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第1章 绪论1

1.1 非电量电测系统的组成1

1.2 传感器发展现状与趋势3

1.3 本课程内容以及与其他课程的关系4

第2章 非电量电测技术的基本知识5

2.1 测量的基本知识5

2.1.1 测量的定义5

2.1.2 测量的基本方法6

2.1.3 测量误差及其分类7

2.1.4 精度9

2.2 测量系统的输入输出特性10

2.2.1 测量系统的静态特性11

2.2.2 测量系统的静态误差15

2.2.3 测量系统的动态特性17

2.3 传感器的分类和性能指标22

2.3.1 分类22

2.3.2 性能指标23

思考题与习题24

第3章 电阻式传感器25

3.1 电阻应变式传感器25

3.1.1 应变效应25

3.1.2 金属电阻应变片结构与材料26

3.1.3 半导体压阻效应27

3.1.4 应变片种类28

3.1.5 弹性敏感元件及基本特性29

3.2 测量电桥30

3.2.1 直流电桥30

3.2.2 交流供电电桥35

3.2.3 电阻应变片的温度误差及其补偿37

3.3 电位器式电阻传感器38

3.3.1 线绕式电位器39

3.3.2 其他形式的电位器41

3.3.3 应用41

3.4 电阻应变式传感器应用42

3.4.1 电阻应变仪42

3.4.2 相敏检波器42

3.4.3 力传感器（测力与秤重）43

3.5 实验——应变片单臂、半桥、全桥性能实验45

思考题与习题49

第4章 电容式传感器50

4.1 传感器原理及结构形式50

4.2 传感器静态特性51

4.2.1 变间隙式51

4.2.2 变面积式53

4.2.3 变介电常数53

4.3 电容式传感器测量电路55

4.3.1 变压器电桥55

4.3.2 差动脉冲调宽电路56

4.3.3 运算放大器式电路58

4.3.4 二极管双T形电路58

4.3.5 调频电路59

4.4 电容式传感器设计问题60

4.5 电容式传感器应用举例63

4.5.1 自平衡电桥电路油箱液位测量63

4.5.2 电容式压力传感器64

4.5.3 电容板材在线测厚仪65

4.6 实验——电容式传感器的位移实验65

思考题与习题68

第5章 电感式传感器69

5.1 自感型传感器69

5.1.1 变磁阻式电感式传感器69

5.1.2 差动式电感式传感器71

5.2 电感式传感器测量电路72

5.2.1 交流电桥72

5.2.2 紧耦合电感臂电桥73

5.3 互感型电感式传感器75

5.3.1 结构及工作原理75

5.3.2 测量电路76

5.3.3 零点残余电压79

5.4 应用举例80

5.5 实验——差动变压器的性能实验81

思考题与习题83

第6章 电涡流式传感器84

6.1 工作原理84

6.1.1 基本工作原理84

6.1.2 等效电路及阻抗特性85

6.2 电涡流的分布和强度85

6.2.1 电涡流的分布85

6.2.2 电涡流强度86

6.3 电涡流式传感器的设计87

6.3.1 线圈几何尺寸与传感器灵敏度、非线性的关系87

6.3.2 被测材料形状和大小对传感器测量的影响87

6.4 测量电路88

6.5 电涡流式传感器应用89

6.6 实验——电涡流式传感器位移实验91

思考题与习题93

第7章 压电式传感器94

7.1 压电效应94

7.1.1 概念94

7.1.2 压电效应分析95

7.2 压电材料简介99

7.2.1 石英晶体99

7.2.2 压电陶瓷100

7.2.3 压电元件结构形式101

7.3 压电式传感器的测量电路101

7.3.1 压电式传感器等效电路101

7.3.2 测量电路103

7.4 压电式传感器应用105

7.4.1 压电式测力传感器105

7.4.2 压电式加速度传感器106

7.4.3 压电式超声传感器106

7.4.4 压电式流量计109

7.5 实验——压电式传感器测振动实验110

思考题与习题111

第8章 电动势式传感器112

8.1 磁电式传感器112

8.1.1 工作原理112

8.1.2 结构113

8.1.3 传感器的输出特性114

8.1.4 测量电路114

8.1.5 应用116

8.2 霍尔传感器117

8.2.1 霍尔元件的工作原理及结构117

8.2.2 霍尔元件特性120

8.2.3 集成霍尔器件123

8.2.4 霍尔传感器的应用125

8.3 实验——霍尔传感器测转速实验128

思考题与习题129

第9章 光电式传感器130

9.1 外光电效应及其器件130

9.1.1 外光电效应130

9.1.2 光电管131

9.1.3 光电倍增管132

9.2 内光电效应及器件134

9.2.1 内光电效应134

9.2.2 内光电效应器件134

9.3 光电式传感器应用举例142

9.4 电荷耦合器件145

9.4.1 CCD的结构和工作原理145

9.4.2 线型和面型CCD图像传感器147

9.4.3 CCD的特性参数149

9.5 光纤传感器151

9.5.1 光纤结构和传输原理151

9.5.2 光纤的性能152

9.5.3 光纤传感器的分类和器件组成153

9.5.4 光纤传感器应用举例154

9.6 实验——光纤位移传感器测位移特性实验156

思考题与习题158

第10章 温度传感器159

10.1 热电偶159

10.1.1 热电效应159

10.1.2 热电偶基本定律161

10.1.3 热电偶的材料与结构163

10.1.4 热电偶的冷端温度补偿165

10.1.5 热电偶的选择、安装使用和校验167

10.1.6 热电偶测温电路169

10.2 热电阻170

10.2.1 常用热电阻171

10.2.2 热电阻主要种类171

10.2.3 热电阻的测温接线方式与安装方法172

10.3 热敏电阻174

10.3.1 热敏电阻的特点与分类174

10.3.2 热敏电阻的基本参数175

10.3.3 主要特性176

10.3.4 热敏电阻的应用178

10.4 集成温度传感器180

10.4.1 集成温度传感器测温原理180

10.4.2 集成温度传感器信号输出方式181

10.4.3 典型集成温度传感器182

10.5 实验——集成温度传感器温度特性实验187

思考题与习题190

第11章 气敏及湿敏传感器191

11.1 气敏传感器191

11.1.1 半导体型气体传感器192

11.1.2 其他类型气敏传感器196

11.1.3 气敏传感器的应用198

11.2 湿敏传感器200

11.2.1 湿度的概念200

11.2.2 湿敏传感器的特性参数201

11.2.3 湿敏传感器的分类及工作原理203

11.2.4 湿敏传感器检测电路208

11.2.5 湿敏传感器应用210

11.3 实验一——气敏传感器213

11.4 实验二——湿敏传感器214

思考题与习题215

第12章 智能传感器与软传感器216

12.1 智能传感器216

12.1.1 智能传感器的定义与功能216

12.1.2 智能传感器的发展形式与特点218

12.1.3 智能传感器实现的途径219

12.1.4 智能传感器应用实例221

12.2 软传感器234

12.2.1 软传感器的概念234

12.2.2 软仪表的工作原理235

12.2.3 软仪表在工业中的应用239

思考题与习题242

参考文献243