成信工传感器与检测技术习题及答案第5章 电动势传感器

第5章电动势传感器一、填空题1、用磁电式传感器进行齿轮转速测量。已知齿数Z=48，测得频率F=120Hz，则该齿轮的转速为__________。2、用于制作压电传感器的常用压电材料是______________和______________，其中，为了使其具有压电效应，＿＿＿＿＿＿使用前需要做＿＿＿＿处理。3、压电陶瓷需要有 和 的共同作用才会具有压电效应。4、．石英晶体沿 方向施加作用力会产生压电效应，没有电荷产生。5、压电式传感器在使用电压前置放大器时，连接电缆长度会影响系统 ；而使用电荷放大器时，其输出电压与传感器的 成正比。6、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有

和

两种形式。二、选择题1、某些物质在沿着一定方向受到力作用而发生改变时，其表面会电荷，若去掉外力就恢复到不带电的状态，这种现象称为（）效应。A．压电效应B．磁致伸缩C．霍尔效应D．压磁效应2、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3、对石英晶体，下列说法正确的是（）。A.沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，也没有电荷产生。B.沿光轴方向施加作用力，不会产生压电效应，但会有电荷产生。C.沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，但没有电荷产生。D.沿光轴方向施加作用力，会产生压电效应，也会有电荷产生。4、压电式传感器目前多用于测量（

）。

A．静态的力或压力

B．动态的力或压力

C．位移

D．温度三、简答题1.什么是霍尔效应？答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。2.为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍尔元件？答：因为导体材料的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件，而绝缘材料的ρ虽然很大，但μ很小，故也不宜做成元件。3.为什么霍尔元件一般采用N型半导体材料？答：因为在N型半导体材料中，电子的迁移率比空穴的大，且μn>μp，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。4.霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有什么关系？答：霍尔灵敏度与霍尔元件厚度成反比，。5.什么是霍尔元件的温度特性？如何进行补偿？答：霍尔元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度之间的关系。与一般半导体一样，由于电阻率、迁移率以及载流子浓度随温度变化，所以霍尔元件的内阻、输出电压等参数也将随温度而变化。霍尔元件温度补偿的方法主要有利用输入回路的串联电阻进行补偿和利用输出回路的负载进行补偿两种。1）利用输入回路的串联电阻进行补偿。下图是输入补偿的基本线路，图中的四端元件是霍尔元件的符号。两个输入端串联补偿电阻R并接恒电源，输出端开路。根据温度特性，元件霍尔系数和输入内阻与温度之间的关系式为RHt=RH0(1+αt)Rit=Ri0(1+βt)式中，RHt为温度为ｔ时霍尔系数；RH0为0℃时的霍尔系数；Rit为温度为ｔ时的输入电阻；Ri0为0℃时的输入电阻；α为霍尔电压的温度系数,β为输入电阻的温度系数。当温度变化Δt时，其增量为:ΔRH=RH0αΔtΔRi=Ri0根据及I=E/(R+Ri)，可得出霍尔电压随温度变化的关系式为对上式求温度的导数，可得增量表达式(1)要使温度变化时霍尔电压不变，必须使即(2)式(1)中的第一项表示因温度升高霍尔系数引起霍尔电压的增量，第二项表示输入电阻因温度升高引起霍尔电压减小的量。很明显，只有当第一项时，才能用串联电阻的方法减小第二项，实现自补偿。将元件的α、β值代入式(2)，根据Ri0的值就可确定串联电阻R的值。(2)利用输出回路的负载进行补偿。上图为补偿原理电路图，霍尔元件的输入采用恒流源，使控制电流Ｉ稳定不变。这样，可以不考虑输入回路的温度影响。输出回路的输出电阻及霍尔电压与温度之间的关系为UHt=UH0(1+αt)Rvt=Rv0(1+βt)式中，UHt为温度为t时的霍尔电压；UH0为0时的霍尔电压；Rvt为温度为t时的输出电阻；Rv0为０时的输出电阻。负载RL上的电压UL为UL=[UH0(1+αt)]RL/[Rv0(1+βt)+RL](3)为使UL不随温度变化，可对式(3)求导数并使其等于零，可得RL/Rv0≈β/α.1≈β/α(4)最后，将实际使用的霍尔元件的α、β值代入，便可得出温度补偿时的RL值。当RL=Rv0时，补偿最好。6.集成霍尔传感器有什么特点？答：集成霍尔传感器的特点主要是取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。7.写出你认为可以用霍尔传感器来检测的物理量。答：可以用霍尔传感器来检测的物理量有力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转速、磁场量等等。8.设计一个采用霍尔传感器的液位控制系统。答：液位控制系统原理如图所示，霍尔元件固定不动，磁铁与探测杆固定在一起，连接到装液体的容器旁边，通过管道与内部连接。当液位达到控制位置时霍尔元件输出控制信号，通过处理电路和电磁阀来控制液压阀门的开启和关闭，如液位低于控制位置时开启阀门，超过控制位置时则关闭阀门。9．为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。10．压电式传感器测量电路的作用是什么?其核心是解决什么问题?答：压电式传感器测量电路的作用是将压电晶体产生的电荷转换为电压信号输出，其核心是要解决微弱信号的转换与放大，得到足够强的输出信号。11．一压电式传感器的灵敏度K1＝10pC／MPa，连接灵敏度K2=0.008V／pC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm／V，当压力变化Δp=8MPa时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?解：记录笔在记录纸上的偏移为S=10×0.008×25×8=16/mm12．某加速度计的校准振动台，它能作50Hz和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标