《传感器与检测技术简明教程》-胡蓉 习题及答案 CH7 磁电式传感器

第7章磁电式传感器一、单项选择题1、下列不属于霍尔元件基本特性参数的是（）。A.控制极内阻B.不等位电阻C.寄生直流电动势D.零点残余电压2、制造霍尔元件的半导体材料中，目前用的较多的是锗、锑化铟、砷化铟，其原因是这些（

）。A．半导体材料的霍尔常数比金属的大B．半导体中电子迁移率比空穴高C．半导体材料的电子迁移率比较大D．N型半导体材料较适宜制造灵敏度较高的霍尔元件3、磁电式传感器测量电路中引入积分电路是为了测量（）。A．位移B．速度C．加速度D．光强4、为了提高磁电式加速度传感器的频响范围，一般通过下面哪个措施来实现（）。A．减小弹簧片的刚度B.增加磁铁的质量C.减小系统的阻尼力D.提高磁感应强度5、磁电式传感器测量电路中引入微分电路是为了测量（）A．位移B．速度C．加速度D．光强6、霍尔电势与（）成反比A．激励电流B．磁感应强度C．霍尔器件宽度D．霍尔器件长度7、霍尔元件不等位电势产生的主要原因不包括（）A．霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位上B．半导体材料不均匀造成电阻率不均匀或几何尺寸不均匀C．周围环境温度变化D．激励电极接触不良造成激励电流不均匀分配二、多项选择题1、磁电作用主要分为()。A、电磁感应B、霍尔效应C、开磁路D、闭磁路2、恒磁通磁电感应式传感器的结构可分为()。A、开磁路B、闭磁路C、动圈式D、动铁式3、磁电感应式传感器可测量的物理量包括()。A、转速B、振动C、位移D、扭矩4、霍尔元件的类别特性可分为()。A、负载特性B、开关特性C、温度特性D、线性特性5、霍尔式传感器可用于测量()。A、转速B、加速度C、微位移D、压力三、填空题1、通过 将被测量转换为电信号的传感器称为磁敏式传感器。2、磁电作用主要分为 和 两种情况。3、磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出 的原理进行工作的。4、磁电感应式传感器是以 原理为基础的。5、当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为 。6、霍尔效应的产生是由于运动电荷受 作用的结果。7、霍尔元件的灵敏度与 和 有关。8、霍尔元件的零位误差主要包括 和 。9、磁电式传感器是半导体传感器，是基于 的一类传感器。10、磁电式传感器是利用 原理将运动速度转换成信号输出。11、磁电式传感器有温度误差，通常用分路进行补偿。12、霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受作用发生的结果。13、磁电式传感器是利用 而在 产生感应电势的原理进行工作的。 14、霍尔传感器的灵敏度与霍尔系数成正比而与 成反比。四、简答题1、简述变磁通式和恒磁通式磁电传感器的工作原理。2、磁电式传感器的误差及其补偿方法是什么？3、根据图1（假设控制电流垂直于纸面流进或流出并且恒定），试证明霍尔式位移传感器的输出电势U与位移x成正比关系。除了测量位移外,霍尔式传感器还有哪些应用?图14、简述霍尔电势产生的原理。5、A.图2是元件的基本测量电路。B．图2中各编号名称：①和②是；③和④是。C．图2电路中的被测量是。6、磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？7、磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数？8、霍尔元件能够测量哪些物理参数？9、霍尔元件的不等位电势的概念是什么？10、使用霍尔元件时温度补偿的方法有哪几种？11、简述霍尔效应及构成以及霍尔传感器可能的应用场合。12、磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？13、什么是霍尔效应？14、霍尔电势与哪些因素有关？15、如何提高霍尔传感器的灵敏度？16、为什么磁电感应式传感器的灵敏度在工作频率较高时，将随频率增加而下降？17、试解释霍尔式位移传感器的输出电压与位移成正比关系。18、影响霍尔元件输出零点的因素有哪些？如何补偿？四、计算题1、某霍尔元件的l，b，d尺寸分别是1.0cm，0.35cm，0.1cm，沿l方向通以电流I=1.0mA，在垂直lb面的方向加有均匀磁场B=0.3T，传感器的灵敏度系数为22V/（A·T），试求其输出霍尔电动势及载流子浓度。第7章磁电式传感器一、单项选择题题号答案知识点1D霍尔元件基本特性2D霍尔效应3A磁电感应式传感器的测量电路4D磁电感应式传感器工作原理5C磁电感应式传感器的测量电路6D霍尔式传感器工作原理7C霍尔元件基本特性二、多项选择题题号答案知识点1AB概述2CD恒磁通式传感器3ABCD磁电感应式传感器的应用4BD霍尔元件基本特性5ABCD霍尔式传感器的应用三、填空题题号答案知识点1磁电作用概述2电磁感应；霍尔效应概述3感应电动势磁电感应式传感器4电磁感应磁电感应式传感器5霍尔效应霍尔效应6磁场中洛伦兹力霍尔效应7元件的厚度；载流子的浓度霍尔效应8不等位电势；寄生直流电动势霍尔元件基本特性9电磁感应磁电式传感器10电磁感应；电磁电式传感器11热磁磁电式传感器12洛伦兹力；运动霍尔效应13导体和磁场发生相对运动；导体两端磁电式传感器14霍尔片厚度霍尔效应四、简答题1、答：恒磁通式传感器是指在测量过程中使导体（线圈）位置相对于恒定磁通变化而实现测量的一类磁电感应式传感器。变磁通式磁电传感器主要是靠改变磁路的磁通大小来进行测量，即通过改变测量磁路中气隙的大小，从而改变磁路的磁阻来实现测量的。知识点：磁电感应式传感器的工作原理2、答：磁电式传感器的误差主要有非线性误差和温度误差。非线性误差的主要原因：当磁电式传感器在进行测量时，传感器线圈会有电流流过，这时线圈会产生一定的交变磁通，此交变磁通会叠加在永久磁铁产生的传感器工作磁通上，导致气隙磁通变化。补偿非线性误差的方法：在传感器中加入补偿线圈，补偿线圈被通以一定的电流，适当选择补偿线圈的参数，使其产生的交变补偿磁通可以与传感器线圈本身产生的交变附加磁通相互抵消。温度误差产生的原因主要是受温度变化的影响。温度误差补偿的方法是在结构允许的情况下，在传感器的磁铁下设置热磁分路。知识点：磁电感应式传感器的工作原理3、答：霍尔式位移传感器输出电动势UH=KHIB。在一定范围内，B正比于位移x，又霍尔电动势正比于B，所以UH正比于位于x。除了测量位移外，霍尔式传感器还可以测量转速、压力等。知识点：霍尔效应4、答：一块半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中，当有电流I流过时，电子受到洛仑兹力作用而发生偏转。结果在半导体的后端面上电子有所积累。而前端面缺少电子，因此后端面带负电，前端面带正电，在前后端面形成电场，该电场产生的力阻止电子继续偏转当两力相平衡时，电子积累也平衡，这时在垂直于电流和磁场的方向上将产生电场，相应的电势称为霍尔电势UH。知识点：霍尔效应5、答：A.图2是霍尔元件的基本测量电路。B．图2中各编号名称：①和②是霍尔电极；③和④是激励电极（控制电极）。C．图2电路中的被测量是磁感应强度。知识点：霍尔式传感器的测量电路6、答：a.磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。b.磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。知识点：磁电式传感器7、答：磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。知识点：磁电式传感器的应用8、答：霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。知识点：霍尔式传感器的应用9、答：霍尔组件的不等位电势是霍尔组件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。知识点：霍尔元件基本特性10、答：温度补偿方法：分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。电桥补偿法知识点：磁电式传感器的工作原理11、答：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度为磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Uh。这种现象称为霍尔效应。霍尔组件多用N型半导体材料，且比较薄。霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。知识点：霍尔效应12、答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。知识点：磁电式传感器13、答：当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。知识点：霍尔效应14、答：霍尔电势 霍尔电势与霍尔电场EH、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。知识点：霍尔效应15、答：霍尔传感器的灵敏度。为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。知识点：霍尔效应16、答：由磁电感式传感器的传递函数及其幅频特性可知，当被测物振动频率低于传感器的固有频率时，传感器的灵敏度（或）是随振动频率的升高而明显增加的。当振动频率远大于传感器固有频率时，传感器的灵敏度近似为一个常数，它基本上不随频率变化，即在这一频率范围内，传感器的输出电压与振动速度成正比关系，这一频段就是传感器的理想工作频段。在振动频率更高（过大）的情况下，线圈阻抗增加，传感器的灵敏度会随着振动频率的增加下降。知识点：磁电感应式传感器的工作原理17、答：如图所示：在极性相反，磁场强度相同的两个磁钢气隙中放入一片霍尔片，当霍尔片处于中间位置时，霍尔片同时收到大小相等，方向相反的磁通作用，则有，此时霍尔电动势发生变化为，式中，为霍尔式位移传感器的输出灵敏度。可见，霍尔