《傳感器與檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)明教程》-胡蓉 習(xí)題及答案 CH7 磁電式傳感器

第7章磁電式傳感器一、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D．光強(qiáng)4、為了提高磁電式加速度傳感器的頻響范圍，一般通過(guò)下面哪個(gè)措施來(lái)實(shí)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.提高磁感應(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（）A．位移B．速度C．加速度D．光強(qiáng)6、霍爾電勢(shì)與（）成反比A．激勵(lì)電流B．磁感應(yīng)強(qiáng)度C．霍爾器件寬度D．霍爾器件長(zhǎng)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?chē)h(huán)境溫度變化D．激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分配二、多項(xiàng)選擇題1、磁電作用主要分為()。A、電磁感應(yīng)B、霍爾效應(yīng)C、開(kāi)磁路D、閉磁路2、恒磁通磁電感應(yīng)式傳感器的結(jié)構(gòu)可分為()。A、開(kāi)磁路B、閉磁路C、動(dòng)圈式D、動(dòng)鐵式3、磁電感應(yīng)式傳感器可測(cè)量的物理量包括()。A、轉(zhuǎn)速B、振動(dòng)C、位移D、扭矩4、霍爾元件的類別特性可分為()。A、負(fù)載特性B、開(kāi)關(guān)特性C、溫度特性D、線性特性5、霍爾式傳感器可用于測(cè)量()。A、轉(zhuǎn)速B、加速度C、微位移D、壓力三、填空題1、通過(guò) 將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器稱為磁敏式傳感器。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，是基于 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(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述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1（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?圖14、簡(jiǎn)述霍爾電勢(shì)產(chǎn)生的原理。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：①和②是；③和④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？7、磁電式傳感器主要用于測(cè)量哪些物理參數(shù)？8、霍爾元件能夠測(cè)量哪些物理參數(shù)？9、霍爾元件的不等位電勢(shì)的概念是什么？10、使用霍爾元件時(shí)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ心膸追N？11、簡(jiǎn)述霍爾效應(yīng)及構(gòu)成以及霍爾傳感器可能的應(yīng)用場(chǎng)合。12、磁電式傳感器與電感式傳感器有哪些不同？13、什么是霍爾效應(yīng)？14、霍爾電勢(shì)與哪些因素有關(guān)？15、如何提高霍爾傳感器的靈敏度？16、為什么磁電感應(yīng)式傳感器的靈敏度在工作頻率較高時(shí)，將隨頻率增加而下降？17、試解釋霍爾式位移傳感器的輸出電壓與位移成正比關(guān)系。18、影響霍爾元件輸出零點(diǎn)的因素有哪些？如何補(bǔ)償？四、計(jì)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/（A·T），試求其輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)及載流子濃度。第7章磁電式傳感器一、單項(xiàng)選擇題題號(hào)答案知識(shí)點(diǎn)1D霍爾元件基本特性2D霍爾效應(yīng)3A磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路4D磁電感應(yīng)式傳感器工作原理5C磁電感應(yīng)式傳感器的測(cè)量電路6D霍爾式傳感器工作原理7C霍爾元件基本特性二、多項(xiàng)選擇題題號(hào)答案知識(shí)點(diǎn)1AB概述2CD恒磁通式傳感器3ABCD磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用4BD霍爾元件基本特性5ABCD霍爾式傳感器的應(yīng)用三、填空題題號(hào)答案知識(shí)點(diǎn)1磁電作用概述2電磁感應(yīng)；霍爾效應(yīng)概述3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁電感應(yīng)式傳感器4電磁感應(yīng)磁電感應(yīng)式傳感器5霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)6磁場(chǎng)中洛倫茲力霍爾效應(yīng)7元件的厚度；載流子的濃度霍爾效應(yīng)8不等位電勢(shì)；寄生直流電動(dòng)勢(shì)霍爾元件基本特性9電磁感應(yīng)磁電式傳感器10電磁感應(yīng)；電磁電式傳感器11熱磁磁電式傳感器12洛倫茲力；運(yùn)動(dòng)霍爾效應(yīng)13導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；導(dǎo)體兩端磁電式傳感器14霍爾片厚度霍爾效應(yīng)四、簡(jiǎn)答題1、答：恒磁通式傳感器是指在測(cè)量過(guò)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(lái)進(jìn)行測(cè)量，即通過(guò)改變測(cè)量磁路中氣隙的大小，從而改變磁路的磁阻來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。知識(shí)點(diǎn)：磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理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(guò)，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。知識(shí)點(diǎn)：磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理3、答：霍爾式位移傳感器輸出電動(dòng)勢(shì)UH=KHIB。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。知識(shí)點(diǎn)：霍爾效應(yīng)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(guò)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)UH。知識(shí)點(diǎn)：霍爾效應(yīng)5、答：A.圖2是霍爾元件的基本測(cè)量電路。B．圖2中各編號(hào)名稱：①和②是霍爾電極；③和④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。知識(shí)點(diǎn)：霍爾式傳感器的測(cè)量電路6、答：a.磁電式傳感器是通過(guò)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(lái)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。知識(shí)點(diǎn)：磁電式傳感器7、答：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。知識(shí)點(diǎn)：磁電式傳感器的應(yīng)用8、答：霍爾元件可測(cè)量磁場(chǎng)、電流、位移、壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。知識(shí)點(diǎn)：霍爾式傳感器的應(yīng)用9、答：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(wú)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。知識(shí)點(diǎn)：霍爾元件基本特性10、答：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)償法知識(shí)點(diǎn)：磁電式傳感器的工作原理11、答：一塊長(zhǎng)為l、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(guò)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)Uh。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?；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(jiǎn)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(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、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。知識(shí)點(diǎn)：霍爾效應(yīng)12、答：磁電式傳感器是通過(guò)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(lái)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。知識(shí)點(diǎn)：磁電式傳感器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)。知識(shí)點(diǎn)：霍爾效應(yīng)14、答：霍爾電勢(shì) 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)。知識(shí)點(diǎn)：霍爾效應(yīng)15、答：霍爾傳感器的靈敏度。為了提高霍爾傳感器的靈敏度，霍爾元件常制成薄片形狀。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。知識(shí)點(diǎn)：霍爾效應(yīng)16、答：由磁電感式傳感器的傳遞函數(shù)及其幅頻特性可知，當(dāng)被測(cè)物振動(dòng)頻率低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器的靈敏度（或）是隨振動(dòng)頻率的升高而明顯增加的。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率時(shí)，傳感器的靈敏度近似為一個(gè)常數(shù)，它基本上不隨頻率變化，即在這一頻率范圍內(nèi)，傳感器的輸出電壓與振動(dòng)速度成正比關(guān)系，這一頻段就是傳感器的理想工作頻段。在振動(dòng)頻率更高（過(guò)大）的情況下，線圈阻抗增加，傳感器的靈敏度會(huì)隨著振動(dòng)頻率的增加下降。知識(shí)點(diǎn)：磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理17、答：如圖所示：在極性相反，磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩個(gè)磁鋼氣隙中放入一片霍爾片，當(dāng)霍爾片處于中間位置時(shí)，霍爾片同時(shí)收到大小相等，方向相反的磁通作用，則有，此時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)發(fā)生變化為，式中，為霍爾式位移傳感器的輸出靈敏度?？梢?jiàn)，霍爾