本书系统地介绍了传感器的基本知识，全面介绍了应变式、电位器式、电容式、电感式 、电涡流式、压电式、超声波式、霍尔式、光电式、光纤、激光、热敏、气敏、湿敏、频率 式、数字编码器、感应同步器、磁栅、光栅、容栅、球栅等传感器的原理、特性及应用，其 中有红外、紫外、CCD、PSD、色彩等新型敏感元件及其应用，以及智能式传感器的原理；完 整介绍了传感器信号的处理技术、数据采集技术及抗干扰技术；适当介绍了显示与调节仪表 的基本组成、原理及应用；重点介绍了传感器在制造业中的机械量和热工量检测中的应用； 列举了传感器在机床、自动生产线、汽车、家用电器和安全防范系统中的应用实例；突出介 绍了传感器的安装、调整等实践技能。 本书内容丰富新颖、涵盖面广、语言精练、概念清晰、结构严谨、重点明确；书中适当插入 了一些传感器的实物照片，增强了直观性和真实感；每章末均附有适当的思考与练习以便于 教学，是一本能够适应经济发展、科技进步和生产实践的实用性和教学功能较强的教科书。 本书可作为高职高专机电技术、电气自动化、汽车电子、楼宇智能化、应用电子等专业的教 材，也适用于成人教育和职业培训的同类专业，还可供有关专业的工程技术人员参考。

第2版前言 本书第1版自2003年出版以来，已经过多次印刷，深受广大读者欢迎。近 年来，传感器的应用市场迅速扩大，在有些领域已成普及之势。为满足市场需求和读者要求 ，对原版进行了修订。本次修订，主要体现以下三个方面。 1拓宽领域。与原版比较，本版增加了传感器在安全防范系统中的应用，充实、完善了传 感器在汽车中的应用，使本书内容涵盖了目前传感器的常用领域。 2调整结构。本书将原版的9章和绪论重新组合扩展为11章。其中，第1章为传感器的基本 知识，包括了传感器的定义、作用和地位等；第2章为线性位移传感器及应用，包括原版第2 、3章及51节，主要介绍传感器的位移转换原理和特性；第3章为位移传感器在制造业中的 应用，主要是原版52～55节的内容并适当扩展，突出了数字式位置传感器在现代自动化 机床上的安装、调整和应用，还包括原版第9章中接近传感器及应用、传感器在MPS系统中的 应用及传感器在无损检测中的应用等内容；第4章为力与运动学量传感器及应用；第5章为压 力、流量和物位传感器及应用；第6章为温度传感器及应用，第7章为气体与湿度传感器及应 用，它们是原版第4章内容，分章后使结构更加合理，内容更加充实；第8章为传感器在汽车 中的应用，从实用角度，对原版94节重新编写；第9章为传感器在家用电器和安全防范中 的应用，在原版95节基础上扩展了智能建筑中的防火、防盗等内容；第10章为传感器与微 机接口和抗干扰技术，合并了原版第6、7章，并突出了传感器信号的补偿问题；第11章为显 示与调节仪表，对原版第8章进行了增、减，增加了数字式仪表的使用的内容。这样，将传 感器及应用按应用项目进行模块化设置，使应用领域更加完整、系统，应用目标更加明确， 应用方法更加具体，选用更加方便。 3突出技能。本版以实践技能为重点，增加了光栅传感器的安装与调整、磁栅传感器的组 装与调整、接近传感器的选择、压力计的选择和使用、流量测量仪表的选用、传感器的温度 补偿等内容；汽车传感器以识别和故障检修为重点；防盗和防火报警探测器，也以选择和安 装为重点，删除了智能化仪表和自动测试系统等内容。本书能够指导现场操作，达到学以致 用的目的。 以上修订，使本书更能适应我国当前机械制造业、汽车制造业、智能建筑业和其他制造业的 发展需求。 本书由河南工业职业技术学院王煜东主编。其中，第1章由马林编写，第2、8、9章由王煜东 编写，第3章由石社轩编写，第4、5章由胡雪梅编写，第6、7章由党丽辉编写，第10章由刘 娇月编写，第11章由连晗编写，无锡中德高等职业技术学院胡海清为39节重新提供了图片 。 本书由上海电子信息职业技术学院蔡祖光主审，他认真仔细地审阅了全部书稿，提出了大量 宝贵意见，在此表示衷心感谢。 为了便于教师教学，本书配有免费电子教案、模拟试卷及习题解答等， 凡选用本书作为教材的学校，均可来 电索取，咨询电话：010-88379375。 由于作者水平有限，书中难免有缺点和不妥之处，恳请读者批评指正。 编者 [1]传 感 器 及 应 用 第1版前言 第1版前言 本书是面向21世纪高等职业教育国家规划教材，是根据2001年颁发的全 国高等职业学校机电技术应用专业“传感器及应用”课程教学大纲编写的。 为适应教育改革的现状与发展，以及现代职业教育的特点与规律，本书进行了大胆的改革尝 试。全书共分9章和绪论：绪论中阐明了传感器的定义、作用、应用领域、发展方向及本课 程的性质、任务、特点和学习方法；第1章为传感器及测量的基本知识，包括传感器基本概 念、测量概念、误差分析及数据处理；第2章为结构型传感器，包括电位器式、应变式、电 容式、电感式、电涡流式传感器等；第3章为物性型传感器，包括压电式、超声波、霍尔式 、光电式、光纤、激光等传感器，侧重介绍了近年来发展较快、应用较广的新型敏感元件； 第4章将温度、湿度、气敏、离子敏传感器融合为环境量传感器；第5章为频率及数字式传感 器；第6章为抗干扰技术；第7章为传感器与微机的接口技术，介绍了传感器信号的预处理方 法、信号放大电路、数据采集技术、线性化方法、标度变换概念及智能式传感器；第8章对 常用模拟、数字、智能化检测仪表及自动测试系统做了简介；第9章为传感器的应用举例， 包括机械量和热工量的检测，既有传感器在现代自动生产线中的应用，又有在与生活密切相 关的汽车和家用电器中的应用，同时还列举了传感器实用装置制作示例。通过实例增强了本 课程对能力的培养，具有开发智力、拓宽知识面、扩大视野的功效。本书结构紧凑、内容丰 富新颖、具有普遍性和实用性。本书语言简练、通俗易懂，体现了“四新”(新知识、新技 术、新工艺、新方法)的精神和科学性、简约性及以人为本、能力为目标的思想原则。 本书由河南工业职业技术学院王煜东主编，王兴举、胡应占、冀秀焕及无锡中德高等职业技 术学院胡海清协编。王煜东编写了绪论及第3、6、9章，其中第9章第3节由胡海清编写；胡 应占编写了第1、8章；王兴举编写了第2、5、7章；冀秀焕编写了第4章。全书由王煜东统稿 。 本书由上海电子信息职业技术学院蔡祖光主审，他认真仔细地审阅了全部书稿，提出了大量 宝贵意见。参加本书审稿的还有韩全立、苏海滨等，在此表示衷心感谢。在本书编写过程中 得到了马林、田林红及一些企业的支持和帮助，提供了不少新的、实用的资料，在此一并表 示感谢。 由于作者水平有限，书中难免有缺点和不妥之处，恳请读者批评指正。 作者

目录


第2版前言

第1版前言

第1章传感器的基本知识1

11传感器的定义与作用1

111传感器的定义1

112传感器的作用和应用领域1

12传感器的组成与分类3

121传感器的组成3

122传感器的分类3

13传感器的基本特性4

131传感器的静态特性4

132传感器的动态特性6

14传感器的测量误差与准确度6

141误差的类型7

142误差的表示方法7

143准确度8

15传感器中的弹性敏感元件8

151应力与应变的概念8

152弹性敏感元件的特性9

153弹性敏感元件的材料10

154弹性敏感元件的类型10

思考与练习12

第2章线性位移传感器及应用13


21电阻式传感器13

211应变式传感器13

212电位器式传感器16

22电容式传感器17

221电容式传感器的类型17

222电容式传感器的转换电路18

223电容式位移传感器的实用

结构19

23电感式传感器20

231自感式传感器20

232差动变压器21

24电涡流式传感器23

241电涡流式传感器的工作原理24

242电涡流式传感器的结构24

243电涡流式传感器的转换电路24

244电涡流式传感器使用注意事项25

245电涡流式传感器测位移25

25压电式传感器26

251压电材料与压电效应26

252电荷放大器29

26超声波传感器30

261超声波的传输特性30

262超声波换能器31

27磁敏传感器32

271霍尔式传感器33

272集成磁敏电阻传感器36

28光电式传感器37

281光的知识37

282光电效应38

283光电元件38

284光电传感器的类型49

29光纤与激光传感器51

291光纤传感器51

292激光传感器54

210频率式传感器56

211智能式传感器57

2111智能式传感器的特点58

2112智能式传感器的构成58

思考与练习58

第3章位移传感器在制造业中的

应用60

31角编码器及应用60

311角编码器的原理与结构60

312角编码器的应用与注意事项62

32感应同步器及应用63

321感应同步器的结构和种类64

322感应同步器数显表及其应用65

323感应同步器在镗床上的应用66

33光栅传感器及应用66

331光栅的类型与结构66

332莫尔条纹的形成原理和特点67

333直线光栅在机床上的安装与

调整69

34磁栅传感器及应用71

341磁栅传感器的类型71

342磁栅传感器的原理72

343磁栅传感器的结构73

344磁栅传感器的组装73


[1]传 感 器 及 应 用

目录






35容栅传感器74

351容栅传感器的结构及工作

原理75

352容栅传感器的测量电路76

353容栅传感器的特点76

36球同步器76

361球同步器的特点76

362球同步器的外形和结构77

363球同步器的基本工作原理78

37数显表与数显量具79

371数显表79

372数显量具82

38接近传感器及应用84

381接近传感器的类型与选择84

382接近传感器87

39传感器在MPS系统中的应用91

391工作站1中使用的来料检测

传感器91

392工作站2中使用的材料检测

传感器92

393工作站3中使用的多种传感

器92

394工作站4中使用的位置传感

器93

395工作站5中使用的光断续器93

310传感器在无损检测中的应用94

3101超声波检测94

3102红外无损检测技术95

思考与练习95

第4章力与运动学量传感器及

应用97

41测力与称重97

411测力传感器及应用97

412扭矩测量98

413电子皮带秤100

414电子计价秤101

415数显电子秤的制作103

42运动学量传感器及应用104

421振动的测量104

422加速度传感器与刀具磨损监测105


423多普勒效应测量线速度109

424转速测量方法110

思考与练习111

第5章压力、流量和物位传感器

及应用112

51压力传感器及应用112

511压力的基本概念及单位112

512压力传感器及其类别113

513集成压力传感器的应用电路119

514压力计的选择和使用120

52流量传感器及应用122

521流量及其测量方法122

522几种速度式流量传感器123

523流量测量仪表的选用129

53物位传感器及应用130

531物位测量概述130

532静压式液位计131

533超声波物位传感器及应用133

534微波物位传感器及应用136

思考与练习138

第6章温度传感器及应用
139

61温度与温标139

62热电偶及应用140

621热电偶140

622热电偶的使用141

623热电偶的基本放大电路143

63电阻式温度传感器及应用144

631热电阻温度传感器及应用144

632热敏电阻温度传感器及应用146

64PN结和集成温度传感器及应用150

641PN结温度传感器及其应用

电路150

642集成温度传感器151

643集成温度传感器应用电路153

65光电温度计155

651光电高温计155

652红外测温仪156

653光纤温度传感器157

思考与练习158

第7章气体与湿度传感器及应用
159

71气体传感器及应用159

711可检测气体的种类与性质159

712气体传感器160

713气体检测电路163

714气体成分分析165

715部分半导体气敏元件的特性167

72湿度传感器及应用168

721湿度的概念和检测方法169

722湿度传感器169

723湿度传感器的应用174

724湿度检测与控制电路实例175

思考与练习176

第8章传感器在汽车中的应用
177

81汽车用传感器的特点177

82温度传感器的应用178

821热敏电阻式温度传感器的结

构与检修178

822其他类型的温度传感器的结

构与检修180

83压力与流量传感器的应用182

831压力传感器的应用182

832流量传感器的应用185

84气体传感器的应用189

841氧传感器的结构与检修189

842稀薄混合气传感器190

843宽域空燃比传感器190

844烟尘浓度传感器190

85速度传感器的应用191

851转速传感器的结构与检修191

852车速传感器192

853角速度传感器193

86加速度和振动传感器的应用194

861爆震传感器194

862碰撞传感器195

87位置传感器的应用197

871节气门位置传感器197

872车高与转向传感器199

873液位传感器200

874霍尔式座椅位置传感器201

875方位传感器202

876曲轴和凸轮轴位置传感器202

88传感器在汽车中的其他应用207

思考与练习209

第9章传感器在家用电器及安全

防范中的应用210

91传感器在家用电器中的应用210

911传感器在电冰箱与空调中的

应用210

912传感器在厨具中的应用212

913传感器在洗涤及卫生电器中

的应用213

914家用电器中常用的部分国产

热敏电阻216

92传感器在防盗报警系统中的应用217

921入侵探测和防盗报警系统

概述217

922红外入侵探测器219

923超声波入侵探测器222

924微波入侵探测器224

925复合探测技术和防范报警

系统225

93传感器在火灾探测报警中的应用227

931火灾的信息检测228

932火灾探测器228

933火灾探测器的安装232

94遥控与防盗装置的制作233

941微波多普勒效应防盗报警器的

制作233

942超声波汽车倒车防撞电路的

制作235

思考与练习236

第10章传感器与微机的接口和

抗干扰技术237

101传感器信号的预处理电路237

1011开/关式传感器信号的预

处理237

1012模拟脉冲式传感器信号的

预处理238

1013模拟连续式传感器信号的

预处理239

1014模拟频率式传感器信号的

预处理239

1015数字式传感器信号的预处理240


1016相敏检波电路240

102传感器的信号放大电路241

1021测量放大器242

1022集成仪表放大电路介绍243

103传感器的补偿与标度变换243

1031传感器的温度补偿243

1032传感器的非线性补偿246

1033传感器的标度变换252

104数据采集253

1041数据采集系统的概念253

1042A/D转换器255

1043其他数据采集部件256

105抗干扰技术257

1051干扰的来源及形式257

1052干扰的抑制技术261

思考与练习265


第11章显示与调节仪表
267

111模拟式仪表267

1111动圈式指示与调节仪表267

1112自动平衡显示仪表270

1113电动单元组合仪表272

112数字式仪表274

1121数字式显示调节仪表的分类

与组成274

1122数字面板表275

1123数字显示调节仪表的使用276

思考与练习280

附录281

附录A几种常用传感器性能比较表281

附录BS、K型热电偶分度表282

附录C热电阻分度表283

参考文献285