传感器与检测技术郝敏钗北京理工有限责任公司计算机与互

本书根据高等职业教育培养目标的基本要求，从学生的实际岗位需要出发，立足于技能训练为目的，采用项目教学式、案例教学内行的编写，内括检测技术的基础知识，电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热电式等多种常用传感器的工作原理、基本结构、测量电路、常用应用，并给出了每种不同传感器的能力训练，以提高学生综合素质和技能。本书可供高等职业院校、成人教育、民办高校等机电类、电气类、仪表类、自动控制及相关专业的学生使用，也可作为相关行业岗位培训用书。

项目一认识传感器

任务一认识传感器及传感器的组成

任务二传感器的基本特性

项目二力和压力的检测

任务一电子秤的设计与制作

任务二汽车燃油表显示电路设计与制作

任务三电子血压计的设计与制作

任务四振动报警电路的设计与制作

项目三温度和环境量的检测

任务一电热水器温度控制器的设计与制作

任务二锅炉炉膛温度计的设计

任务三婴儿尿湿报警电路的设计

任务四酒精测试仪的设计

任务五培养箱恒温恒湿控制器的设计

项目四光信号的检测

任务一光控节能路灯电路的设计与制作

任务二红外自动干手器电路设计与制作

任务三自动生产线的零件系统设计与制作

任务四光电编码器鉴相计数电路

项目五位移和转速的检测

任务一霍尔传感器的应用

任务二光纤传感器的应用

任务三超声波传感器的应用

任务四电感传感器的应用

项目六其他量的检测

任务门控自动照明灯电路的设计与制作

项目七传感器信号处理

附录A热电偶分度表

附录B热电阻分度表

参考文献

前言

本书为电类新形态教材之一，是为大学专科和高职高专教育编写的教材，是编者在多年的教学实践基础上，结合自己的教学经验，在力求通俗、简明的指导思想下编写而成的。本书与企业密切合作，引入企业仿真案例，以培养学生实践动手能力为主线，主要介绍了各种传感器的类型及应用。本书采用项目式、案例教学内行编写，内括检测技术的基础知识，电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热电式等多种常用传感器的工作原理、基本结构、测量电路、常用应用，并给出了许多典型拓展训练实例。传感器已应用于生活、生产、航空航天、科研等各个领域，是各种信息检测系统、自动测量系统、自动报警系统和自动控制系统必不可少的信息采集的“感觉器官”，在现代科学技术和工程领域中占有重要的地位和作用。随着传感技术的飞速发展，其应用领域更为广泛普遍，传感器相关知识和技术成为相关技术人员的知识，本书还可以作为相关技术人员自学用书。本书可作为电子信息类、工业自动化、自动控制、机电一体化、计算机应用等专业的教材。可使用本教材的学校可以根据专业要求、实验条件和其他实际情况，对相应章节的内行取舍。本书的编写工作得到了许多同行的热情帮助，并提出了宝贵意见，也得到了编者所在院的关心和支持，在此表示衷心感谢。本书由河北工业职业技术大学郝敏钗、李建朝担任主编，负责全书的设计，郝敏钗完成项目一、项目二的编写及微课的录制，李建朝完成项目三、项目四的编写工作；河北工业职业技术大学王丽佳、王丽芬和河北鑫达钢铁集团王学超主审，负责全书的统稿、核验工作；石家庄职业技术学院郝娜负责本书的项目五、项目六的编写工作；河北工业职业技术大学张华、张金红、胡雪花负责项目四、项目五、项目六的微课录制及习题编写工作；本书所有图稿由参编李鑫、王菲菲、杨静芬、陈旭凤、李香服绘制，并负行部分微课的制作和实训的编写工作。本书的编写特点如下：（pan>）本书内容采用循序，难点分散，、难点突出并利用案例详细讲解的方行编写，内容的选取具有实用性和针对性。（2）本书采用项目式教行编写，每个任务为了提高学生的动手能力都设有拓展训练。（3）书中选取的案例具有很强的扩展性，在原有电路的基础能扩展之后就能实现其他应用。本书在编写过程中，得到了编者所在单位各部门工作人员的大力协助，在此一并表示感谢。由于作者有限，疏漏之处在所难免，请广大读者批评指正。

编者

任务一认识传感器及传感器的组成

电饭锅烧饭饭熟后会自动断开，而烧水时却不能自动断开，那是为什么呢?煮饭的时候随着饭把水分吸干，锅内的温度无法靠大量水蒸气释放，热继电器因过热而断电。而电饭煲烧水时，水沸腾以后是不会跳到保温状态的，因为发热盘中间有个温度传感器，它的设定温度超过了103℃，此时感温磁钢就会失去磁性，切断电源，此时电饭入保温状态。随着社会步、科学技术的发展，20年来，电子技术日新月异，计算机的普及和应用把人类带入了信息时代，各种电气设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电气设备都用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术中主要技术之一，在国民经济建设中占有重要的地位。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动能就远远不够了。为了适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称为电五官。新技术革命的到来，世界开始步入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取、可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或状态，并使产品达到的质量。因此可以说，没有众多优良的传感器，现代化生产也就失去了基础在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展入了许多新领域。例如，在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到纳米量级的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到秒的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、磁场、超弱磁场等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程，甚至文物保护等广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新一、传感器概述传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、混唐）试化学组成（加爱）业这坛、心又息传递给其他装置或器官。因此，传感器是能感受规定的被测量，并转换为与之有确定对应关系的有用输出信号（一般为电量）的器件或装置，以满足信息的传输、记录、显示和控制要求，如图1-pan>所示。人通过五官（视、听、嗅、味、触）接收外界的信息，经过大脑的思维（信息处理），做出相应的动作。而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，可以说电子计算机相当于人类的大脑（一般俗称电脑），而传感器则相当于人的五官部分（“电五官”）。传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段。“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。二、传感器的组成传感器是一种能把非电量输入信息转换成电信号输出的器件或装置。传感器又叫变换器、换能器或探测器。传感器一般是由物理、化学和生物等学科的某些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的，它能“感知”被控量或被测量的大小与变化，行处理。传感器由敏感元件、传感元件、信号调节与转换电路和其他辅助电路组成，如图1-2所示。敏感元件是直接感受非电量，并按照一定规律转换成与被测量有确定关系的其他量（一般仍为非电量）。例如，应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转换成膜片的变形。

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