传感器第六章习题答案

第六章习题答案

6-1.为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？

解：

6-2.变磁阻式传感器有哪几种结构形式？可以检测哪些非电量？

解：

6-3.磁电式传感器是速度传感器，它如何通过测量电路来获取相应的位移和加速度信号？解：

6-4.磁电式传感器与电感式传感器有哪些不同？磁电式传感器主要用于测量哪些物理参数。

解：磁敏式传感器是通过磁电作用将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。磁电感应式传感器也称为电动式传感器或感应式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生电动式的，它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是有源传感器。

电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、、重量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。

6-5试证明霍尔式位移传感器的输出与位移成正比。

解：

6-6.霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电动势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？

解：答：霍尔元件温度补偿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=RH0αΔt ΔRi=Ri0βΔt

I

a ）基本电路

b ）等效电路

根据d IB R U H H =及I=E/(R+Ri)，可得出霍尔电压随温度变化的关系式为it Ht H H R R E B d R R U +=

对上式求温度的导数，可得增量表达式t R R R U U i i H H ∆+-

=∆)(000βα (1)

要使温度变化时霍尔电压不变，必须使000=+=

R R R i i βα

即ααβ)(0-=

i R R (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。

a ）基本电路

b ）等效电路

(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。

6-7. 简述霍尔效应的原理、霍尔传感器的构成以及霍尔传感器可能的应用场合。（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。

6-8．霍尔电动势的大小与方向和哪些因素有关？影响霍尔电动势的因素有哪些？

解：

6-9.如果没有磁场，能否使用霍尔元件。为什么？

解：不能，因为霍尔元件是根据霍尔效应的原理制作的，而霍尔效应：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，所以必须要有磁场的存在。

6-10.若一个霍尔元件的K H=40mV/（m A·T），控制电流I=3mA,将它置于10-4-0.5T变化的磁场中，它输出的霍尔电动势范围多大？

解：因为U=K H BI所以，霍尔电动势范围：40x3x(10-4-0.5)=0.012-60 mV