Introduction to sensors for electrical and mechanical engineers

Cover......Page 1
Half Title......Page 2
Title Page......Page 4
Copyright Page......Page 5
Dedication......Page 6
Contents......Page 8
Preface......Page 14
  1.1.1 What is a sensor?......Page 16
  1.1.2 Block algebra......Page 17
  1.2.1 Steady state......Page 22
  1.2.2 Steady-state characteristic......Page 23
  1.2.4 Accuracy......Page 24
  1.2.5 Instrument accuracy......Page 25
  1.2.6 Sensitivity......Page 27
  1.3.1 Transient responses......Page 28
  1.3.2 Ramp responses......Page 31
  1.3.3 Frequency characteristics......Page 32
 1.4 Uncertainty of measurements......Page 34
  1.4.1 Uncertainty type A......Page 35
  1.4.2 Uncertainty type B......Page 36
  1.4.3 Law of propagation of uncertainty......Page 38
  1.4.4 Example for a more complicated connection......Page 40
 2.1 Voltage signals......Page 44
 2.2 Current signals......Page 46
  2.3.1 DC bridges......Page 47
  2.3.2 AC bridges......Page 53
  2.3.3 Differential bridges......Page 54
 2.4 Difference amplifier......Page 55
 2.5 Instrumentation amplifier......Page 56
 3.1 Resistive temperature detectors (RTD)......Page 58
  3.1.1 Platinum RTDs......Page 60
  3.1.2 Nickel RTDs......Page 65
  3.1.3 Copper RTDs......Page 67
 3.2 Thermistors......Page 68
  3.3.1 Two-wire connection......Page 72
  3.3.2 Three-wire connections......Page 73
  3.3.3 Two-wire with compensating loop......Page 74
  3.3.4 Four-wire connections......Page 75
 3.4 Thermocouples......Page 76
  3.4.1 Thermocouple installation......Page 78
  3.4.2 Cold-junction box......Page 81
 3.5 Temperature-sensor placement......Page 83
4. Temperature—non-contact......Page 88
 4.2 Materials for IR optics......Page 94
 4.3 Monochromatic pyrometers......Page 95
 4.4 Total radiation pyrometers......Page 97
 4.5 IR thermometers......Page 98
 4.6 Principles of correct use of IR thermometers......Page 100
 5.1 Metallic strain gauges......Page 104
  5.1.1 The importance of temperature compensation......Page 107
  5.1.2 Strain-gauge rosettes......Page 109
 5.2 Semiconductor strain gauges......Page 110
 5.3 Circuits for strain gauges......Page 111
 5.4 Strain-gauge placement......Page 115
 5.5 Load cells and example applications......Page 117
 6.1 Torque dynamometer......Page 120
 6.2 Electronic torque sensors......Page 121
7. Position......Page 124
 7.1 Resistive sensor......Page 125
  7.1.1 Relative error of resistive position sensor......Page 126
  7.1.3 Types of resistive position sensors......Page 127
  7.2.1 Small air gap sensor......Page 129
  7.2.2 Linear variable differential transformer (LVDT)......Page 131
  7.2.3 Resolver......Page 132
 7.3 Capacitive sensors......Page 135
 7.4 Magnetic (Hall) sensors......Page 140
 7.5 Optical sensors......Page 141
 7.6 Incremental rotary encoders (IRC)......Page 143
 7.7 Absolute rotary encoders......Page 145
 7.8 Microwave position sensor (radar)......Page 146
 7.9 Interferometers......Page 149
  7.10.1 Inductive proximity sensors......Page 150
  7.10.2 Capacitive proximity sensors......Page 152
  7.10.3 Optical proximity sensors......Page 154
 8.1 Electromagnetic—tachodynamo......Page 158
 8.2 Optoelectronic speed sensors......Page 161
 8.3 Inductive speed sensors......Page 162
 8.4 Hall speed sensors......Page 163
 8.5 Stroboscopes......Page 165
 9.1 Piezoelectric acceleration sensors......Page 168
 9.2 Piezoresistive acceleration sensors......Page 169
 9.4 Capacitive accelerometers......Page 171
 9.5 Optical accelerometers......Page 173
10. Pressure......Page 174
  10.1.1 Bell-type pressure gauges......Page 175
  10.1.2 Deadweight testers......Page 176
  10.1.3 U-tube manometers......Page 177
  10.1.4 Well-type manometers (barometers)......Page 178
  10.1.5 Inclined tube manometers......Page 179
  10.1.6 Compensation vacuum meters (McLeod)......Page 180
  10.2.1 Bourdon tubes......Page 182
  10.2.2 Spring bellows pressure gauges......Page 183
  10.2.3 Diaphragm gauges......Page 184
 10.4 Ionization pressure sensors......Page 191
 10.5 Placement of pressure sensors......Page 193
11. Humidity......Page 198
 11.1 Dew point hygrometers......Page 199
 11.2 Psychrometers......Page 200
 11.3 Hygrometers with dry electrolytes......Page 203
12. Flow......Page 206
 12.1 Restriction flowmeters......Page 207
  12.1.1 Orifice plates......Page 208
 12.2 Rotameters......Page 212
 12.3 Turbine flowmeters......Page 213
 12.4 Wire anemometers......Page 214
 12.5 Ultrasonic flowmeters......Page 215
 12.6 Electromagnetic flowmeters......Page 219
 12.7 Coriolis flowmeters......Page 221
 13.1 Visual liquid-level meters......Page 224
 13.2 Floats......Page 225
 13.4 Bubbler......Page 226
 13.6 Thermal conductivity-level sensors......Page 228
 13.7 Radioisotope liquid-level meters......Page 229
 13.8 Capacitive liquid-level sensing......Page 230
 13.9 Ultrasonic liquid-level meters......Page 232
 13.10 Radar liquid-level meters......Page 233
 13.11 Vibrating-level switches......Page 235
  14.1.1 Introduction......Page 236
  14.1.4 Procedure description—thermocouple welding......Page 237
  14.2.1 Introduction......Page 238
  14.2.4 Procedure description......Page 239
  14.3.1 Introduction......Page 240
  14.3.4 Procedure description......Page 241
  14.4.4 Procedure description......Page 242
  14.5.2 Tasks......Page 243
  14.5.4 Procedure description......Page 244
References......Page 246
Other recommended literature......Page 253
 A. Pt100, DIN/EN/IEC 60751, = 0.00385......Page 258
 B. Pt100,   = 0.00392......Page 262
 C. Pt500......Page 264
 D. Pt1000......Page 268
 E. Ni120......Page 272
 F. Cu10......Page 274
 G. Thermocouple type J......Page 276
 H. Thermocouple type K......Page 280
 I. Thermocouple type T......Page 286
 J. Thermocouple type E......Page 290
 K. Thermocouple type R......Page 294
 L. Thermocouple type S......Page 300
 M. Material emissivity tables......Page 306
Index......Page 324