磁電式傳感器習(xí)題及解答

1、一、單項選擇題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.寄生直流電動勢D.零點殘余電壓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、磁電式傳感器測量電路中引入積分電路是為了測量（）°A.位移B.速度C.加速度D.光強4、為了提高磁電式加速度傳感器的頻響范圍，一般通過下面哪個措施來實現(xiàn)（A.減小彈簧片的剛度B.增加磁鐵的質(zhì)量C.減小系統(tǒng)的阻尼力D.提高

2、磁感應(yīng)強度5、 磁電式傳感器測量電路中引入微分電路是為了測量（）A.位移C.加速度6、霍爾電勢與（A.激勵電流C.霍爾器件寬度D）成反比BDB.速度光強.磁感應(yīng)強度.霍爾器件長度7、霍爾元件不等位電勢產(chǎn)生的主要原因不包括（）A. 霍爾電極安裝位置不對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. 激勵電極接觸不良造成激勵電流不均勻分配、多項選擇題三、填空題1通過將被測量轉(zhuǎn)換為電信號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)體和磁場發(fā)生相對運動而在導(dǎo)體兩端輸出的原理進行工作的。4、 磁電感應(yīng)式傳

3、感器是以 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中時，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)生是由于運動電荷受 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， 是基于 的一類傳感器。10、 磁電式傳感器是利用 原理將運動速度轉(zhuǎn)換成 信號輸出。11、 磁電式傳感器有溫度誤差，通常用 分路進行補償。12、 霍爾效應(yīng)是導(dǎo)體中的載流子在磁場中受 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)電勢的原理進行工作的。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、簡述變

4、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或流出并且恒定），試證明霍爾式位移傳感器的輸 出電勢U與位移x成正比關(guān)系。除了測量位移外 ，霍爾式傳感器還有哪些應(yīng)用4、簡述霍爾電勢產(chǎn)生的原理。5、 A.圖2是元件的基本測量電路。B. 圖2中各編號名稱：和是；和是。C. 圖2電路中的被測量是。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量哪些物理參數(shù)7、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)霍爾元件的不等位電勢的概念是什么溫度補償?shù)姆椒ㄓ?哪幾種8、簡述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場合。9、試分析差動變壓器相

5、敏檢測電路的工作原理。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量哪些物理參數(shù)12、霍爾元件能夠測量哪些物理參數(shù)霍爾元件的不等位電勢的概念是什么溫度補償?shù)姆椒ㄓ?哪幾種13、什么是霍爾效應(yīng)霍爾電勢與哪些因素有關(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、計算題1、某霍爾元件的 l ，b，d 尺寸分別是 1.0cm， 0.35cm， 0.1cm ，沿 l 方向

6、通以電流 I=， 在垂直lb面的方向加有均勻磁場B=,傳感器的靈敏度系數(shù)為22V/ (A- T),試求其輸出霍爾電動勢及載流子濃度。第 8 章 磁電式傳感器一、單項選擇題1、D 2 、 D 3 、A 4 、 D 5 、C 6 、D 7 、C二、多項選擇題三、填空題1、磁電作用 2 、電磁感應(yīng)；霍爾效應(yīng) 3 、感應(yīng)電動勢 4 、電磁感應(yīng) 5 、霍爾效應(yīng) 6、磁場中洛倫茲力 7 、元件的厚度；載流子的濃度 8 、不等位電勢；寄生直流電動勢 9、電磁感應(yīng) 10 、電磁感應(yīng)；電 11 、熱磁 12 、洛倫茲力；運動 13、導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運動；導(dǎo)體兩端 14 、霍爾片厚度 四、簡答題1、 答：恒磁通

7、式傳感器是指在測量過程中使導(dǎo)體(線圈)位置相對于恒定磁通變化而實現(xiàn) 測量的一類磁電感應(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行測量，即通過改變測量磁路中 氣隙的大小，從而改變磁路的磁阻來實現(xiàn)測量的。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)磁電式傳感器在進行測量時， 傳感器線圈會有電流流過， 這 時線圈會產(chǎn)生一定的交變磁通， 此交變磁通會疊加在永久磁鐵產(chǎn)生的傳感器工作磁通上，導(dǎo)致氣隙磁通變化。補償非線性誤差的方法：在傳感器中加入補償線圈，補償線圈被通以一定的電流，適當(dāng) 選擇補償線圈的參數(shù)， 使其產(chǎn)生的交變補償磁通可以與傳感器線圈本身產(chǎn)生

8、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。3、 答：霍爾式位移傳感器輸出電動勢UH=KHIB 。在一定范圍內(nèi)，B正比于位移X,又霍爾電動勢正比于 B,所以UH正比于位于x。除了測量位移外，霍爾式傳感器還可以測量轉(zhuǎn)速、壓力等。4、 答：一塊半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時，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，該電場產(chǎn)生的力阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)當(dāng)兩力相平衡時，電

9、子積累也平衡，這時在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電場，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢UHo5、 答：A.圖2是 霍爾元件的基本測量電路。B.圖2中各編號名稱:和是霍爾電極;和是 oC.圖2電路中的被測量是磁感應(yīng)強度o6、答:a. 磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來測量的一種裝置。b. 磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。 而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。c. 磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速。7、答：a. 霍爾元件可測量磁場、電流、位移

10、、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等。b. 霍爾組件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。c. 溫度補償方法：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)強度為磁場（磁場方向垂直于薄片）中，當(dāng)有電流I流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢Uho這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾組件多用 N型半導(dǎo)體材料，且比較薄?；魻柺絺鞲衅鬓D(zhuǎn)換效率較低，受溫度影響大，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、堅固、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范圍（輸出電勢變化）大、 無觸點，使用壽命長、可靠性高、易微型化和集成電路化，因此在測量技術(shù)

11、、自動控制、電磁測量、 計算裝置以及現(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量信號。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，同時靈敏度的非線性也將增加，這樣的話最好使用差動式傳感器,其靈敏度增加非線性減少。11、答：磁電式傳感器是通過磁電作用將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感器。電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來

12、測量的一種裝置。磁電式傳感器具有頻響寬、動態(tài)范圍大的特點。而電感式傳感器存在交流零位信號，不宜于高頻動態(tài)信號檢測；其響應(yīng)速度較慢，也不宜做快速動態(tài)測量。磁電式傳感器測量的物理參數(shù)有：磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速。12、答：霍爾組件可測量磁場、電流、位移、壓力、振動、轉(zhuǎn)速等?；魻柦M件的不等位電勢是霍爾組件在額定控制電流作用下，在無外加磁場時，兩輸出電極之間的空載電勢，可用輸出的電壓表示。溫度補償方法：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中時，在其兩端將產(chǎn)生電位差，這一現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。IBib霍爾電勢 UH E

13、Hb vBb - Rh KhIBnedd霍爾電勢與霍爾電場 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、電子平均運動速度 V、磁場感應(yīng)強度 B、電流I有關(guān)。R1霍爾傳感器的靈敏度 Kh 。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，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)傳感器向上運動時，0I與$方向相反，減弱了工作磁場的作用，從而使得傳感器的靈敏度隨著被測速度的增大而降低；當(dāng)線圈的運動速

14、度與圖所示方向相反時，0I與$方向相同，增加了工作磁場的作用，傳感器的靈敏度增大。其結(jié)果是線圈運動速度方向不同時，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，同時受到大小相等、方向相反的磁通作用，磁感應(yīng)強度B=O,因此霍爾元件輸出的霍爾電勢UH= 0，位移 Z=O。若霍爾元件沿 Z向移動，在兩磁鐵中產(chǎn)生相對位移， 霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強度B 0, UH KhIB K z 0,其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對位置的變化量。所以，霍

15、爾電勢 Uh與位移量厶Z成線性關(guān)系，且霍爾電勢的極性反映了霍爾片的移動方向（位移方向）。磁場變化率越大，靈敏度越高，可測12mm的小位移，動態(tài)范圍達(dá)5mm16、答： 置于磁場中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢，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與電子遷移率口的乘積，即R_=up。若要霍爾效應(yīng)強，則希望有較大的霍爾系數(shù)FH，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高，但電阻率很??；而絕緣材料電阻率極高， 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：置于磁場中的靜止金屬載流體產(chǎn)生霍爾效應(yīng)時，電子受洛倫茲力：fL eBv同時金屬導(dǎo)體內(nèi)形成霍爾電場，電子受與fL反向的電場力:UH fH eEH He b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：vn ebd把代入：E HIB n ebd把代入：UhIBRhIBKhIBnedd式中霍爾常數(shù)Rh1靈敏度KRhKhned由此可見，霍爾電勢正比于激勵電流和磁感應(yīng)強度。其靈敏度Kh正比于霍爾系數(shù) Fh（它在金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)電子數(shù)固定時為定值），而與霍爾片厚度d