作者：王云汉
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
传感器技术应用试读：
前言
传感器是构建机电一体化系统不可或缺的组成部分，在其他电气系统、电子电器装置中也得到广泛的应用，“传感器应用技术”作为机电一体化专业的一门核心课程，在综合性、实用性等方面的特点非常突出，只有理论联系实际，在工作中锻炼学习的能力，在工作中检验学习的效果，才能真正掌握好这门课程和技术。
本书从工程实践中精选出的应用传感器的典型案例出发，介绍了各种传感器的基本原理，重点放在实际应用的方法和方式上，也注重培养学生的自主学习、自主检验、自主反思总结和自主探索能力，读者在学习这门课程的过程中还需要注重团队合作意识与严谨细致的工作作风的培养。
本书由广东省高级技工学校电气工程系王云汉主编，谢志平、李荣隽副主编，刘芳、张岚、徐爱民、李俊湘、黄海兵参编。
本教材的编写人员及任务分配情况如下：
任务一～五：李荣隽；任务六～十三：徐爱明；任务十四～十七：谢志平；任务十八～二十：张岚；任务二十一：刘芳；任务二十二：黄海兵；任务二十三：李俊湘。
由于时间紧迫，编者水平有限，教材中难免存在错误和缺陷，请各位读者和教师提出宝贵意见，以期在再版时修订，联系邮箱：yunhan21＠163.com。
全书由广东省技师学院黄志审稿，他对本书进行了认真审阅，提出了很好的意见和建议，作者在此表示衷心感谢。另外，对本书提出过宝贵修改意见的同志，作者在这里一并向他们表示诚挚的感谢。
限于编者水平，书中错误及不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。
编 者任务一 测量的概念1.1 任务页学习任务描述
1.必要的器材设备（1）双金属温度计；（2）高温管型炉；（3）弹簧管压力表；（4）手操泵；（5）热电偶；（6）温度显示仪；（7）压力变送器；（8）压力显示仪；（9）FLUKe温度、压力校准仪。
2.实施内容（1）观看双金属温度计、弹簧管压力表的外观结构；（2）了解双金属温度计、弹簧管压力表的工作原理；（3）了解热电偶，压力变送器的外观结构；（4）了解热电偶，压力变送器的工作原理；（5）了解温度、压力等物理量的实际测量过程；（6）了解测量三要素。
3.合格水平（1）具有强烈的安全意识。（2）熟悉并遵守电工安全操作规范。（3）掌握相关学习内容：
① 了解实际测量过程；
② 了解测量结果的误差；
③ 掌握测量三要素。（4）整个过程符合6S管理的要求。1.2 学习页学习目标
1.了解测量的概念。
2.掌握测量过程的三要素。知识要点
1.测量的基础知识（1）测量技术是指___________、___________、___________、___________的全过程。（2）测量工作的主要任务是：尽可能准确地获取___________。（3）进行测量时，首先要有___________，然后要___________，再使用___________测得被测值。（4）测量过程三要素：___________、___________、___________。
2.测量过程及变换（1）测量变换就是___________。（2）能够实现___________的元件就是我们常说的传感器。（3）在测量中能___________称自动检测。做一做
1.组建温度测量系统（1）了解温度测量系统的各组成部分。（2）将热电偶与温度显示仪相连，接通电源，将热电偶放入高温管型炉，改变炉温观察显示仪显示的温度值。（3）将双金属温度计、热电偶放入炉中，10分钟后读数，并与温度校准仪对比。（4）用温度校准仪进行校准。（5）在表中记录测量过程中的数据。
2.测量结果分析（1）不同测量方式的对比。（2）不同的温度传感器测量时中间量是什么?想一想
如果想组成一个测量精度要求较高的温度测量系统，应该选用什么类型的温度传感器?知识拓展
1.测量单位的统一有什么意义?
2.国际单位制有哪些基本单位?
3.我国的法定计量单位是国际单位制单位吗?任务二 测量系统的组成2.1 任务页学习任务描述
1.必要的器材设备（1）双金属温度计；（2）高温管型炉；（3）弹簧管压力表；（4）手操泵；（5）热电偶；（6）温度显示仪；（7）压力变送器；（8）压力显示仪；（9）FLUKe温度、压力校准仪。
2.实施内容（1）了解温度、压力等物理量的实际测量过程。（2）了解测量系统的组成：
① 模拟式测量系统；
② 数字式测量系统。
3.合格水平（1）具有强烈的安全意识。（2）熟悉并遵守电工安全操作规范。（3）掌握相关学习内容：
① 了解实际测量系统的基本组成；
② 模拟式测量系统；
③ 数字式测量系统；
④ 了解各组成部分的作用；
⑤ 了解模拟式测量系统、数字式测量系统的特点。（4）整个过程符合6S管理的要求。2.2 学习页学习目标
1.了解测量系统的基本组成。
2.掌握简单数据采集系统的构建与调试。知识要点
1.测量系统的组成基础知识（1）系统是指___________。（2）测量系统是指___________。（3）为了测量一个被测量，需要设置由___________组成的测量系统来完成。（4）一个完整的测量系统应具有___________功能、___________功能、___________功能、___________功能。（5）测量系统可分为___________和___________两种。
2.测量系统的组成（1）传感器是___________。（2）中间变换器是___________。（3）显示装置是___________。做一做
组成实际压力测量系统（1）学会压力测量系统各组成部分的使用。（2）连接压力变送器与压力显示仪，接好电源，手操泵和弹簧管压力表。（3）在压力表的量程范围内用手操泵打压。（4）对比压力显示仪与弹簧管压力表的示值。（5）在表中记录测量过程中的数据。想一想
1.如果想建立一个压力自动控制系统，应该使用什么类型的压力传感器?
2.高精度的测量系统存在误差吗?知识拓展
1.你认为测量系统的精度取决于什么装置?
2.要想提高测量精度应该采取怎样的配置?
3.压力信号的取样点靠近管道阀门处有影响吗?任务三 测量误差及仪表等级3.1 任务页学习任务描述
1.必要的器材设备（1）双金属温度计；（2）高温管型炉；（3）弹簧管压力表；（4）手操泵；（5）热电偶；（6）温度显示仪；（7）压力变送器；（8）压力显示仪；（9）FLUKe温度、压力校准仪；（10）标准弹簧管压力表；（11）压力校验台。
2.实施内容
了解温度、压力等物理量的实际校准过程并学会具体的使用方法：
① 选取双金属温度计、热电偶、温度显示仪等进行校准；
② 了解仪表精确度等级；
③ 了解误差的概念。
3.合格水平（1）具有强烈的安全意识。（2）熟悉并遵守电工安全操作规范。（3）掌握相关学习内容：
① 了解实际测量仪表的校准过程；
② 掌握绝对误差的概念；
③ 掌握相对误差的概念；
④ 掌握引用误差的概念；
⑤ 掌握仪表准确度的概念。（4）整个过程符合6S管理的要求。3.2 学习页学习目标
1.了解测量误差及仪表等级。
2.掌握误差的基本概念。知识要点
1.测量误差的基础知识（1）真值是指______________________。（2）测量值是指。（3）测量误差是指______________________。
2.测量误差的分类（1）系统误差是指______________________。（2）随机误差是指______________________。（3）粗大误差是指______________________。
3.测量误差的表示方法（1）绝对误差是______________________。（2）相对误差是______________________。（3）引用误差是______________________。（4）基本误差是______________________。（5）允许误差是______________________。（6）仪表准确度等级是______________________。做一做
实测温度测量系统的测量误差
1.先将高温管型炉升温至某一温度。
2.同时将热电偶，热电阻，双金属温度计放入炉中测温，观察示值有无偏差。
3.改变高温管型炉的温度，记录测量过程中的数据。想一想
1.表格中的最大偏差能当作测量误差吗?
2.想检验上述各温度测量仪表精度是否合格，上述实验设备是否需要补充?如果需要补充，应补充什么实验设备?知识拓展
1.查阅相关内容，了解减小测量误差的方法。任务四 传感器及基本技术性能4.1 任务页学习任务描述
1.必要的器材设备（1）双金属温度计；（2）高温管型炉；（3）弹簧管压力表；（4）手操泵；（5）热电偶；（6）温度显示仪；（7）压力变送器；（8）压力显示仪；（9）FLUKe温度、压力校准仪；（10）标准弹簧管压力表；（11）压力校验台。
2.实施内容（1）了解温度、压力等物理量的实际校准过程并学会具体的使用方法：选取双金属温度计、热电偶、温度显示仪等进行校准。（2）了解仪表基本技术性能的概念。
3.合格水平（1）具有强烈的安全意识。（2）熟悉并遵守电工安全操作规范。（3）掌握相关学习内容：
① 了解实际测量仪表的校准过程；
② 掌握基本误差、允许误差的概念；
③ 掌握灵敏度、分辨力、线性度、迟滞、重复性等性能参数的概念；
④ 学会通过校准结果计算传感器的性能参数，并判断具体仪表是否合格。（4）整个过程符合6S管理的要求。4.2 学习页学习目标
1.了解传感器的定义。
2.掌握传感器的基本技术性能。知识要点
1.传感器（1）传感器的定义是__________________________________________。（2）传感器也称作__________________________________________仪表。（3）按传感器测量的物理量来分类，可分为__________________________________________、__________________________________________、__________________________________________、__________________________________________、__________________________________________等传感器。（4）传感器的作用是__________________________________________。（5）传感器一般由__________________________________________、__________________________________________和__________________________________________组成。
2.传感器的基本技术性能（1）灵敏度是指__________________________________________。（2）分辨率是指__________________________________________。（3）线性度是指__________________________________________。（4）迟滞是指__________________________________________。（5）重复性是指__________________________________________。（6）动态响应时间是指__________________________________________。（7）频率响应范围是指__________________________________________。做一做
1.实际校准压力传感器的技术性能指标（1）将压力变送器的输出信号接到标准毫安表上。（2）调零：不加压力调整调零电位器，使输出信号为4mA。（3）调量程：用手操泵打压，使标准压力表读数保持在5MPa，调整量程电位器，使输出信号为20mA。反复调整2～3次。（4）在表中记录校准过程中的数据。
2.校准结果分析（1）计算基本误差、允许误差。（2）计算迟滞、重复性误差。（3）计算线性度。（4）判断该压力变送器是否合格。想一想
1.如果该压力变送器校准结果超差，不合格，能够调整为合格吗?
2.如果该压力变送器校准结果超差，可以降级使用吗?知识拓展
1.了解工控领域世界知名的压力变送器品牌有哪些?价格大约是多少?
2.日本横河电机生产的压力变送器承诺的校准周期是多长时间?任务五 测量系统的抗干扰技术5.1 任务页学习任务描述
1.必要的器材设备（1）双金属温度计；（2）高温管型炉；（3）弹簧管压力表；（4）手操泵；（5）热电偶；（6）温度显示仪；（7）压力变送器；（8）压力显示仪；（9）FLUKe温度、压力校准仪；（10）标准弹簧管压力表；（11）压力校验台。
2.实施内容（1）了解实际测量过程干扰的来源：
① 了解干扰的种类；
② 了解干扰的途径；
③ 了解抗干扰的措施；
④ 选取双金属温度计、热电偶、温度显示仪等进行实际测量操作，并分析其中采取了哪些抗干扰的措施。（2）对测量结果进行计算，并对具体的传感器合格与否做出判断。
3.合格水平（1）具有强烈的安全意识。（2）熟悉并遵守电工安全操作规范。（3）掌握相关学习内容：
① 了解实际测量过程干扰的来源和种类；
② 掌握常用抗干扰的措施：隔离、浮空、屏蔽、接地、滤波等；
③ 掌握信号导线的抗干扰方法。（4）整个过程符合6S管理的要求。5.2 学习页学习目标
1.了解干扰的来源、干扰的途径。
2.掌握抗干扰的措施。知识要点
1.干扰的来源、干扰的途径（1）外部干扰来自仪表外部，如______________、______________、______________、______________、______________等各种领域。（2）内部干扰来自仪表内部，如______________、______________、______________、______________、______________。（3）干扰的途径是指______________的耦合方式，耦合方式主要有______________、______________、______________、______________、______________。
2.抗干扰的措施（1）形成干扰的三个因素是______________、______________、______________。（2）抗干扰的措施有______________、______________、______________、______________、______________、______________和______________。（3）隔离的方法有______________、______________、______________。（4）浮空是指______________。（5）屏蔽是指______________。（6）屏蔽分为______________、______________。（7）接地是指______________。（8）滤波电路有两类，即______________、___________________。做一做
1.分析实际测量系统中干扰的可能来源（1）分析实际的温度、压力测量系统会遇到哪些干扰。（2）了解外部干扰的类型。（3）了解内部干扰的类型。
2.观察实际测量系统采取的抗干扰措施想一想
1.当信号线和动力线平行敷设时，会形成干扰吗?若形成干扰，是什么类型的干扰?
2.有屏蔽层的导线对磁场干扰有减弱的作用吗?知识拓展
1.查阅相关内容，了解智能仪表采取了哪些抗干扰措施。
2.了解信号导线的抗干扰方法。任务六 电阻应变片传感器6.1 任务页学习任务描述
1.提出任务
在港口码头、矿山、建筑工地等地方，广泛使用着各种各样的起重机械。如固定式起重机、可移动旋转起重机、臂架式起重机、汽车起重机等都是常见的起重设备。
2.引导任务
为了提高生产效率，需要充分发挥吊车的能力，最大限度地吊运货物，同时又要防止超载，因此需要严格监控吊运货物的质量和钢丝绳受力情况。为了满足上述要求就需要用到应变片传感器。任务实施
1.实施步骤（1）教学组织
教师讲解完毕后，让小组组长分列站好，听到老师指令后按照老师演示的动作规范操作。分组实训：每3人一组，每组小组长一名。（2）主要器材/主要工具
① 拉力应变片传感器、应变片传感器实验模块；
② 直流稳压电源；
③ 共用电路模块、单片机MCS51编程主机。（3）任务要求
① 查阅相关资料与学习页，设计出符合要求的电路。
② 在实验万能板上安装焊接电路。
调试中碰到的问题：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
解决的方法：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
③ 要求焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净、无毛刺；引脚加工尺寸及成形符合工艺要求；导线长度、剥头长度符合工艺要求，芯线完好，捻头镀锡。（4）根据实际情况装配电路板知识要点
① 应变是物体在外部________或_________作用下发生形变的现象。
② 当外力去除后物体又能_________恢复其原来的___________和___________的应变称为弹性应变。
③ 应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为__________变化的传感器。
④ 应变式传感器的基本工作原理：当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件在力、力矩或压力等作用下发生__________，变换成相应的应变或________，然后传递给与之相连的应变片，将引起应变敏感元件的电阻值发生变化，通过转换电路变成___________输出。输出的电量大小反映了_____________的大小。
⑤ 利用材料应变量与其电阻变化量成___________的原理制成的器件称电阻应变片（计）。
⑥_____________________为金属丝材的应变灵敏系数。
⑦ 金属材料的应变效应主要由______________造成，K主要由m前半部分______________组成，K在______________之间；半导体m材料的应变效应主要由______________造成，因为πE＞＞（1+2μ），通常K可达______________。s
⑧ 应变片可分为______________应变片及______________应变片两大类。前者可分成金属______________、______________、______________三种。
⑨ 电阻应变片的温度误差是由______________的改变给测量带来的附加误差。产生电阻应变片温度的主要原因有：______________的影响；______________的影响。
⑩ 最常用、最有效的电阻应变片温度误差补偿方法是______________法。
⑪ 电桥的输出电压U仅与______________有关，而与环境温度o无关。
⑫ 当电源电压和电阻相对变化量 ΔR/R 一定时，电桥输出电压11及其灵敏度为______________，且与各桥臂电阻大小______________。
⑬ 电阻应变片传感器用电桥补偿法要完全补偿要满足什么条件?
⑭ 直流电桥电路在测试时，如果只有一个臂R工作时，结果是2什么样的?
⑮ 回忆电阻应变片在使用过程中有什么主意事项。综合评定
1.自我评价（1）本节课我学会和理解了什么?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（2）我最大的收获是什么?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（3）我的课堂体会是什么?快乐（）沉闷（）（4）学习工作页是否填写完毕?是（）否（）（5）工作过程中能否与他人互帮互助?能（）否（）
2.小组评价（1）学习页是否填写完毕?
评价情况：是（）否（）（2）学习页是否填写正确?
错误个数：1（）2（）3（）4（）5（）6（）7（）8（）（3）工作过程当中有无危险动作和行为?
评价情况：有（）否（）（4）能否主动与同组内其他成员积极沟通并协助其他成员共同完成学习任务?
评价情况：能（）不能（）（5）能否主动执行作业现场6S要求?
评价情况：能（）不能（）
3.教师评价综合考核评比表6.2 学习页学习目标
1.应变效应（1）应变效应。（2）应变片传感器工作原理。
2.应变片结构和种类（1）丝式。（2）箔式。（3）薄膜式。
3.应变片传感器测量电路（1）单臂半桥电桥。（2）双臂半桥电桥。（3）全桥电路。相关知识
1.电阻应变式传感器基础知识
1）应变效应
应变（Stress）是物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象。当外力去除后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状的应变称为弹性应变。具有弹性应变特性的物体称为弹性元件。
应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器由在弹性元件（感知应变）上粘贴电阻应变敏感元件（将
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]