電式工業(yè)編碼器 161
7.4 感應(yīng)同步器 161
7.4.1 感應(yīng)同步器及其特性 161
7.4.2 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與工作原理 162
7.4.3 感應(yīng)同步器的應(yīng)用技術(shù) 166
7.4.4 感應(yīng)同步器的應(yīng)用實(shí)例 169
本章小結(jié) 170
思考題與習(xí)題 170
第8章 環(huán)境檢測與生物檢測傳感器 171
8.1 氣敏傳感器 171
8.1.1 氣敏傳感器的類型與特性 171
8.1.2 氣敏傳感器的工作原理 172
8.1.3 氣敏傳感器的應(yīng)用技術(shù) 174
8.1.4 氣敏傳感器的選擇 176
8.1.5 氣敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例 177
8.1.6 氣敏工業(yè)傳感器 178
8.1.7 氣敏傳感器的實(shí)驗(yàn) 178
8.2 濕度傳感器 179
8.2.1 濕度的定義及濕度傳感器的
特性 179
8.2.2 濕度傳感器的工作原理 180
8.2.3 濕度傳感器的應(yīng)用技術(shù) 182
8.2.4 濕度傳感器的選擇 183
8.2.5 濕度傳感器的應(yīng)用實(shí)例 183
8.2.6 濕度工業(yè)傳感器 185
8.2.7 濕度傳感器的實(shí)驗(yàn) 186
8.3 生物傳感器 186
8.3.1 生物傳感器的分類 187
8.3.2 常用的生物傳感器 187
8.3.3 生物傳感器的應(yīng)用 189
本章小結(jié) 191
思考題與習(xí)題 192
第9章 檢測系統(tǒng)的信號處理技術(shù) 193
9.1 信號處理技術(shù) 193
9.1.1 傳感器信號的預(yù)處理 193
9.1.2 信號放大技術(shù) 195
9.2 干擾抑制技術(shù) 198
9.2.1 干擾的來源 198
9.2.2 信噪比和電磁兼容性 199
9.2.3 電磁干擾的途徑 200
9.2.4 抑制電磁干擾的基本措施 201
9.2.5 抗電磁干擾技術(shù)
(電磁兼容控制技術(shù)) 202
9.3 信號的調(diào)制與解調(diào) 206
9.3.1 信號調(diào)制的概念 206
9.3.2 電橋調(diào)幅的原理 207
9.3.3 電橋調(diào)幅波的解調(diào) 208
9.3.4 應(yīng)用舉例 209
9.4 傳感器的非線性補(bǔ)償 209
9.4.1 非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)特性的獲取
方法 210
9.4.2 非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法 210
本章小結(jié) 213
思考題與習(xí)題 214
第10章 傳感器的綜合應(yīng)用 215
10.1 傳感器在家用電器中的應(yīng)用 215
10.1.1 洗衣機(jī)中所用的傳感器 215
10.1.2 控制燃燒過程的傳感器 220
10.1.3 小型家電中的傳感器 221
10.2 傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用 221
10.2.1 曲軸轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速傳感器 222
10.2.2 車速傳感器 223
10.2.3 液位傳感器 224
10.2.4 空氣流量傳感器 225
10.2.5 溫度傳感器 226
10.2.6 汽車用壓力傳感器 227
10.2.7 爆燃傳感器 228
10.3 傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 229
10.3.1 機(jī)器人傳感器的分類 229
10.3.2 常用的機(jī)器人傳感器 230
10.3.3 機(jī)器人傳感器的應(yīng)用 236
本章小結(jié) 237
思考題與習(xí)題 238
第11章 工業(yè)傳感器的綜合實(shí)訓(xùn) 239
11.1 小車模型運(yùn)動控制實(shí)訓(xùn) 239
11.2 溫濕度監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng) 251
11.3 水塔水位模型控制系統(tǒng) 259
本章小結(jié) 266
第12章 單元實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) 267
12.1 液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置 267
12.2 自動抽水系統(tǒng) 270
12.3 電風(fēng)扇溫控開關(guān)電路 272
12.4 簡易數(shù)字式血壓計(jì) 273
本章小結(jié) 274
思考題與習(xí)題 274
附錄 275
附錄1 幾種常用傳感器性能比較 275
附錄2 工業(yè)熱電阻分度表 276
附錄3 鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)K型熱電偶
分度表 278
附錄4 鉑銠10-鉑熱電偶分度表 280
參考文獻(xiàn) 286
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