第8章半导体传感器
传感器原理与应用习题第8章光电式传感器
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第8章光电式传感器8-1 简述光电式传感器的特点和应用场合，用方框图表示光电式传感器的组成。
8-2 何谓外光电效应、光电导效应和光生伏特效应？答：外光电效应：在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。
光电导效应：在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化的现象。
光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象。
8-3 试比较光电池、光敏晶体管、光敏电阻及光电倍增管在使用性能上的差别。
答：光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。
它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。
当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。
8-4 通常用哪些主要特性来表征光电器件的性能？它们对正确选用器件有什么作用？8-5 怎样根据光照特性和光谱特性来选择光敏元件？试举例说明。
答：不同类型光敏电阻光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。
因此它不宜作定量检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。
光谱特性与光敏电阻的材料有关，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。
8-6 简述CCD图像传感器的工作原理及应用。
8-7 何谓PSD？简述其工作原理及应用。
8-8 说明半导体色敏传感器的工作原理及其待深入研究的问题。
8-9 试指出光电转换电路中减小温度、光源亮度及背景光等因素变动引起输出信号漂移应采取的措施。
8-10 简述光电传感器的主要形式及其应用。
答：模拟式（透射式、反射式、遮光式、辐射式）、开关式。
应用：光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器、细丝类物件的在线检测。
8-11 举出你熟悉的光电传感器应用实例，画出原理结构图并简单说明原理。
第八章 检测技术的基础——霍尔传感器
施密特触发器,输出电路所 构成。 放大器采用差分式，利于
抗干扰； 施密特触发器是常用的限位
电平翻转的电路； 输出电路采用集电极开路方式(2,
3脚）。
2.线性集成块
放大器采用三运放组成精密电桥放大器，具有强大的抗干扰 能力。考虑到需要线性输出，有的器件内部安排了线性补偿电路。
角位移
3
2
1
7—14 角位移测量仪结构示意图
1—极靴 2—霍尔器件 3—励磁线圈
角度和电势变化正比，但不是线性，必须采用特定形状的磁极
位移
在磁场强度相同而极性相反的两个磁铁气隙中放置一 个霍尔元件。当元件的控制电流I恒定不变时，霍尔电 势方V 向H的与变磁化感梯应度强d度B dBx成为正一比常。数若则磁当场霍在尔一元定件范沿围x内方沿向x 移动时，VH 的变化为:
三.霍尔片的电路补偿
1.不等位电势的补偿:
不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些
2.温度补偿
霍尔元件一般为半导体材料制成,许多参数都会受到温度的影响.例如迁移率、电 阻率都受到温度变化而明显变化。由此引起灵敏度,输入电阻,输出电阻都发 生相应变化.为了保证测量精度,有必要采取补偿措施。
（1）恒流源分压电阻法:
霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的悍上两对电极 引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端）
霍尔元件实测
演示视频
二、霍尔片的主要技术指标
1.额定激励电流IH:
霍尔元件温升10C所焦耳热W.
Wj
I 2R
I 2
的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主要有下列三 个方面的用途：
①维持I、a不变，则E=f(B)，在这方面的应用有：测量
第八章霍尔传感器-PPT课件
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温度误差及其补偿
温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温
度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移 率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数， 如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生 变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。
恒流源及输入并联电阻温度补偿电路
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由补偿电路图知，在温度t0和t时
当温度影响完全补偿时，UH0=UHt，则 将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得
(9-8) (9-9) (9-10) (9-11)
(9-12)
(9-13,14)
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2．选取合适的负载电阻RL 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数
移动距离与输出关系
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2．霍尔开关集成器件 常用的霍尔开关集成器件有UGN3000系列，
其外形与UGN3501T相同。
+
霍尔开关集成器件 (a) 内部结构框图；（b）工作特性；（c）工作电路；（d）锁定型器件工作特性
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第三节 霍尔传感器应用
霍尔电势是关于I、B、θ 三个变量的函数，即 E=kIBcosθ ，人们利用这个关系可以使其中两个变量 不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、 其余两个量都作为变量。三个变量的多种组合使得霍 尔传感器具有非常广阔的应用领域。霍尔传感器由于 结构简单、尺寸小、无触点、动态特性好、寿命长等 特点，因而得到了广泛应用。如磁感应强度、电流、 电功率等参数的检测都可以选用霍尔器件。它特别适 合于大电流、微小气隙中的磁感应强度、高梯度磁场 参数的测量。此外，也可用于位移、加速度、转速等 参数的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主 要有下列三个方面的用途：
光电式传感器PPT课件
第8章 光电式传感器
图 8-2 光敏电阻结构 (a) 光敏电阻结构； (b) 光敏电阻电极； (c) 光敏电阻接线图
第8章 光电式传感器
2.光敏电阻的主要参数
(1) 暗电阻与暗电流 光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流成为暗电流。
(2) 亮电阻与亮电流 光敏电阻在受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现 象称为外光电效应。向外发射的电子叫光电子。基于外光电效 应的光电器件有光电管、 光电倍增管等。
光照射物体，可以看成一连串具有一定能量的光子轰击物 体，物体中电子吸收的入射光子能量超过逸出功A0时，电子就 会逸出物体表面，产生光电子发射， 超过部分的能量表现为逸 出电子的动能。
8.1.2
1. 结构原理
光敏二极管的结构与一般二极管相似。它装在透明玻璃外壳 中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射（见图8-8）。 光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见图8-9），在 没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称 为暗电流，当光照射在PN结上，光子打在PN结附近，使PN结附 近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下 作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此 光敏二极管在不受光照射时处于截止状态，受光照射时处于导 通状态。
第8章 光电式传感器
光敏晶体管的光电灵敏度虽然比光敏二极管高得多，但在 需要高增益或大电流输出的场合，需采用达林顿光敏管。图8-11 是达林顿光敏管的等效电路，它是一个光敏晶体管和一个晶体 管以共集电极连接方式构成的集成器件。由于增加了一级电流 放大，所以输出电流能力大大加强，甚至可以不必经过进一步 放大，便可直接驱动灵敏继电器。但由于无光照时的暗电流也 增大，因此适合于开关状态或位式信号的光电变换。
第八章霍尔传感器
霍尔式位移传感器的工作原理图 (a) 磁场强度相同传感器； (b) 简单的位移传感器； (c) 结构相同的位移传感器
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2. 霍尔式转速传感器
下图是几种不同结构的霍尔式转速传感器。转盘的输入轴 与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在 转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相 应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据 磁性转盘上小磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。
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几种霍尔式转速传感器的结构
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霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心 气隙的B值
霍尔元件
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霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型 霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变 化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。
由上式可见，霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其 灵敏度与霍尔系数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。为了提 高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。
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磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动
势若 磁 感 应 强 度 B 不 垂 直 于 霍 尔 元 件 ， 而 是 与 其 法 线 成 某 一 角 度 时 ， 实 际 上 作 用
开关型霍尔集成电 路
与继电器的接线
?
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开关型霍尔集成电路的史密特输出特
性
回差 越大，抗振 动干扰能力 就越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到 远地远离霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相当于多 少高斯（Gs）？
8传感器习题与答案(11月16日)
第一章习题答案1-1．什么是传感器？解：传感器是一种利用各种物理效应、化学效应（或反应）以及生物效应实现非电量到电量转换的装置或器件，以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务。
1-2.传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置，它的作用是感受指定被测参量的变化并按照一定的规律将其转化成一个相应的便于传递的输出信号。
传感器作为检测系统的信号源，其性能的好坏将直接影响到检测系统的精度和其他指标。
1-3. 它由哪几个部分组成？说明各部分的作用？解：传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
1-4．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性：频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
传感器原理与检测期末复习知识
第一章传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转化成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测原理、材料科学,工艺加工等三个要素的最佳结合。
变送器是将非电量的信息转换成具有标准信号的装置。
凡能输出标准信号的传感器就称为变送器。
传感器一般有敏感元件、转换元件及测量电路组成，有时还要加辅助电源。
敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：能将敏感元件感受的非电量直接转换为电量的器件。
测量电路：将转换元件输出的电量转换成便于记录、显示、控制和处理的电信号的电路。
结构型：主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号。
物性型：利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。
复合型：将中间转换环节与物性型敏感元件复合而成的传感器。
静态特性：当输入量是常量(稳定状态的信号或变化及其缓慢的信号)时，输入与输出间的关系。
动态特性：当输入量随时间变化时，输入与输出间的关系(动态量指周期信号、瞬变信号或随机信号) 。
线性度（非线性误差）：在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程（Full Scale)输出值的百分比称为线性度。
在标准工作状态下，利用一定精度等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，即可得到输出-输入数据。
将这些数据列成表格，再画出各被测量值对应输出平均值的连线，称为传感器的静态校准曲线。
灵敏度：传感器的灵敏度是指到达稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。
精度的指标：精密度，正确度，精确度、精密度δ它说明测量结果的分散性(随即误差）。
正确度ε说明测量结果偏离真值大小的程度(系统误差)。
精确度τ它含有精密度和正确度之和的意思，即测量的综合优良程度。
《传感器原理及工程应用》课后答案
第1章传感器概述1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语： 1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
第1章传感器答案：3．答：传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
4．答：①敏感元件：指传感器中直接感受被测量的部分。
②传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
③信号调理器：对于输入和输出信号进行转换的装置。
④变送器：能输出标准信号的传感器第2章传感器特性1．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？2．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
3．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比，相角各为多少？ε=0.7时，，又为多少？4．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
5. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
6. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
7．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。
8．某温度传感器为时间常数 T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。
检测与转换技术期末试题库
传感器习题集及答案第01章 检测与传感器基础1.1 什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？1.2 传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。
1.3 简述传感器主要发展趋势。
1.4传感器的静态特性是什么？由哪些性能指标描述？它们一般可用哪些公式表示？1.5传感器的线性度是如何确定的？确定拟合直线有哪些方法？传感器的线性度L γ表征了什么含义？为什么不能笼统的说传感器的线性度是多少。
1.6传感器动态特性的主要技术指标有哪些？它们的意义是什么？1.7有一温度传感器，微分方程为30/30.15dy dt y x +=，其中y 为输出电压（mV) , x 为输入温度（℃）。
试求该传感器的时间常数和静态灵敏度。
答案：1.1答：从广义的角度来说，感知信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。
我们对传感器定义是：一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。
从狭义角度对传感器定义是：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。
我国国家标准（GB7665—87）对传感器（Sensor/transducer ）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”。
定义表明传感器有这样三层含义：它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置；能按一定规律将被测量转换成电信号输出；传感器的输出与输入之间存在确定的关系。
按使用的场合不同传感器又称为变换器、换能器、探测器。
1.2答：组成——由敏感元件、转换元件、基本电路组成；关系，作用——传感器处于研究对象与测试系统的接口位置，即检测与控制之首。
传感器是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息都要通过传感器获取并通过它转换成容易传输与处理的电信号，其作用与地位特别重要。
1.3答：数字化、集成化、智能化、网络化等。
1.4答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
第8章 2 3 半导体湿度传感器
图8.37 MgCrO4―TiO2系陶瓷湿度传感器的特性
从电阻-温度特性中可看出,从20°C到80°C各条曲线的变化规律 基本一致,具有负温度系数,其感湿负温度系数为-0.38%RH/°C。如果 要精确测量湿度,对这种湿度传感器需要进行温度补偿。从响应时间 特性可知,响应时间小于10s。
8.2.2 湿度个湿敏器件正常工作的环境湿度的最大变化范围 称为湿度量程。湿度范围用相对湿度（0-100）%RH表示,量程是 湿度传感器工作性能的一项重要指标。
2. 感湿特征量-相对湿度特性曲线
每种湿度传感器都有其感湿特征量,如电阻、电容、电压、 频率等,在规定的工作温度范围内,湿度传感器的感湿特征量随环 境相对湿度变化的关系曲线,称为相对湿度特性曲线,简称感湿特 性曲线。通常希望特性曲线应当在全量程上是连续的且呈线性关 系。有的湿度传感器的感湿特征量随湿度的增加而增大,这称为 正特性湿敏传感器;有的感湿特征量随湿度的增加而减小,这称为 负特性湿敏传感器。
4 1 3 2 感湿体引线 接线柱
图8.36
烧结型MgCrO4-TiO2湿敏传感器结构
MgCrO4-TiO2 系 陶 瓷 湿度传感 器的电阻 - 湿度 特性 、 电 阻-温度特 性及 响应时间特性如图8.37所 示 。从电 阻 -湿度特 性看 出,随着相对湿度的增加, 电阻值急 剧下降 , 基 本按 指数规律 下降 , 当相 对湿 度由0变到100%RH时,阻值 从107Ω下降到104Ω,即变 化了三个数量级。
8.2.3湿度传感器器件
目前常用的湿度传感器种类有:机械式湿度传感 器,如利用脱脂处理后的毛发（现多改成竹膜、乌鱼皮 膜、尼龙带等材料）,在空气相对湿度增大时毛发伸长, 带动指针转动构成的毛发式湿度计等;由两个完全相同 的玻璃温度计,其中一个感温包直接与空气接触,指示 干球温度,另一感温包外有纱布且纱布下端浸在水中经 常保持湿润,指示的是湿球温度,由干球温度和湿球温 度之差即可换算出相对湿度的干湿球湿度计。 这些湿度计的主要缺点是灵敏度和分辨率等都不 够高,而且是非电信号的湿度测量,难以同电子电路和 自动控制系统及仪器相联结。
传感器原理与应用复习要点
第一章传感器的一般特性1.传感器技术的三要素。
传感器由哪3部分组成?2.传感器的静态特性有哪些指标?并理解其意义。
3.画出传感器的组成方框图,理解各部分的作用。
4.什么是传感器的精度等级?一个0.5级电压表的测量范围是0~100V,那么该仪表的最大绝对误差为多少伏?5.传感器工作在差动状态与非差动状态时的优点有哪些?灵敏度、非线性度?第二章应变式传感器6.应变片有那些种类?金属丝式、金属箔式、半导体式。
7.什么是压阻效应?8.应变式传感器接成应变桥式电路的理解、输出信号计算。
应变片桥式传感器为什么应配差动放器?9.掌握电子称的基本原理框图,以及各部分的作用。
10.电阻应变片/半导体应变片的工作原理各基于什么效应?11.半导体应变片与金属应变片各有哪些特点。
第三章电容式传感器12.电容式传感器按工作原理可分为哪3种?13.寄生电容和分布电容对电容式传感器有什么影响?解决电缆电容影响的方法有那些?14.什么是电容电场的边缘效应?理解等位环的工作原理。
15.运算法电容传感器测量电路的原理及特点。
第四章电感式传感器16.了解差动变压器的用途及特点。
17.差动变压器的零点残余电压产生的原因?第五章压电式传感器18.什么是压电效应?什么是逆压电效应?常用压电材料有哪些?19.压电传感器能否测量缓慢变化和静态信号?为什么?20.压电传感器的前置放大器电路形式主要有哪两种?理解电压放大器、电荷放大器的作用。
第六章数字式传感器21.光栅传感器的原理。
采用什么技术可测量小于栅距的位移量?22.振弦式传感器的工作原理。
第七章热电式传感器23.热电偶的热电势由那几部分组成?24.热电偶的三定律的理解。
25.掌握热电偶的热电效应。
26.热电偶冷端补偿原理和必要性及补偿电桥法的补偿原理。
27.铂电阻采用三线制接线方式的原理和特点?28.采用负温度系数热敏电阻稳定晶体管放大器静态工作点的工作原理。
29.集成温度传感器AD590的主要特点。
传感器原理及其应用(第二版)部分习题答案
第1章 传感器的一般特性
2、简述传感器的组成及其各部分的功能。 答：传感器通常由敏感元件、转换元件以及基本转换电 路所组成。 敏感元件：指传感器中能直接感受或响应被测量（输入 量）的部分，并以确定关系输出某一物理量。 转换元件：指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被 探测量(如位移、应变、光强等) 转换成适于传输和测量 的电信号（如电阻、电感等）的部分。 基本转换电路：将电路参数转换成便于测量的电量，如 电压、电流、频率等。
第3章 电感式传感器及其应用
9、已知变气隙电感传感器的铁芯截面积 S=1.5cm2，磁路长度L=20cm，相对磁导率 μ=5000，气隙δ0=0.5cm，Δδ=±0.1mm，真空磁 导率μc=4π×10-7H/m，线圈匝数W=3000，求单 端式传感器的灵敏度△L/△δ，若做成差动结构 形式，其灵敏度将如何变化?
精品
第3章 电感式传感器及其应用
解：（1）传感器的两个线圈作为电桥的两个桥臂Z1和Z2，另外两 个相邻的桥臂用纯电阻代替。 在R3=R4=R的情况下， 电桥的输出 电压为：
U 0 Z 1 Z 2 U Z 2 R 3 R 4 U R 4 U Z 1 Z 2 Z 2 R 3 R 4 R 4 U 2Z Z 1 2 Z Z 2 1
精品
第2章 电阻应变式传感器及其应用
解：(1)如图a，当重力F作用梁短部后，梁上表面R1和R3产生正
应变电阻变化而下表面R2和R4则产生负应变电阻变化，其应变的
绝对值应相等，即：
1 ＝ 3 ＝ 2 4 b 6 h F 2 L E 6 b m h 2 g E L
电阻相对变化量为：
R1R3R2 R4 Rk
第3章 电感式传感器及其应用
(2) 接成单臂电桥后的电桥输出电压值为： U 0 U 2 Z Z 1 2 Z Z 2 1 U 2 Z Z 0 0 Z Z 0 Z Z 0 U 2 2 Z Z 0 2 4 2 1 8 0 5 . 3 5 - 0 . 1 1 7 V
《传感器技术》第3版课后部分习题解答
潘光勇0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业第一章习题一1-1衡量传感器静态特性的主要指标。
说明含义。
1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。
2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。
3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。
各条特性曲线越靠近，重复性越好。
4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。
5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。
7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。
8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。
1-2计算传感器线性度的方法，差别。
1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。
2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。
3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。
这种方法的拟合精度最高。
4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。
1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。
各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。
传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。
第一节 霍尔传感器讲解
λ=1.5
理论值 实际值
20
R3 VH
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 B/T
霍耳电势的负载特性
7、温度特性：指霍耳电势或灵敏度的温度特性，以及输入 阻抗和输出阻抗的温度特性。它们可归结为霍耳系数和电阻 率（或电导率）与温度的关系。
双重影响：元件电阻，采用恒流供电；载流子迁移率，影响
总之，在交变磁场下，当频率为数十kHz时，可以不考虑 频率对器件输出的影响，即使在数MHz时，如果能仔细设计气 隙宽度，选用合适的元件和导磁材料，仍然可以保证器件有良 好的频率特性的。
三、霍耳开关集成传感器
霍耳开关集成传感器是利用霍耳效应与集成电路技术结合而 制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理 量，并以开关信号形式输出。霍耳开关集成传感器具有使用 寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率 高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点。
成：
VH
RH
IB d
RH
1 qn
n
RH
1 qp
p
（N型）
（P型）
VH
RH
IB d
RH
1 qn
n
RH
1 qp
p
（N型）
（P型）
RH—霍耳系数，由载流材料物理性质决定。ρ —材料电阻率
μ —载流子迁移率,μ =v/E,即单位电场强度作用下载流子的平均
4、最大输出功率 在霍耳电极间接入负载后，元件的功率输 出与负载的大小有关，当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳负载 电阻R3时，霍耳输出功率为最大。