传感器原理

　　本书详细阐述了各类传感器的基本原理和基本分析方法，主要介绍了多种传感器的设计方案和应用情况。全书共有15章，分别讲述传感器工作的物理效应、结构、特性、测量电路、误差补偿及典型应用；并以较多篇幅介绍传感器的现代技术、高精化设计以及实用的抗干扰措施。全书内容具有科学性、先进性和实用性。

　　本书可作为高等院校测控技术与仪器、电子信息工程、自动化、机电一体化等专业的教材，也可供其他相近专业学生及从事传感器、测控技术工作的工程技术人员参考。

　　本书详细阐述了各类传感器的基本原理和基本分析方法，主要介绍了多种传感器的设计方案和应用情况。全书共有15章，分别讲述传感器工作的物理效应、结构、特性、测量电路、误差补偿及典型应用；并以较多篇幅介绍传感器的现代技术、高精化设计以及实用的抗干扰措施。全书内容具有科学性、先进性和实用性。

　　本书可作为高等院校测控技术与仪器、电子信息工程、自动化、机电一体化等专业的教材，也可供其他相近专业学生及从事传感器、测控技术工作的工程技术人员参考。

　　前言

　　第1章绪论

　　1.1传感器的定义及其作用

　　1.2传感器的组成与分类

　　1.3传感器的发展

　　1.4本教材的主要内容及特点

　　习题与思考题

　　第2章传感器的一般特性

　　2.1传感器的静态特性

　　2.2传感器的动态特性

　　2.3传感器标定

　　习题与思考题

　　第3章弹性敏感元件

　　3.1引言

　　3.2弹性敏感元件的基本特性

　　3.3弹性敏感元件所用的材料

　　3.4常用弹性敏感元件特性参数的计算

　　第4章应变式传感器

　　4.1金属的电阻应变效应

　　4.2电阻应变片

　　4.3应变片的主要参数

　　4.4电阻应变片的动态响应特性

　　4.5应变测量电桥电路

　　4.6电阻应变片的温度误差及其补偿方法

　　4.7应变式传感器

　　习题与思考题

　　第5章电容式传感器

　　5.1工作原理与分类

　　5.2主要特性

　　5.3测量线路

　　5.4电容式传感器的结构、结构稳定性及抗干扰问题

　　5.5电容式传感器的应用

　　习题与思考题

　　第6章变磁阻式传感器

　　6.1电感式传感器

　　6.2差动变压器式传感器

　　6.3电涡流传感器

　　6.4电感传感器和差动变压器的工程设计方法

　　习题与思考题

　　第7章磁电式传感器

　　7.1概述

　　7.2磁电式振动传感器

　　7.3设计基础

　　7.4应用

　　习题与思考题

　　第8章压电式传感器

　　8.1压电效应与压电式传感器的工作原理

　　8.2压电材料

　　8.3压电式传感器的等效电路与测量电路

　　8.4压电式传感器的应用

　　8.5压电式传感器的误差与设计要点

　　习题与思考题

　　第9章谐振式传感器

　　9.1基本知识

　　9.2振筒式传感器

　　9.3振弦式传感器

　　9.4石英谐振式传感器

　　9.5振动梁式传感器

　　习题与思考题

　　第10章光纤传感器

　　10.1光纤与传光原理

　　10.2光强调制光纤传感器

　　10.3相位调制光纤传感器

　　10.4偏振态调制光纤电流传感器

　　10.5频率调制光纤传感器

　　10.6分布式光纤传感器

　　习题与思考题

　　第11章磁敏传感器

　　11.1霍尔传感器

　　11.2磁阻传感器

　　11.3磁敏二极管与三极管

　　习题与思考题

　　第12章热电式传感器

　　12.1概述

　　12.2热电偶测温传感器

　　12.3热电阻式传感器

　　12.4半导体P-N结测温传感器

　　12.5集成温度传感器

　　12.6非接触式温度测量系统

　　习题与思考题

　　第13章压阻式传感器

　　13.1概述

　　13.2晶向的表示方法

　　13.3压阻系数

　　13.4压阻式传感器

　　13.5扩散电阻的阻值与几何尺寸的确定

　　13.6温度漂移的补偿

　　13.7压阻传感器专用信号调理集成电路

　　13.8单片集成硅压力传感器

　　习题与思考题

　　第14章其他传感器

　　14.1气敏传感器

　　14.2湿敏传感器

　　14.3微机电传感器

　　习题与思考题

　　第15章传感器高精化技术

　　15.1传感器补偿技术

　　15.2传感器抗干扰措施

　　15.3传感器的智能化

　　15.4多传感器信息融合

　　15.5无线传感器网络

　　习题与思考题

　　部分习题参考答案

温度传感器温度传感器是把冷端（与仪表相接的两端），与热端（要求测量的温度端）之间的温度差异转化为电动势（电压）的温度传感器。例如，温度传感器两端均处于20度环境温度下，现在热端加热，要求仪表测量出加热端的温度。显然，这时热端（加热处）和冷端（接二次仪表的两端）有温度差，此温度差就会产生对应的电动势（电压），相应的也会产生电流，因所产生的热电势（电压）大小与测量温度呈一定的比例关系，仪表将温度差产生的电压大小转化为温度，假设转化后为70度，此温度值就会出现在仪表上。即由温度差    电动势（电压）   温度的过程。 

由于温度传感器传感器的冷端温度经常发生变化，而温度传感器测量温度时要求其冷端温度保持不变，其热电势（电压）大小才能与测量温度呈一定的比例关系，如果冷端的环境温度变化，将严重影响测量的准确性。所以二次仪表应对温度传感器的这种误差作自动补偿。 

例如，冷端的温度为２０度，所测出对应测量端的温度为１００度，但由于冷端温度的变化（因为温度环境一般不可能为恒温），由２０度降低至１８度，温度差就变大了，那么相对应的测量端的温度就会相应的变化为１０２，影响了测量值的准确性。为保证测量值不变，二次仪表就应对冷端自动补偿２度，将其维持在原来的２０度，使之测量值保持在１００度，以此来保证测量值的准确性及稳定性。 

若热端要测量的温度环境和二次仪表距离很远，那温度传感器温度传感器跟二次仪表之间的连接线则必须使用温度传感器专用补偿导线，补偿导线是具有与所匹配的温度传感器的热电势（电压）的标称值（直接标明的国家规定的标准值）相同的一对带有绝缘层的导线，用它们连接温度传感器与测量装置。补偿导线又分延长型和补偿型。 

应注意的是：使用温度传感器补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，温度传感器的正极连接补偿导线的红色线，而负极则连接剩下的颜色。补偿导线与温度传感器连接端的温度不能超过100℃。温度传感器的补偿导线只能起延伸热电极的作用，使热电极的冷端移动至仪表端子上。并没有补偿冷端的作用。补偿导线补偿的是它们与温度传感器连接处的温度变化所产生的误差。