8磁電式傳感器習(xí)題及解答

1、第8章磁電式傳感器、單項(xiàng)選擇題1下列不屬于霍爾元件基本特性參數(shù)的是（）。A.控制極內(nèi)阻B.不等位電阻C.寄生直流電動(dòng)勢(shì)D.零點(diǎn)殘余電壓2、制造霍爾元件的半導(dǎo)體材料中，目前用的較多的是鍺、銻化銦、砷化銦，其原因是這些（）°A. 半導(dǎo)體材料的霍爾常數(shù)比金屬的大B. 半導(dǎo)體中電子遷移率比空穴高C. 半導(dǎo)體材料的電子遷移率比較大D. N型半導(dǎo)體材料較適宜制造靈敏度較高的霍爾元件3、磁電式傳感器測(cè)量電路中引入積分電路是為了測(cè)量（A.位移B. 速度C.加速度光強(qiáng)4、為了提高磁電式加速度傳感器的頻響范圍,A.減小彈簧片的剛度般通過下面哪個(gè)措施來實(shí)現(xiàn)（B.增加磁鐵的質(zhì)量C.減小系統(tǒng)的阻尼力D.提高磁

2、感應(yīng)強(qiáng)度5、磁電式傳感器測(cè)量電路中引入微分電路是為了測(cè)量（）D）成反比BDB.速度光強(qiáng).磁感應(yīng)強(qiáng)度.霍爾器件長度A.位移C.加速度6、霍爾電勢(shì)與（A. 激勵(lì)電流C. 霍爾器件寬度7、霍爾元件不等位電勢(shì)產(chǎn)生的主要原因不包括（）A. 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位上B. 半導(dǎo)體材料不均勻造成電阻率不均勻或幾何尺寸不均勻C. 周圍環(huán)境溫度變化D. 激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配、多項(xiàng)選擇題三、填空題1通過將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器稱為磁電式傳感器。2、磁電作用主要分為 和兩種情況。3、磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在導(dǎo)體兩端輸出的原理進(jìn)行工作的。4、 磁電感應(yīng)式傳感

3、器是以 原理為基礎(chǔ)的。5、當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)中時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為。6、 霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷受 作用的結(jié)果。7、 霍爾元件的靈敏度與 和有關(guān)。8霍爾元件的零位誤差主要包括 和。9、 磁電式傳感器是半導(dǎo)體傳感器， 疋基于 _ 的一類傳感器。10、 磁電式傳感器是利用 原理將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成 信號(hào)輸出。11、 磁電式傳感器有溫度誤差，通常用 分路進(jìn)行補(bǔ)償。12、 霍爾效應(yīng)是導(dǎo)體中的載流子在磁場(chǎng)中受 作用發(fā)生的結(jié)果。13、 磁電式傳感器是利用 而在產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的原理進(jìn)行工作的。14、 霍爾傳感器的靈敏度與霍爾系數(shù)成正比而與 成反比。四、簡答題1、簡述

4、變磁通式和恒磁通式磁電傳感器的工作原理。2、磁電式傳感器的誤差及其補(bǔ)償方法是什么？3、 根據(jù)圖（假設(shè)控制電流垂直于紙面流進(jìn)或流出并且恒定），試證明霍爾式位移傳感器的輸出電勢(shì)U與位移x成正比關(guān)系。除了測(cè)量位移外 ，霍爾式傳感器還有哪些應(yīng)用 ？®r4、簡述霍爾電勢(shì)產(chǎn)生的原理。L.5、 A.圖2是元件的基本測(cè)量電路。B. 圖2中各編號(hào)名稱：和是；和是。C. 圖2電路中的被測(cè)量是。6、磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)？7、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆?法有哪幾種？8、簡述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能

5、的應(yīng)用場(chǎng)合。9、試分析差動(dòng)變壓器相敏檢測(cè)電路的工作原理。10、分析電感傳感器出現(xiàn)非線性的原因，并說明如何改善？11、磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)？12、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？溫度補(bǔ)償?shù)姆?法有哪幾種？13、什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)？如何提高霍爾傳感器的靈敏度？霍爾元件16、什么是霍爾效應(yīng)？為什么說只有半導(dǎo)體材料才適于制造霍爾片？17、解釋霍爾元件常制成薄片形狀的原因（要求給出必要的公式推導(dǎo)過程）18、為什么說磁電感應(yīng)式傳感器是一種有源傳感器？四、計(jì)算題1 某霍爾元件的I , b, d尺寸分別是

6、1.0cm, 0.35cm , 0.1cm，沿I方向通以電流I=1.0mA , 在垂直lb面的方向加有均勻磁場(chǎng) B=0.3T,傳感器的靈敏度系數(shù)為 22V/ (AT),試求其輸 出霍爾電動(dòng)勢(shì)及載流子濃度。第 8 章 磁電式傳感器一、單項(xiàng)選擇題1、 D 2 、 D 3 、 A 4 、 D 5 、 C 6 、 D 7 、 C二、多項(xiàng)選擇題三、填空題1、磁電作用 2 、電磁感應(yīng)；霍爾效應(yīng) 3 、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 4 、電磁感應(yīng) 5 、霍爾效應(yīng)6、磁場(chǎng)中洛倫茲力 7 、元件的厚度；載流子的濃度 8 、不等位電勢(shì)；寄生直流電動(dòng)勢(shì)9、電磁感應(yīng) 10 、電磁感應(yīng)；電 11 、熱磁 12 、洛倫茲力；運(yùn)動(dòng)13、導(dǎo)體

7、和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體兩端 14 、霍爾片厚度 四、簡答題1 、 答：恒磁通式傳感器是指在測(cè)量過程中使導(dǎo)體 (線圈)位置相對(duì)于恒定磁通變化而實(shí)現(xiàn) 測(cè)量的一類磁電感應(yīng)式傳感器。變磁通式磁電傳感器主要是靠改變磁路的磁通大小來進(jìn)行測(cè)量，即通過改變測(cè)量磁路中 氣隙的大小，從而改變磁路的磁阻來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。2、答：磁電式傳感器的誤差主要有非線性誤差和溫度誤差。非線性誤差的主要原因： 當(dāng)磁電式傳感器在進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 傳感器線圈會(huì)有電流流過， 這 時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生一定的交變磁通， 此交變磁通會(huì)疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器工作磁通上，導(dǎo)致氣隙磁通變化。補(bǔ)償非線性誤差的方法：在傳感器中加入補(bǔ)償線圈，補(bǔ)償線圈被通以一定的

8、電流，適當(dāng) 選擇補(bǔ)償線圈的參數(shù)， 使其產(chǎn)生的交變補(bǔ)償磁通可以與傳感器線圈本身產(chǎn)生的交變附加磁通 相互抵消。溫度誤差產(chǎn)生的原因主要是受溫度變化的影響。溫度誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ窃诮Y(jié)構(gòu)允許的情況下，在傳感器的磁鐵下設(shè)置熱磁分路。在一定范圍內(nèi)，B正比于位移x,又霍爾電動(dòng)勢(shì)正比于 B,所以UH正比于位于x。除了測(cè)量位移外，霍爾式傳感器還可以測(cè)量轉(zhuǎn)速、壓力等。4、 答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，電子受到洛侖茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累。而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電， 前端面帶正電，在前后端面形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)產(chǎn)生的力阻止電子

9、繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時(shí)，電子積累也平衡，這時(shí)在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)UHo5、 答：A.圖2是元件的基本測(cè)量電路。B.圖2中各編號(hào)名稱:和是霍爾電極和是 激勵(lì)電極（控制電極）C.圖2電路中的被測(cè)量是磁感應(yīng)強(qiáng)度 6、答:a. 磁電式傳感器是通過磁電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測(cè)量的一種裝置。b. 磁電式傳感器具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。 而電感式傳感器存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。c. 磁電式傳感器測(cè)量的物理參數(shù)有：磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速。7、答：

10、a. 霍爾元件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。b. 霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。c. 溫度補(bǔ)償方法：分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。電橋補(bǔ)償法8、答：一塊長為I、寬為d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Uho這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柦M件多用 N型半導(dǎo)體材料，且比較薄。霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍（輸出電勢(shì)變化）大、 無觸點(diǎn),使用壽命長、可靠性高、

11、易微型化和集成電路化，因此在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制、電磁測(cè)量、 計(jì)算裝置以及現(xiàn)代軍事技術(shù)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。9、答：相敏檢測(cè)電路原理是通過鑒別相位來辨別位移的方向，即差分變壓器輸出的調(diào)幅波經(jīng)相敏檢波后，便能輸出既反映位移大小，又反映位移極性的測(cè)量信號(hào)。經(jīng)過相敏檢波電路， 正位移輸出正電壓，負(fù)位移輸出負(fù)電壓， 電壓值的大小表明位移的大小， 電壓的正負(fù)表明位 移的方向。10、答：A.原因是改變了空氣隙的長度B. 改善方法是讓初始空氣隙距離盡量小，同時(shí)靈敏度的非線性也將增加，這樣的話最好使用差動(dòng)式傳感器，S=生1卩別十（別）2十I。 I。 I。 一其靈敏度增加非線性減少。11、答：磁電式傳感器是通過磁

12、電作用將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測(cè)量的一種裝置。磁電式傳感器具有頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。而電感式傳感器存在交流零位信號(hào)，不宜于高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)檢測(cè)；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。磁電式傳感器測(cè)量的物理參數(shù)有：磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速。12、答：霍爾組件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。霍爾組件的不等位電勢(shì)是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場(chǎng)時(shí)，兩輸出電極之間的空載電勢(shì)，可用輸出的電壓表示。溫度補(bǔ)償方法：a分流電阻法：適用于恒流源供給控制電流的情況。b電橋補(bǔ)償法13、答： 當(dāng)載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體處于與電流相垂直的磁場(chǎng)中

13、時(shí)，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)?；魻栯妱?shì) U h =EHb =vBb 二-些Rh = KhIBned d霍爾電勢(shì)與霍爾電場(chǎng) Eh、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的寬度 b、載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體的厚度 d、電子平均運(yùn)動(dòng)速度 V、磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度 B、電流I有關(guān)。R1霍爾傳感器的靈敏度 Kh H。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，霍爾元件常制成dned薄片形狀。又霍爾元件的靈敏度與載流子濃度成反比，所以可采用自由電子濃度較低的材料作霍爾元件。14、 答：傳感器線圈內(nèi)有電流I流過時(shí)，將產(chǎn)生一定的交變磁通$ |，此交變磁通疊加在永久磁鐵所產(chǎn)生的工作磁通上，使恒定的氣隙磁通變化：當(dāng)傳感器向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，$ |與$方向

14、相反，減弱了工作磁場(chǎng)的作用，從而使得傳感器的靈敏度隨著被測(cè)速度的增大而降低；當(dāng)線圈的運(yùn)動(dòng)速度與圖所示方向相反時(shí)，$|與$方向相同，增加了工作磁場(chǎng)的作用，傳感器的靈敏度增大。其結(jié)果是線圈運(yùn)動(dòng)速度方向不同時(shí)，傳感器的靈敏度具有不同的數(shù)值，使傳 感器輸出基波能量降低，諧波能量增加，即這種非線性特性同時(shí)伴隨著傳感器輸出的諧波失真。傳感器靈敏度越高，線圈中電流越大，這種非線性越嚴(yán)重。15、答：霍爾元件處于中間位置時(shí)，同時(shí)受到大小相等、方向相反的磁通作用，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0,因此霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)UH= 0，位移 Z=0。若霍爾元件沿 Z向移動(dòng)，在兩磁鐵中產(chǎn)生相對(duì)位移， 霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0

15、 , UH二KHIB二K.lz=O，其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量。所以，霍爾電勢(shì) UH與位移量 Z成線性關(guān)系，且霍爾電勢(shì)的極性反映了霍爾片的移動(dòng)方向（位移方向）。磁場(chǎng)變化率越大，靈敏度越高，可測(cè)12mm的小位移，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)5mm16、答： 置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)?；魻柍?shù)RH等于霍爾片材料的電阻率 p與電子遷移率 卩的乘積，即 R|=u P。若要霍爾效 應(yīng)強(qiáng)，則希望有較大的霍爾系數(shù) Rh，因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。一般金屬材料載流子遷移率很

16、高，但電阻率很?。欢^緣材料電阻率極高， 但載流子遷移率極低，故只有半導(dǎo)體材料才適于制造霍爾片。17、答：置于磁場(chǎng)中的靜止金屬載流體產(chǎn)生霍爾效應(yīng)時(shí)，電子受洛倫茲力：f（_ =eBv同時(shí)金屬導(dǎo)體內(nèi)形成霍爾電場(chǎng)，電子受與fL反向的電場(chǎng)力:UH和=eEH eb平衡狀態(tài)下：fL=fH,即：EH = Bv設(shè)金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)電子數(shù)為n ,則：v=n ebdIB把代入：ehn ebd把代入：U = BR IB = K IBned d式中霍爾常數(shù)R =，靈敏度K二也ned由此可見，霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度。其靈敏度K正比于霍爾系數(shù)R（它在金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)電子數(shù)固定時(shí)為定值），而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度K，