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第1部分 一般概念3

第1章 不同种类的测量仪器应用3

1.1 为什么要研究测量系统3

1.2 测量应用分类4

1.3 计算机辅助机器和过程7

1.4 结论7

习题7

参考文献8

第2章 测量仪器的广义化结构和功能描述10

2.1 仪器的功能元件10

2.2 有源传感器和无源传感器13

2.3 模拟和数字工作方式15

2.4 归零法和偏移法15

2.5 仪器和测量系统的输入-输出结构16

干扰输入和修正输入的校正方法19

2.6 结束语28

习题28

第3章 仪器的广义化性能特征30

3.1 序言30

3.2 静特性和静态标定30

静态标定的意义30

被测值与真值的关系32

基本统计学知识34

最小二乘标定曲线40

标定精确度与安装精确度的关系46

在总的系统精确度计算中组合元件误差49

用实验试验米验证理论53

测量误差对制造中质量控制决策的影响54

静态灵敏度56

计算机辅助标定和测量：多次回归58

线性63

阈值、噪声底限、分辨率、迟滞和死区64

刻度可读性67

跨度67

广义静态刚度和输入阻抗：负载效应68

关于静特性的结束语76

3.3 动特性77

测量系统的广义数学模型77

动态响应分析的数字仿真方法78

算子传递函数79

正弦传递函数80

零阶仪器81

一阶仪器82

一阶仪器的阶跃响应84

一阶仪器的斜坡响应89

一阶仪器的频率响应91

一阶仪器的脉冲响应94

二阶仪器97

二阶仪器的阶跃响应99

二阶仪器的有限斜坡响应100

二阶仪器的斜坡响应103

二阶系统的频率响应103

二阶仪器的脉冲响应104

空载时间元件106

频率响应曲线的对数坐标图107

一般形式的仪器对周期输入的响应112

一般形式的仪器对瞬态输入的的响应117

幅值调制信号的频谱125

随机信号的特性134

保证精确测量而对仪器传递函数提出的要求146

使用计算机仿真选择传感器149

动态数据的数字修正152

测量系统参数的实验确定152

动态条件下的负载效应158

习题161

参考文献166

第2部分 测量装置171

第4章 运动和尺寸的测量171

4.1 概述171

4.2 基本标准171

4.3 相对位移：平动和转动173

标定173

电阻式电位计175

电阻应变片182

差动变压器191

同步器和分解器199

可变电感式和可变磁阻式传感器202

涡流非接触式传感器205

电容传感器207

压电传感器215

光电装置221

照相成像技术和电子成像技术236

光弹性、脆性涂层及莫尔条纹应力分析技术241

位移-压力（喷嘴挡板）传感器242

数字式位移传感器（平动式编码器和旋转式编码器）247

超声波传感器253

4.4 相对速度的测量——平动和转动255

标定255

采用位移电压信号的电微分得到速度256

从测量的△x和△t得到平均速度256

飞球（离心）机械角速度传感器258

机械转数计数器和计时器259

转速计编码器方法259

基于激光的方法260

雷达（微波）速度传感器261

频闪法262

平动速度传感器（动圈式传感器和动铁式传感器）262

测量转速的直流测速计发电机263

测量转速的交流测速计发电机264

涡流托杯式测速计265

4.5 相对加速度测量266

4.6 地震式（绝对）位移传感器266

4.7 地震式（绝对式）速度传感器269

4.8 地震式（绝对式）加速度传感器（加速度计）270

偏转型加速度计271

零位平衡（伺服）式加速度计278

用于惯性导航的加速度计282

加速度计对试验物体的机械负载282

激光多普勒振动计282

4.9 振动传感器的标定283

4.10 冲击传感器286

4.11 摆式（重力参考式）角位移传感器287

4.12 陀螺仪（绝对式）角位移和速度传感器290

4.13 坐标测量机301

4.14 表面光洁度测量307

4.15 机器视觉312

4.16 全球定位系统（GPS）318

习题319

参考文献325

第5章 力、力矩和轴功率的测量326

5.1 标准和标定326

5.2 测力基本方法327

5.3 弹性力传感器的特性332

粘贴式应变片传感器336

差动变压器式传感器340

压电传感器340

可变磁阻／调频振荡器数字系统343

负载效应344

5.4 矢量力和力矩分解为直角分量345

5.5 转轴力矩测量350

5.6 轴功率的测量（测功计）355

5.7 陀螺力和陀螺力矩测量357

5.8 振弦力传感器357

习题358

参考文献361

第6章 压力和声的测量362

6.1 标准和标定362

6.2 压力测量的基本方法364

6.3 静重压力计和流体压力计364

流体压力计的动态特性369

6.4 弹性传感器376

6.5 振动缸和其他谐振传感器388

6.6 体积和连接管的动态效应389

液体系统，强阻尼，慢作用389

液体系统，适度阻尼，快作用391

管体积为室体积一小部分的气体系统394

管体积与室体积具有可比性的气体系统396

无限长管线压力探头396

结论397

6.7 压力测量系统的动态试验397

6.8 高压测量402

6.9 低压（真空）测量403

膜片压力计403

麦克劳压力计405

努森压力计406

动量传递（粘度）压力计407

热导率压力计407

电离压力计410

双压力计技术411

6.10 声测量411

声级计412

麦克风414

电容麦克风的压力响应417

声强425

声发射427

6.11 压力信号多路复用系统427

6.12 其他专题429

压力分布429

压力计和传感器的过压保护431

习题431

参考文献433

第7章 流量测量434

7.1 局部流速的大小和方向434

流体可视化434

用皮托静压管测量的速度值436

用偏航管、回转叶片和伺服球测量的速度方向443

动态风矢量指示仪446

热线和热膜风速计447

热膜冲击管速度传感器458

激光多普勒风速计（LDA）459

7.2 总体积流率462

标定和标准462

定面积、变压降仪表（“阻塞”式仪表）465

平均皮托管474

恒压降、变面积仪表（转子流量计）475

涡轮流量计477

容积式流量计480

计量泵482

电磁流量计483

阻力流量计486

超声波流量计486

涡街流量计491

其他主题493

7.3 总质量流率495

体积流量计加密度测量495

直接质量流量计498

习题504

参考文献506

第8章 温度和热流测量508

8.1 标准与标定508

8.2 热膨胀法513

双金属温度计514

液体玻璃温度计515

压力温度计516

8.3 热电传感器（热电偶）518

普通热电偶524

参考结的考虑526

特殊材料、结构和技术528

8.4 电阻传感器535

导电传感器（电阻温度计）535

体半导体传感器（热敏电阻器）540

8.5 结半导体传感器543

8.6 数字温度计546

8.7 辐射法546

辐射原理基础547

辐射探测器：热型和光子型551

非斩波（直流）宽带辐射温度计560

斩波（交流）宽带辐射温度计564

斩波（交流）选带（光子）辐射温度计565

自动零平衡辐射温度计568

单色亮度辐射温度计（光学高温计）568

二色辐射温度计570

顶端黑体光纤辐射温度计571

荧光光学温度测量573

红外成像系统574

8.8 流动流体温度测量问题576

传导误差576

辐射误差578

速度效应581

8.9 温度传感器的动态响应584

温度传感器的动态补偿587

8.10 热通量传感器587

嵌块式（热量计）传感器587

稳态或渐近线式传感器（高尔登应变片）591

应用方面的考虑592

习题592

参考文献594

第9章 其他量的测量595

9.1 时间、频率和相角的测量595

9.2 液位601

9.3 湿度606

9.4 化学成分608

9.5 电流和功率测量610

9.6 应用“观测器”测量一个物理系统中难接近的变量612

9.7 传感器融合（互补滤波）621

绝对角度测量622

习题626

参考文献627

第3部分 数据的处理、传输和记录631

第10章 处理、计算和补偿装置631

10.1 电桥电路631

10.2 放大器635

运算放大器636

仪器放大器641

互导放大器和互阻抗放大器644

噪声问题、屏蔽和接地644

斩波放大器、斩波器稳定放大器和载波放大器646

电荷放大器和阻抗转换器647

结束语649

10.3 滤波器651

低通滤波器651

高通滤波器656

带通滤波器656

带阻滤波器657

数字滤波器657

用于海洋学传感器的液压带通滤波器660

用于加速度计的机械滤波器661

统计平均滤波662

10.4 积分和微分663

积分663

微分664

10.5 动态补偿670

10.6 定位系统674

10.7 加减运算681

10.8 乘除运算682

10.9 函数的生成和线性化685

10.10 幅值调制和解调687

10.11 电压-频率转换器和频率-电压转换器688

10.12 模-数转换器和数-模转换器；采样／保持放大器688

10.13 信号和系统分析器（频谱分析器）696

习题699

参考文献701

第11章 数据传输与仪器连接702

11.1 模拟电压和电流信号的电缆传输702

11.2 数字数据的电缆传输705

11.3 光纤数据传输706

11.4 无线电遥测技术706

11.5 气动传输711

11.6 同步位置转发器系统711

11.7 滑环和旋转变压器713

11.8 仪器连接715

11.9 利用延时回放技术的数据存储（数据传输的另一种方法）717

习题718

参考文献718

第12章 电压指示记录设备719

12.1 标准和标定719

12.2 模拟电压表和电位计720

12.3 数字电压表和万用表724

12.4 机电伺服类XT记录仪和XY记录仪728

12.5 热阵式记录仪和数据采集系统729

12.6 模拟和数字阴极射线示波器／显示器和液晶平板显示器730

12.7 虚拟仪器733

12.8 磁带和磁盘记录器／复现器734

参考文献738

第13章 PC机用数据采集系统739

13.1 数据采集卡的基本特点739

13.2 数据采集处理软件DASYLab740

DASYLab功能模块741

功能模块的列表和简单说明742

13.3 DASYLab仿真例一744

模拟传感器信号并记录信号对时间的关系744

在选定的时间点停止实验746

图表记录器选项746

生成表格或列表746

模拟和数字仪表747

一些简单的数据处理操作747

积分和微分747

13.4 DASYLab仿真例二748

运行演示751

13.5 DASYLab仿真例三753

运行示例755

13.6 一个使用DASYLab的简单实际实验757

第14章 用于微纳米技术的测量系统764

14.1 微尺度传感器765

14.2 微运动定位系统767

14.3 颗粒仪器和净室技术774

14.4 真空过程中的分压测量781

14.5 晶片传送器用磁悬浮系统789

14.6 扫描探针显微镜794

参考文献800