Illustrated Sensor and Instrument Applications (2nd Edition)

Sensors and instruments are devices or components that use various physical effects, chemical effects (or reactions) and biological effects to achieve the conversion of non-electrical quantities into electrical quantities. Sensors and instruments play an irreplaceable role in modern science and technology, industrial and agricultural production and human daily life, and play an extremely important role in the national economy. This book introduces the basic working principles, characteristic parameters and application cases of sensors and instruments in four aspects: thermal engineering, mechanical engineering, chemical engineering and photoelectric engineering. This book can be read by engineering, technical, management and maintenance personnel in related fields such as sensors and instruments. It can also be used as a tutorial book for teachers and students in automation, electronics, electrical engineering, computer, mechatronics and other majors. Preface Chapter 1 Overview of Sensors and Instruments 1 1.1 Sensor and Instrument Functions 1 1.1.1 Definition and Function of Sensors 1 1.1.2 Mathematical Model, Characteristics and Technical Specifications of Sensors 4 1.1.3 Definition of Instruments 6 1.1.4 Relationship between Sensors and Instruments 8 1.2 Working Principle of Resistive Sensors 9 1.2.1 Definition of Resistive Sensors 9 1.2.2 Working Principle of Strain Sensors 9 1.2.3 DC Bridge Measurement Circuit of Strain Gauges 10 1.3 Working Principle of Inductive Sensors 11 1.3.1 Inductive Sensors 11 1.3.2 Self-Inductive Sensors 12 1.3.3 Mutual Inductive Sensors (Differential Transformers) 12 1.3.4 Eddy Current Sensors 13 1.3.5 Piezomagnetic Sensors 14 1.4 Working Principle of Capacitive Sensors 15 1.4.1 Definition of Capacitive Sensors 15 1.4.2 Capacitive Sensors with Changing Plate Coverage Area 15 1.4.3 Capacitive sensor that changes the dielectric constant of the medium 16 1.4.4 Capacitive sensor that changes the distance between the plates 17 1.5 Interface circuits between sensors and instruments 18 1.5.1 Characteristics of sensor output signals 18 1.5.2 Common sensor interface circuits 19 1.5.3 Anti-interference technology 20 Thinking and practice 21 Chapter 2 Application of thermal sensors and instruments 23 2.1 Flow sensors and instruments 23 2.1.1 Concept of flow measurement 23 2.1.2 Working principle, selection and installation of electromagnetic flowmeter 27 2.1.3 Application of elbow flowmeter in small flow measurement 33 2.1.4 Selection and calibration correction of glass rotor flowmeter 35 2.2 Temperature sensors and instruments 37 2.2.1 Basic concepts of temperature sensors and instruments 37 2.2.2 Types and applications of thermistors 39 2.2.3 Thermal resistor sensors and their applications 42 2.2.4 Thermocouple sensors and their applications 45 2.2.5 Integrated temperature sensor and its application 48 2.3 Pressure sensor and instrument 50 2.3.1 Concept of fluid pressure 50 2.3.2 Piezoresistive sensor and its application 51 2.3.3 Selection of pressure sensor 54 2.3.4 Testing and maintenance of 1151 series capacitive pressure and differential pressure transmitter 57 2.3.5 Installation, commissioning and troubleshooting of double flange intelligent differential pressure transmitter 59 2.4 Liquid level sensor and instrument 66 2.4.1 Concept of liquid level and liquid level sensor 66 2.4.2 Boiler electrode liquid level sensor 67 2.4.3 Ultrasonic liquid level sensor 69 Thinking and practice 71 Chapter 3 Mechanical sensor and instrument application 73 3.1 Hall sensor 73 3.1.1 Concept of Hall sensor 73 3.1.2 Measurement circuit of Hall element 75 3.1.3 Application of Hall sensor in mechanical equipment 77 3.2 Angle encoder 80 3.2.1 Classification of angle encoder 80 3.2.2 Application of encoders in digital speed measurement 82 3.2.3 Application of encoders in displacement measurement 83 3.2.4 Other applications of encoders 87 3.2.5 Encoder installation methods 89 3.3 Vibration sensors 91 3.3.1 Concept of vibration test and vibration sensor 91 3.3.2 Eddy current sensor 93 3.3.3 Piezoelectric sensor 95 3.3.4 VT800 dynamic balancer 99 3.4 Tension sensor 102 3.4.1 Typical tension control system 102 3.4.2 Tension sensor and tension signal 103 3.4.3 Application of TC818 tension controller 105 Thinking and Exercises 117 Illustrated Sensor and Instrument Application 2nd Edition Contents Chapter 4 Chemical Sensor and Instrument Application 120 4.1 Gas Sensor 120 4.1.1 Concept and working principle of gas sensor 120 4.1.2 Gas sensor for combustible gas 124 4.1.3 Application of gas sensor 127 4.2 Smoke Sensor 129 4.2.1 Basic Concepts 129 4.2.2 Application of Smoke Sensor in Hotel Fire Automatic Alarm System 130 4.3 Humidity and Moisture Sensor 131 4.3.1 Humidity and Humidity Sensor 131 4.3.2 Moisture Content Detection Method 134 4.3.3 Application of Humidity Sensor 135 4.4 pH Sensor 136 4.4.1 pH Concept and Sensor 136 4.4.2 Online pH Sensor 137 Thinking and Exercise 141 Chapter 5 Photoelectric Sensor and Instrument Application 142 5.1 Photoelectric Sensor and Photoelectric Switch 142 5.1.1 Overview of Photoelectric Sensor and Photoelectric Switch 142 5.1.2 Application of Photosensitive Devices 147 5.1.3 Wiring Method of Photoelectric Switch 149 5.1.4 Specific Application of Photoelectric Switch 151 5.2 Fiber Optic Sensor 156 5.2.1 Working Principle of Fiber Optic Sensor 156 5.2.2 Classification of Fiber Optic Sensor 157 5.2.3 Application of fiber optic sensors in various industries 159 5.3 Laser sensors 161 5.3.1 Principle of laser sensors 161 5.3.2 Application of laser sensors in industry 165 5.4 Visual sensors 171 5.4.1 Principle of visual sensors 171 5.4.2 Linear array CCD scanning to achieve high-precision measurement of two-dimensional dimensions of parts 174 5.4.3 Structure and working principle of visual inspection system 176 5.4.4 Design of a robot vision system module 177 5.4.5 Application of iVu series visual sensors in label inkjet detection 179 Thinking and practice 180 Appendix 182 Appendix A Industrial thermal resistor graduation table 182 Appendix B Nickel-nickel silicon (nickel aluminum) K-type thermocouple graduation table (free end temperature is 0°C) 184 Appendix C Some optical fiber and sensor information of Banner Company 185 References 193