第8章 磁电式传感器习题
第8章磁电式传感器习题
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、简述霍尔效应及霍尔传感器的应用场合
4、霍尔元件能够测量哪些物理参数霍尔元件的不等位电势的概念是什么，温度补偿的方法有哪几种
5、某动圈式速度传感器弹簧系统的刚度k=3200N／m，测得其固有频率为20Hz，今欲将其固有频率减小为10Hz，问弹簧刚度应为多大解：
nk/m2f0f012k/m2mk/f0
f0 =20Hz ， k=3200N/m时，2m3200/2022
f0′=10Hz时，k2mf0'
则k2m2f0'222102800/m
26、已知恒磁通磁电式速度传感器的固有频率为10Hz，质量块重，气隙磁感应强度为1T，单匝线圈长度为4mm，线圈总匝数1500匝，试求弹簧刚度k值和电压灵敏度Ku值(mV/(m/s))。
解：k/m，则
k=ω2 m=(2f)2 m=(2×10)2×/
2
=×10 (N/m) Ku =e/v=NB0l0v/v=NB0l0 =1500×
1×4×103 =6V/(m/s)=6000mv/(m/s)
7、某磁电式传感器要求在最大允许幅值误差2％以下工作，若其相对阻尼系数ξ=，试求ω/ωn的范围。
解：磁电势传感器的幅频特性
A
得其幅值动态误差为
/n21/n2242/n2
n4n24n22/n2 取其等号计算
解得 (ω/ωn)2 =，或(ω/ωn)2 =
ω/ωn =，或ω/ωn =
最大幅值误差小于2%时，其频率范围ω/ωn ≥ 8、某霍尔元件l×b×d=10××1mm3，沿l方向通以电流I=，在垂直于lb面方向加有均匀磁场B=，传感器的灵敏度系数为22V/A·T，试求其输出霍尔电势及载流子浓度。
解： KH =1/ned，得n=1/ (KH ed)=1/(22×1019×1×10-3 )=×1020 /m3 输出霍尔电压
UH = KH IB=22V/AT××
3
=×10 V=
9、若一个霍尔器件的KH=4mV/mA·kGs，控制电流I=3mA，将它置于1Gs~5kGs变化的磁场中(设磁场与霍尔器件平面垂直)，它的输出霍尔电势范围多大并设计一个20倍的比例放
大器放大该霍尔电势。
解：UH1 = KH IB1=4mV/MakGs×3mA×1Gs=12μV UH2 = KH IB2=4mV/MakGs×3mA×5kGs=60mV 设计放大倍数A=20的比例放大器，略
10、有一霍尔元件，其灵敏度KH=/mA·kGs，把它放在一个梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作±的摆动，问输出电压范围为多少
解：对于梯度为5kGs/mm的磁场，当霍尔元件在平衡点附近作±的摆动时，其磁场的变化
ΔB=±5kGs/mm×=±则霍尔元件输出电压的变化范围为
ΔUH = KH IΔB=/mAkGs×20mA×(±) =±12mV
n1/2242/n12%2
传感器原理与应用习题_第5章磁电式传感器
第5章 磁电式传感器习题集与部分参考答案 5-1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线性的原因。 5-2 试述相对式磁电测振传感器的工作原理和工作频率范围。 5-3 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施；若要提高其上限又可采取什么措施？ 5-4 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理？说明其原理。 5-5 为什么磁电式传感器要考虑温度误差？用什么方法可减小温度误差？ 5-6 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件（动圈）的尺寸如图P5-1所示：D1=18mm ，D2=22mm ，L=39mm ，工作气隙宽Lg=10mm ，线圈总匝数为15000匝。若气隙磁感应强度为0.5515T ，求传感器的灵敏度。 5-6 解：已知D1=18mm ，D2=22mm ，L=39mm ，Lg=10mm ，W=15000匝，Bg=0.5515T 工作气隙的线圈匝数Wg=（总匝数W/线圈长度L ）*气隙长度Lg g g W l B K 0=，2) (210D D l +=π 5-7 某磁电式传感器固有频率为10Hz ，运动部件（质量块）重力为2.08N ，气隙磁感应强度B g =1T ，工作气隙宽度为t g =4mm ，阻尼杯平均直径D CP =20mm ，厚度t=1mm ，材料电阻率m mm /1074.128?Ω?=-ρ。试求相对阻尼系数ξ=？若欲使ξ=0.6，问阻尼杯璧厚t 应取多大？ 5-8 某厂试制一磁电式传感器，测得弹簧总刚度为18000N/m ，固有频率60Hz ，阻尼杯厚度为1.2mm 时，相对阻尼系数ξ=0.4。今欲改善其性能，使固有频率降低为20Hz ，相对阻尼系数ξ=0.6，问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大？ 5-9 已知惯性式磁电速度传感器的相对阻尼系数ξ=2/1，传感器-3dB 的下限频率为16Hz ，试求传感器的自振频率值。 5-10 已知磁电式速度传感器的相对阻尼系数ξ=0.6，求振幅误差小于2%测试时的n ωω/范围。
传感器习题第7章 磁电式传感器
第7章 磁电式传感器 1、 某霍尔元件尺寸为l=10mm ，b=3.5mm ，d=1.0mm ，沿l 方向通以电流I=1.0mA ，在垂直 于l 和b 的方向上加有均匀磁场B ＝0.3T ，灵敏度为22V/(A·T)，试求输出的霍尔电势以及载流子浓度。 解： 输出的霍尔电势为： ） （mV IB K U H H 6.63.0100.1223=???==- 由 ne R d R K H H H 1 =，＝ 可得载流子浓度为： 3 203 19/1084.210 1106.12211m ed K n H ?=????=?= -- 第8章 光电式传感器 8－8当光纤的46.11＝n ，45.12＝n ，如光纤外部介质的10＝n ，求光在光纤内产生全反射时入射光的最大入射角c θ。 解： 最大入射角 8.91706.0arcsin 45.146.1arcsin 1arcsin 222 2210 ==-=-=n n n c θ 2、若某光栅的栅线密度为50线/mm ，标尺光栅与指示光栅之间的夹角为0.01rad 。求：所形成的莫尔条纹的间距。 解： 光栅栅距为 mm mm W 02.0/501 =＝ 标尺光栅与指示光栅之间的夹角为 rad 01.0=θ 莫尔条纹的间距为 mm mm W W B H 201.002.02 sin ==≈=θθ ＋＋
＋ － t 1 t 2 A A B B t 0 t 0 3、利用一个六位循环码码盘测量角位移，其最小分辨率是多少？如果要求每个最小分辨率对应的码盘圆弧长度最大为0.01mm ，则码盘半径应有多大？若码盘输出数码为“101101”，初始位置对应数码为“110100”，则码盘实际转过的角度是多少？ 解： 六位循环码码盘测量角位移的最小分辨率为： rad 098.06.52 3606=== α。 码盘半径应为： mm mm l R 1.0098 .001.0== = α 循环码101101的二进制码为110110，十进制数为54； 循环码110100的二进制码为100111，十进制数为39。 码盘实际转过的角度为： 846.515)3954(=?=?-=αθ。 第13章 传感器在工程检测中的应用 P275 15－8 用两只K 型热电偶测量两点温差，其连接线路如图所示。已知t 1=420℃，t 0=30℃，测得两点的温差电势为15.24mV ，试问两点的温差为多少？后来发现，t 1温度下的那只热电偶错用E 型热电偶，其它都正确，试求两点实际温度差。 解： t 1=420℃，t 0=30℃。若为K 型热电偶，查表（15－5）可知： 1(,0)17.241AB e t mV = 0(,0) 1.203AB e t mV = 所以 10(,)17.241 1.20316.038()AB e t t mV =-= 因为 1020(,)(,)15.24AB AB e t t e t t mV -= 所以 20(,)16.03815.240.798()AB e t t mV =-= 所以 2020(,0)(,0)(,) 1.2030.798 2.001()AB AB AB e t e t e t t mV =+=+= 查表可得 250t C ≈ 所以，两点的温差为 2142050370()t t C -=-= 若t 1温度下用的是E 型热电偶，则需查表（15－6）。t 1=420℃，t 0=30℃，则有 mV t e AB 546.30)0,(1=
8磁电式传感器习题及解答
第8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 三、填空题 1、通过将被测量转换为电信号的传感器称为磁电式传感器。 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（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? 4、简述霍尔电势产生的原理。
《传感器技术》习题答案第5-6章
第五章 磁电式传感器 4. 000/2/21 2/f k m m k f f m k n =?=?==πππω f 0 =20 Hz ， k=3200 N/m 时， 2220/32002== m π f 0′=10 Hz 时，由'20f m k π= 则 ()()()m f m k /8001022'222 202N =?==π 6. 由 K H =1/ned ，得 （1） n=1/ (K H ed)=1/(22×1.6?10-19×1×10-3 )=2.84×1020 个/m 3 （2）输出霍尔电压 U H = K H IB=22V/A?T ×1.0mA×0.3T =6.6×10-3 V=6.6 mV
第六章 压电式传感器 3. 答：压电传感器不能用于静态测量。压电元件输入前置放大器的电压为 22233 )(1i c a m im C C C R R F d U +++=ωω 由上式可知，用作用在压电元件上的力是静压力（ω=0）时，前置放大器输入电压等于零。因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。所以压电传感器不能测量静态物理量。 4. 答：对应压电元件两种等效电路形式，压电式传感器的灵敏度有电压灵敏度K u 和电荷灵敏度K q 两种，分别表示单位应力产生的电压和单位应力产生的电荷，即F U K u = ，F Q K q =，且电压灵敏度K u 与电荷灵敏度K q 之间关系为a q u C K K = 。 5. 答：并联接法如a)图所示，串联接法如b)图所示。 a) 并联接法 b) 串联接法 当两压电元件并联连接，是将相同极性端连接在一起，总电容量C ′、总电压U ′、总电荷Q ′与单片的C 、U 、Q 关系为 Q Q U U C C 2''2'=== 当两压电元件串联连接，是将不同极性端连接在一起，总电容量C ′、总电压U ′、总电荷Q ′与单片的C 、U 、Q 关系为
第七章 磁电式传感器
第七章磁电式传感器 7.1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线形的原因。 7.2 机械阻抗是什么？用机械阻抗来分析作简谐运动的线形机械系统有 什么好处？ 7.3 什么是位移阻抗、速度阻抗、加速度阻抗、位移导纳、速度导纳和加速度导纳？ 7.4 试述相对测振传感器的工作原理和工作频率范围。 7.5 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施;若要提高其上限又可采取什么措施? 7.6 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理?说明其原理。 7.7 为什么磁电式传感器要考虑温度误差?用什么方法可减小温度误差? 7.8 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件(动圈)的尺寸如图P7-1所示: D1=18mm, D2=22mm, L=39mm, 工作气隙宽Lg=10mm ,线圈总匝数为15000匝。若气隙磁感应强度为0.5515T,求传感器的灵敏度。 7.9 某磁电式传感器固有频率为10HZ,运动部件(质量块)重力为2.08N, 气隙磁感应强度Bδ=1T,工作气隙宽度为tg=4mm,阻尼杯平均直径Dcp=20mm,厚 度t=1mm,材料电阻率ρ=1.74×10ˉ? W·mm2/m。试求相对阻尼系数=? 若欲使 =0.6,问阻尼杯壁厚t应取多大? 7.10 某厂试制一电磁式传感器,测得弹簧总刚度为18000N/m,固有频率 60HZ,阻尼杯厚度为1.2mm,相对阻尼系数 =0.4。今欲改善其性能,使固有频率降低为20HZ,相对阻尼系数=0.6,问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大? 7.11 已知惯性式磁电式传感器的相对阻尼系数, 传感器-3dB的下限频 率为16HZ,试求传感器的自振频率值。
第6章磁电式传感器解析
学习目的 ?掌握霍尔传感器的工作原理与特性，熟悉霍尔传感器件 ?了解磁敏电阻、磁敏二极管等磁敏元件的工作原理和特性
6.1 概述 6.2 霍尔式传感器的工作原理与特性6.3 磁敏传感器 6.4 磁电式传感器的应用 本章小结 复习思考题 主要内容
6.1 概述 ?磁电感应式传感器是通过磁电转换将被测非电量（如振动、位移、速度等）转换成电信号的一种传感器。 ?1820年奥斯特首次通过实验发现电流的磁效应。1831年英国物理学家法拉第发现电磁感应定律。根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里，产生与磁通变化速率成正比的感应电动势。最简单的把磁信号转换为电信号的磁电传感器就是线圈。随着科技发展，现代磁电传感器已向固体化发展，它是利用磁场作用在被测物上，使物质的电性能发生变化的物理效应制成的，从而使磁场强度转换为电信号。 ?磁电式传感器的种类较多，不同材料制作的磁传感器其工作原理和特性也不相同。本章主要介绍霍尔传感器以及磁阻元件、磁敏二极管、磁敏晶体管等常用半导体磁传感器的原理、特性和应用。
?1879 年，美国物理学家霍尔经过大量的实验发现：如果让恒定电流通过金属薄片，并将薄片置于强磁场中，在金属薄片的另外两侧将产生与磁场强度成正比的电动势。这个现象后来被人们称为霍尔效应。但是由于这种效应在金属中非常微弱，当时并没有引起人们的重视。1948 年以后，由于半导体技术迅速发展，人们找到了霍尔效应比较明显的半导体材料，并制成了砷化稼、锑化铟、硅、锗等材料的霍尔元件。 ?用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。霍尔传感器可以做得很小（几个平方毫米），可以用于测量地球磁场，制成电罗盘；将它卡在环形铁心中，可以制成大电流传感器。它还广泛用于无刷电动机、高斯计、接近开关、微位移测量等。它的最大特点是非接触测量。其它类型的磁电感应式传感器很多，常用的有磁敏电阻与磁敏传感器等。磁敏电阻一般用于磁场强度、漏磁、制磁的检测或在交流变换器、频率变换器、功率电压变换器、移位电压变换器等电路中作控制元件，还可用于接近开关、磁卡文字识别、磁电编码器、电动机测速等方面或制作磁敏传感器用。磁敏二极管和磁敏晶体管多用于检测弱磁磁场，无触点开关，位移测量，转速测量等。
第6章磁电式传感器
第六章、磁电式传感器 第一节、磁电式传感器的工作原理 1）、磁电式传感器由于具有结构简单、工作稳定、输出电压灵敏度高等优点； 2）、磁电式传感器在转速测量、振动、速度测量中得到了广泛的应用。 3）、磁电式传感器的基本工作原理： 电磁感应原理； 法拉第电磁感应定律:无论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率的负值成正比。 具有N 圈的线圈感应电动势e 为： dt d N e Φ -= （6-1） 式中：φ为线圈的磁通，常用单位为Wb ； N 为线圈匝数。 4）、当线圈在恒定磁场中作直线运动并切割磁力线时则： 线圈两端的感应电动势e 为 ： θ θsin sin NBlv dt dx NBl e == （6-2） 式中：B ：为磁场的磁感应强度，常用单位为T ； x ：为线圈与磁场相对运动的位移； v ：为线圈与磁场相对运动的速度； θ：为线圈运动方向与磁场方向的夹角； N ：为线圈的有效匣数； l ：为每匣线圈的平均长度。 当θ=90时；式(6-2)可写成 ：e = N B l v （6-3） ； 5）、若线圈相对磁场作旋转运动切割磁力线时； 则线圈两端的感应电动势e 为 ： θ θθ sin sin NBA dt d NBa e == （6-4） 式中：ω：为旋转运动角速度； A ：为线圈的截面权； θ：为线圈平面的法线方向与磁场方向间的夹角。 Φ - + u e i v B l e θ ω θsin BlvN e =θ ωsin BA e =
当θ=90时，式(6-4)可写成 ： e = N B A ω (6-5) 当N 、B 、A 、l 为定值时，感应电动势e 与线圈和磁场的相对运动速度v (或ω)成正比。 由于速度和位移、加速度之间是积分、微分的关系，因此只要适当加入积分、微分电路，便能通过测量感应电动势得到位移和加速度。 第二节、磁电式传感器的结构与应用 如前所述，可以用改变磁通方法或用线圈切割磁力线方法产生感应电动势；所以磁电式传感器可以分为：变磁通式、恒磁通式两种类型。 一、变磁通式磁电传感器 1）、在这类磁电式传感器中，产生磁场的永久磁铁和线圈都固定不动，而是通过磁通的变化产生感应电动势。 2）、磁电式转速传感器： ①、磁电式转速传感器的结构；见图6-1。 1传感齿轮、2感应线圈、3软铁板靴、 4永久磁铁 图6-1、永磁型磁电式转速传感器的基本结构 磁电式转速传感器主要由两部分组成。 第一部分是：固定部分，包括磁铁、感应线圈、用软铁制成的极靴(又称极掌)。 第二部分是：可动部分，主要是传感齿轮，它由铁磁材料制成，安装在被测轴上，随轴 转动。 ②、磁电式转速传感器的工作原理： 当被测轴以一定的角速度旋转时，带动传感齿轮一起转动。齿轮的齿顶和齿谷交替经过 极靴。由于极靴与齿轮之间的气隙交替变化，引起磁场中磁路磁阻的改变，使得通过线圈的磁通也交替变化，从而导致线圈两端产生感应电动势。 传感齿轮每转过一个齿，感应电动势对应经历一个周期T 。 若齿轮齿数为z ，转速为n(r/min) 。 则有：)() (60)min (1r zn s r zn T == (6-6) 式中：T 为感应电动势周期，单位为s ； 式(6-6)表示：传感齿轮每转过一个齿，对应所用时间。即传感齿轮每转过一个齿对应经 历一个周期T 。 或 60zn f = (6-7) f 为感应电动势频率，单位为Hz 。
第六章压电式传感器
第六章压电式传感器 一、学习本课程所需的预备知识。 物理、电工基础、电子测量技术、电子线路。 二、教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指导。 1、压电传感器 压电传感器是利用某些晶体的压电效应工作的，超声波是利用逆压电效应工作的，所以压电效应是本章重点内容。同时，压电传感器使用电压、电荷放大器，故也是重点内容。 教学从晶体的压电效应入手，结合身边（电子打火机）的应用实例讲解。并且通过实验来加深理论知识，同时也掌握了压电传感器的应用。 超声波是压电效应的反向使用，要掌握超声波特性，这对于超声波传感器的使用是非常重要的。 教学建议： 由于晶体的压电效应不易理解，可以用电子打火机的原理使学生掌握晶体的压电效应。在介绍测量电路时，要使学生清楚压电传感器的实际等效电路，并且使学生知道为什么压电传感器不能用于静态测量。最后通过实验掌握传感器的应用。 2、霍尔传感器 霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应实现对磁场和电流测量的，目前使用的基本是霍尔集成电路，所以霍尔效应和霍尔集成电路是本章的重点内容。教材从霍尔效应开始，介绍了霍尔效应，霍尔元件的主要参数以及霍尔集成电路。最后介绍了霍尔传感器的应用。 教学建议： 在教学中要详细介绍霍尔集成电路的相关知识，同时，要采用实验的手段，使学生对霍尔传感器的原理及应用有一个详细的掌握。实验可采用测量位移的方法，这个实验在传感器实验台上完成。 三、典型例题 1、什么叫压电效应？压电材料分为哪几种？ 答：某些晶体，当沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，同时在某两个表面上产生大小相等符号相反的电荷；当外力去掉后，又恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种现象叫压电效应。 压电材料可分为三大类：压电晶体（单晶）、压电陶瓷（多晶半导瓷）和新型压电材料（包括压电半导体和高分子压电材料）。 2、压电效应
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
传感器与测试技术作业题第六章
第六章磁电式传感器 思考题： 1、磁电式传感器可分为几类？各有什么性能特点？ 答： a)变磁通式磁电传感器 这种类型的传感器线圈和磁铁固定不同，利用铁磁性物质制成一个齿轮（或凸轮）与被测物体相连而连动，在运动中齿轮（或凸轮）不断改变磁路的磁阻，从而改变了线圈的磁通，在线圈中感应出电动势。这种类型的传感器在结构上有开磁路和闭磁路两种，一般都用来测量旋转物体的角速度，产生感应电势的频率作为输出，感应电动势的频率等于磁通变化的频率。 b)恒定磁通式磁电传感器 在图6-4中，线圈和壳体固定，永久磁铁用弹簧支承，当壳体随被测物体一起振动时，由于弹性元件较软而运动部件质量相对较大，因而有较大惯性，来不及跟随振动体一起振动，振动能量几乎全部被弹性元件吸收，永久磁铁与线圈之间产生相对运动，线圈切割磁力线，从而产生感应电动势。 2、简述磁电感应式传感器的工作原理，磁电感应式传感器最基本的构成元件有哪些？ 答：磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路非常简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器，适用于振动、转速、扭矩的测量。 3、利用磁电感应式传感器的工作原理，设计一个测量主轴转速的传感器，并说明如何将其作为数字传感器使用。 答：测量转速时，转轴与被测转轴链接，从而带动转子转动，当转子的齿与定子的齿相对时气隙最小，磁路中磁通最大，当两者的齿与槽相对时，气隙最大，磁路中磁通最小。因而当定子不动而转子转动时，磁通就周期性的变化，从而在线圈感应出近似正弦的电感信号，感应电势频率。
4、可否利用磁电感应式传感器来测流量？简述其工作原理。 答：电磁流量传感器 电磁流量传感器的结构如图6-8所示，传感器安装在工艺管通中，当导电流体沿测量管在磁场中与磁力线成垂直方向运动时，导电流本切割磁力线而产生感应电动势，其值可用下式表示： 流经测量管流体的瞬时流量与流速的关系为 6-8 式中，—测量管内电极处横截面面积 则：6-9 式中，—仪表常数 由式6-9可知，当传感器参数确定后，仪表常数是一定值，感应电势正与流量Q成正比。
传感器习题第六章
6-1为什么说磁电应式传感器是一种有源传感器? 答:有源是说线圈靠高频电流产生磁场。从而当有金属物体靠近时会形成电涡流，随间隙的变化而变化。二次仪表将这一变化量计算并发出标准信号给控制系统,磁感应式传感器是利用电磁感应原理将运动速度转换成感应电动势输出的传感器 6-3磁电式传感器是速度传感器，它是如何通过测量电路的获得相对应的位移和加速度信号的？ 答：磁电式传感器的工作原理是基于电磁感应定律,它的输出电动势信号和切割磁力线的速度成正比,常做成测量速度的传感器,所以也称速度传感器.只要在测量电路中加上微分电路或积分电路即可得到加速度或位移信号. 6-10若一个霍尔元件的K H=4mv/(ma.kGs）(1kGs=0.1T),控制电流I=3ma，将它置于1Gs~5KGs变化的磁场中，它输出的霍尔电动势的范围是多大？ 解：因为U=K H BI 所以他的霍尔电动势范围：40x3x(10-4 -0.5)=0.012-60 mV 6-11.有一测量转速装置，调制盘上有100对永磁极，N、S极交替放置，调制盘由转轴带动旋转满载磁极上面固定一霍尔元件，每通过一对磁极霍尔元件产生一个方脉冲送到计数器。假定t=5min的采样时间内，计数器收到N=15万个脉冲，求转速n（单位为转/分）。 解：转速=计数器收到脉冲个数/调制盘上永磁极对数/采样时间 所以其所求转速n=150000/100/5=300 转/分钟
6-13磁敏电阻与磁敏晶体管有哪些不同？与霍尔元件在本质上的区别是什么？ 答：霍尔元件具有体积小、外围电路简单、动态特性好、灵敏度高、频带宽等许多优点，在霍尔元件确定后，可以通过测量电压、电流、磁场来检测非电量，如力、压力、应变、振动、加速度等等，所以霍尔元件应用有三种方式：①激励电流不变，霍尔电势正比于磁场强度，可进行位移、加速度、转速测量。②激励电流与磁场强度都为变量，传感器输出与两者乘积成正比，可测量乘法运算的物理量，如功率。 ③磁场强度不变时，传感器输出正比于激励电流，可检测与电流有关的物理量，并可直接测量电流。 磁敏电阻与霍尔元件属同一类，都是磁电转换元件，两者本质不同是磁敏电阻没有判断极性的能力，只有与辅助材料(磁钢)并用才具有识别磁极的能力。 磁敏二极管可用来检测交直流磁场，特别是弱磁场。可用作无触点开关、作箱位电流计、对高压线不断线测电流、小量程高斯计、漏磁仪、磁力探伤仪等设备装置。磁敏三极管具有较好的磁灵敏度，主要应用于①磁场测量，特别适于10-6T以下的弱磁场测量，不仅可测量磁场的大小，还可测出磁场方向；②电流测量。特别是大电流不断线地检测和保护；③制作无触点开关和电位器，如计算机无触点电键、机床接近开关等；④漏磁探伤及位移、转速、流量、压力、速度等各种工业控制中参数测量。
磁电式传感器习题集.
第八章磁电式传感器 8.1一个霍尔元件在一定的电流控制下，其霍尔电势与那些因素有关？ 8.2 试说明霍尔元件为什么要引入形状修正函数？为什么说某些半导体材料是制造霍尔元件的最佳材料？ 8.3 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线形的原因。 8.4 试述相对测振传感器的工作原理和工作频率范围。 8.5 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施;若要提高其上限又可采取什么措施? 8.6 为什么磁电式传感器要考虑温度误差?用什么方法可减小温度误差? 8.7 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件(动圈)的尺寸如图P8-1所示: D1=18mm, D2=22mm, L=39mm, 工作气隙宽Lg=10mm ,线圈总匝数为15000匝。若气隙磁感应强度为0.5515T,求传感器的灵敏度。 8.8 某磁电式传感器固有频率为10HZ,运动部件(质量块)重力为2.08N,气隙磁感应强度Bδ=1T,工作气隙宽度为tg=4mm,阻尼杯平均直径Dcp=20mm,厚度t=1mm,材料电阻率ρ=1.74×10ˉ? W·mm2/m。试求相对阻尼系数=? 若欲使=0.6,问阻尼杯壁厚t应取多大? 8.9 某厂试制一电磁式传感器,测得弹簧总刚度为18000N/m,固有频率60HZ,阻尼杯厚度为1.2mm,相对阻尼系数 =0.4。今欲改善其性能,使固有频率降低为20HZ,相对阻尼系数=0.6,问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大? 8.10 已知惯性式磁电式传感器的相对阻尼系数, 传感器-3dB的下限频率为 16HZ,试求传感器的自振频率值。
第8章 磁电式传感器习题
第8章 磁电式传感器习题 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、简述霍尔效应及霍尔传感器的应用场合 4、 霍尔元件能够测量哪些物理参数?霍尔元件的不等位电势的概念是什么，温度补偿 的方法有哪几种 5、某动圈式速度传感器弹簧系统的刚度k=3200N ／m ，测得其固有频率为20Hz ，今欲将其固有频率减小为10Hz ，问弹簧刚度应为多大? 解： 000/2/21 2/f k m m k f f m k n =?=?==πππω f 0 =20Hz ， k=3200N/m 时， 2220/32002== m π f 0′=10H z 时，由'20f m k π= 则 ()()()m f m k /8001022'222 202N =?==π 6、已知恒磁通磁电式速度传感器的固有频率为10Hz ，质量块重2.08N ，气隙磁感应强度为1T ，单匝线圈长度为4mm ，线圈总匝数1500匝，试求弹簧刚度k 值和电压灵敏度K u 值(mV/(m/s))。 解：由m k /=ω，则 k=ω2 m=(2πf )2 m=(2π×10)2×2.08/9.8 =8.38×102 (N/m) K u =e/v =NB 0l 0v /v =NB 0l 0 =1500×1×4×10-3 =6V/(m/s)=6000mv/(m/s) 7、某磁电式传感器要求在最大允许幅值误差2％以下工作，若其相对阻尼系数ξ=0.6，试求ω/ωn 的范围。 解：由磁电势传感器的幅频特性 ()()()[]()22222/4/1/n n n A ωωζωωωωω+-= 得其幅值动态误差为
传感器与测试技术作业题第五章
第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空 发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L 气隙δ发生变化，磁路磁阻R m 的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压 ， 1 两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 一般取得很小（~），当气隙变化为△答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ 可达~，因而它对处理电路的放大倍数要δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L 求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ 的1/5以下，同时，这种传感器制造装配困难。变面积型
部分习题参考答案(传感器原理及应用,第5章)
部分习题参考答案 第5章 电感式传感器 何谓电感式传感器电感式传感器分为哪几类 答： 电感式传感器是一种机-电转换装置，电感式传感器是利用线圈自感和互感的变化实现非电量电测的一种装置，传感器利用电磁感应定律将被测非电量转换为电感或互感的变化。它可以用来测量位移、振动、压力、应变、流量、密度等参数。 电感式传感器种类：自感式、涡流式、差动式、变压式、压磁式、感应同步器。 提高电感式传感器线性度有哪些有效的方法。 答：电感传感器采用差动形式，转换电路采用相敏检波电路可有效改善线性度。 说明单线圈和差动变间隙式电感传感器的结构、工作原理和基本特性。 答：参看教材和授课用PPT 说明产生差动电感式传感器零位残余电压的原因及减小此电压的有效措施。 答：差动变压器式传感器的铁芯处于中间位置时，在零点附近总有一个最小的输出电压0U ，将铁芯处于中间位置时，最小不为零的电压称为零点残余电压。产生零点残余电压的主要原因是由于两个次级线圈绕组电气系数（互感 M 、电感L 、内阻R ）不完全相同，几何尺寸也不完全相同，工艺上很难保证完全一致。 为减小零点残余电压的影响，除工业上采取措施外，一般要用电路进行补偿：①串联电阻；②并联电阻、电容，消除基波分量的相位差异，减小谐波分量；③加反馈支路，初、次级间加入反馈，减小谐波分量；④相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用。 为什么螺线管式电传感器比变间隙式电传感器有更大的测位移范围 答：螺线管式差动变压器传感器利用互感原理，结构是：塑料骨架中间绕一个初
级线圈，两次级线圈分别在初级线圈两边，铁心在骨架中间可上下移动，根据传感器尺寸大小它可测量1~100mm范围内的机械位移。变间隙式电感传感器是利用自感原理，衔铁的与铁芯之间位移（气隙）与磁阻的关系为非线性关系，可动线性范围很小，因此测量范围受到限制。 电感式传感器测量电路的主要任务是什么 答：主要是将电感值的变化转变为容易测量的电参数，例如电压、电流、电信号的频率等。 概述变间隙式差动变压器的结构、工作原理和输出特性，试比较单线圈和差动螺线管式电传感器的基本特性，说明它们的性能指标有何异同 答：参照教材和授课PPT。 差动变压器式传感器的测量电路有几种类型试述差动整流电路的组成和基本原理。 答：全波电流输出、半波电流输出、全波电压输出、半波电压输出、相敏整流电压输出。 什么叫电涡流效应说明电涡流式传感器的基本结构与工作原理。电涡流式传感器的基本特性有哪些它是基于何种模型得到的 答：（1）块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作用切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭和的电流，这种电流叫电涡流，这种现象叫做电涡流效应。 （2）形成涡流必须具备两个条件：第一存在交变磁场；第二导电体处于交变磁场中。电涡流式传感器通电后线圈周围产生交变磁场，金属导体置于线圈附近。当金属导体靠近交变磁场中时，导体内部就会产生涡流，这个涡流同样产生交变磁场。由于磁场的反作用使线圈的等效电感和等效阻抗发生变化，使流过线圈的电流大小、相位都发生变化。通过检测与阻抗有关的参数进行非电量检测。 （3）因为金属存在趋肤效应，电涡流只存在于金属导体的表面薄层内，实际上涡流的分布是不均匀的。涡流区内各处的涡流密度不同，存在径向分布和轴向分布。所以电涡流传感器的检测范围与传感器的尺寸（线圈直径）有关。