非电量电测技术上册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

《非电量电测技术（上册）》图书简介 本书是“非电量电测技术”系列著作的上册，旨在为读者系统性地介绍将各种非电物理量（如温度、压力、位移、力、流量、液位、应变、磁性等）转换为电信号并进行测量、处理、传输和显示的技术。 本册重点关注非电量电测领域的基础理论、核心传感器原理、经典测量电路设计以及系统搭建的关键要素，为深入理解和掌握现代电测技术奠定坚实的基础。 第一章 绪论 本章首先阐述了非电量电测技术在现代工业、科研、医疗、环保等众多领域的广泛应用及重要性，引出将物理量转化为电量进行测量和控制的必要性。 接着，对非电量电测技术的发展历程进行了简要回顾，从早期机械式测量方法过渡到现代基于传感器的电子测量技术，突显了电测技术的进步。 随后，系统性地介绍了非电量电测技术的基本概念，包括被测量、传感器、信号调理、数据采集、信号处理和显示输出等关键环节。 最后，强调了选择合适传感器和设计高效测量电路在整个测量系统中的核心作用，为后续章节的学习奠定理论基础。 第二章 传感器的基本原理与分类 本章深入探讨了传感器的核心作用——将物理量转换为电信号，并对其基本原理进行了详细阐述。 详细介绍了传感器工作时所依据的各种物理效应，如压电效应、热电效应、磁致伸缩效应、霍尔效应、光电效应、压阻效应、电阻效应、电容效应、电感效应等。 每一个效应都通过具体的物理模型和数学公式进行解释，力求使读者理解其内在联系。 随后，根据不同的分类标准，对传感器进行了详细的分类。 一是按被测量分类，如温度传感器、压力传感器、位移传感器、力传感器、流量传感器、液位传感器、气体传感器、生物传感器等，并对各类传感器的代表性产品及其主要特点进行了介绍。 二是按工作原理分类，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器、半导体传感器等。 本章还强调了传感器的主要技术指标，如灵敏度、线性度、迟滞、重复性、响应时间、稳定性、测量范围、精度等，并解释了这些指标对测量结果准确性和可靠性的影响。 第三章 电阻式传感器的原理与应用 本章聚焦于应用最为广泛的电感式传感器。 首先，详细阐述了电感式传感器的工作原理，包括互感式和自感式两种基本类型，以及磁芯、线圈等关键构成部分的电感变化机理。 随后，深入分析了影响电感式传感器性能的因素，如气隙变化、磁芯材料、线圈匝数、频率等，并提供了优化设计的方法。 接着，本章重点介绍了线绕式、薄膜式、金属箔式、半导体应变式等多种常见的电阻式传感器类型。 对于每一种类型，都详细解释了其工作原理、结构特点、材料选择以及优缺点。 以电阻式温度传感器（RTD）为例，详细介绍了铂、铜、镍等材料的电阻-温度特性曲线，以及其在不同温度范围内的应用。 对于电阻式压力传感器，则阐述了其通过压力引起电阻变化的原理，并介绍了薄膜式和应变片式压力传感器的结构和工作方式。 此外，还介绍了用于测量位移、力、应变等物理量的电阻式传感器，并结合实际应用案例，如电位器式位移传感器、电阻应变片式力传感器等，展示了其具体的应用场景和技术优势。 第四章 电容式传感器的原理与应用 本章专注于电容式传感器的原理和广泛应用。 首先，详细阐述了电容式传感器的工作原理，即通过被测量的变化引起电容值的改变，进而转化为电信号。 重点介绍了电容式传感器的工作机理，包括极板间距离变化、介电常数变化、极板面积变化等三种基本形式。 随后，深入分析了影响电容式传感器性能的因素，如极板几何形状、介质特性、测量频率、寄生电容等，并提供了优化设计的方法。 接着，本章详细介绍了不同类型的电容式传感器，包括单极板式、双极板式、差动式等。 重点介绍了电容式位移传感器、液位传感器、压力传感器、湿度传感器以及气体传感器等。 以电容式位移传感器为例，详细阐述了其通过改变极板间距离来测量位移的原理，并分析了其在精密测量中的优势。 对于电容式液位传感器，则介绍了其通过液位变化改变介质介电常数来测量液位的不同方式。 此外，还介绍了电容式加速度传感器、力传感器等，并结合实际应用案例，如电容式触摸屏、电容式麦克风等，展示了其在消费电子和精密仪器领域的突出表现。 第五章 电感式传感器的原理与应用 本章深入探讨了电感式传感器的工作原理及其在各领域的应用。 首先，详细阐述了电感式传感器的工作原理，即利用被测量的变化引起电感值的改变，进而转化为电信号。 重点介绍了电感式传感器的工作机理，包括线圈参数变化、磁路变化以及电磁耦合变化等。 随后，深入分析了影响电感式传感器性能的因素，如气隙变化、磁性材料、线圈结构、测量频率等，并提供了优化设计的方法。 接着，本章详细介绍了不同类型的电感式传感器，包括互感式传感器、自感式传感器、差动变压器式传感器等。 重点介绍了电感式位移传感器、角位移传感器、压力传感器、转速传感器以及磁性材料测量传感器等。 以电感式位移传感器（LVDT）为例，详细阐述了其通过改变磁芯位置来测量位移的原理，并分析了其在高精度、高稳定性和环境适应性方面的优势。 对于电感式压力传感器，则介绍了其通过波纹管等形变元件带动磁芯变化来测量压力的不同方式。 此外，还介绍了电感式流量传感器、液位传感器等，并结合实际应用案例，如电感式触摸控制器、电感式接近开关等，展示了其在工业自动化和消费电子领域的广泛应用。 第六章 压电式传感器的原理与应用 本章聚焦于压电式传感器的原理及其在动态测量领域的独特优势。 首先，详细阐述了压电式传感器的工作原理，即利用压电材料在受力时产生电荷的压电效应，将力或压力转换为电信号。 重点介绍了压电效应的正压电效应和逆压电效应，以及不同压电材料（如石英、锆钛酸铅等）的特性。 随后，深入分析了影响压电式传感器性能的因素，如压电材料的压电常数、电极形状、连接电缆的电容和漏电阻等，并提供了优化设计的方法。 接着，本章详细介绍了不同类型的压电式传感器，包括压电式加速度传感器、力传感器、压力传感器、振动传感器以及声波传感器等。 以压电式加速度传感器为例，详细阐述了其通过测量受力引起的电荷量来计算加速度的原理，并分析了其在测量高频振动和冲击方面的优势。 对于压电式力传感器，则介绍了其通过测量受力在压电晶体上产生的电荷来测量力的不同方式。 此外，还介绍了压电式气体传感器、红外传感器等，并结合实际应用案例，如超声波换能器、压电点火器等，展示了其在声学、医疗和安全领域的广泛应用。 第七章 磁致伸缩式传感器的原理与应用 本章重点介绍磁致伸缩式传感器的原理及其在位移测量领域的应用。 首先，详细阐述了磁致伸缩式传感器的工作原理，即利用磁致伸缩材料在磁场作用下产生形变（伸长或缩短）的特性，将磁场的变化或位移转换为电信号。 重点介绍了磁致伸缩效应的产生机理，以及不同磁致伸缩材料（如Terfenol-D等）的特性。 随后，深入分析了影响磁致伸缩式传感器性能的因素，如磁场强度、施加的预应力、材料的磁导率和磁致伸缩系数等，并提供了优化设计的方法。 接着，本章详细介绍了磁致伸缩式位移传感器。 详细阐述了其工作模式，包括通过测量脉冲信号在磁致伸缩材料中传播的时间来确定磁性标记的位置，从而实现高精度、非接触式位移测量。 分析了其在长行程、高精度位移测量方面的优势，以及在工业自动化、机器人和精密机械中的应用。 第八章 光电式传感器的原理与应用 本章详细阐述了光电式传感器的基本原理和广泛应用。 首先，介绍了光电效应，包括光电导效应、光伏效应和光发射效应，以及这些效应如何将光信号转换为电信号。 随后，详细讲解了光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电耦合器等基本光电器件的工作原理、特性曲线以及选择要点。 接着，本章重点介绍了基于光电效应的各类传感器，包括光电编码器（用于测量位移和角位移）、光电开关（用于检测物体）、光电测距仪（用于测量距离）、光电式液位传感器、光电式气体传感器等。 以光电编码器为例，详细阐述了其工作原理，分析了其在工业自动化中的应用，以及增量式和绝对式编码器的区别。 对于光电开关，则介绍了其在自动化生产线上的检测应用。 此外，还介绍了光电式温度传感器（如红外测温仪）、光电式压力传感器等，并结合实际应用案例，如条形码扫描仪、光学鼠标等，展示了其在信息采集和人机交互中的重要作用。 第九章 霍尔效应传感器的原理与应用 本章聚焦于霍尔效应传感器的原理和在磁场测量以及其他领域的应用。 首先，详细阐述了霍尔效应，即当载流导体在垂直于电流方向的磁场中时，会在垂直于电流和磁场方向的两侧产生电势差，即霍尔电压。 重点介绍了霍尔效应的产生机理、霍尔电压与磁场强度的关系以及影响因素。 随后，详细介绍了霍尔元件的结构、材料选择和基本工作方式。 接着，本章重点介绍了基于霍尔效应的各类传感器，包括霍尔式磁场传感器（用于测量磁场强度）、霍尔式位移传感器、霍尔式电流传感器、霍尔式速度传感器、霍尔式开关等。 以霍尔式电流传感器为例，详细阐述了其利用电流产生的磁场引起霍尔效应来间接测量电流的原理，分析了其隔离测量、响应速度快的特点。 对于霍尔式位移传感器，则介绍了其通过测量磁场变化来检测位移。 此外，还介绍了霍尔式转速传感器、角度传感器等，并结合实际应用案例，如无触点开关、汽车传感器（如曲轴位置传感器）等，展示了其在无触点检测、智能化控制中的广泛应用。 第十章 信号调理电路的设计 本章重点阐述了信号调理电路的设计，这是连接传感器和后续数据采集/处理单元的关键环节。 首先，介绍了信号调理的目的和作用，即对传感器输出的原始信号进行放大、滤波、隔离、线性化、偏移补偿等处理，使其符合后续电路的要求。 随后，详细介绍了放大电路的设计，包括直流放大器、交流放大器、仪表放大器等，分析了其在提高信号幅度和信噪比方面的作用。 接着，重点讲解了滤波电路的设计，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器，以及其在消除干扰、提取有用信息方面的作用。 此外，还介绍了线性化电路（用于补偿传感器的非线性输出）、隔离电路（用于保护后端电路和提高抗干扰能力）、参考电压生成电路以及偏移补偿电路等。 本章通过具体电路图例和设计方法，指导读者如何根据不同传感器的特性和测量要求，设计出满足精度和稳定性的信号调理电路。 本书的上册内容详尽，为读者提供了坚实的理论基础和实践指导，是从事非电量电测技术研究、开发和应用人员的必备参考。