20xx年电大传感器与测试技术专科期末复习题考试资料小抄

20xx年电大传感器与测试技术专科期末复习题考试资料小抄内容摘要：

片方向上施加磁感应强度为 的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势 ， 的大小正比于控制电流 和磁感应强度 ，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。 霍尔钳形电流表的探头实用环形铁心做集束器，霍尔器件放在空隙中间。 由安培定律克制，在载流导体周围会产生一正比于该电流的磁场，用霍尔元件来测量这一磁场，其输出的霍尔电势正比于该磁场，通过对磁场的测量可间接测得电流的大小。 由霍尔元件构成的电流传感器为非接触式测量， 测量精度高，不必切断电路电流，测量范围广，本身几乎不消耗电路功率。 磁场测量的方法很多，其中应用比较普遍的是以霍尔元件做探头的特斯拉计。 锗和砷化镓的霍尔电势温度系数小，线性范围大，适于做测量磁场的探头。 把探头放在待测磁场中，探头的磁敏感面与磁场方向垂直，控制电流恒定，则霍尔输出电势 UH 正比于磁场 B，故可以利用它来测量磁场。 6 霍尔系数的物理意义是什么。 为什么用半导体材料制造霍尔元件。 答： 霍尔系数 ，其中 为载流体的电阻率， 为载流子的迁移率，半导体材料（尤其是 N 型半导体）电阻率较大，载流子迁移率很高，因 而可以获得很大的霍尔系数，适于制造霍尔传感器。 什么是霍尔元件的不等位电势。 如何补偿。 答： 不等位电势 ：在额定控制电流作用下，无外加磁场时，由于材料电阻率的不均匀，两个电极不在同一等位面上，霍尔元件的厚度不均匀等原因，在两霍尔电极之间的空载电势。 要完全消除霍尔元件的不等位电势很困难，一般要求。 什么是霍尔元件的磁阻效应。 磁阻效应应对霍尔元件的输出有什么影响。 答： 特性是指霍尔元件的输入（或输出）电阻与磁场之间的关系，霍尔元件的内阻随磁场的绝对值增加而增大，这种现象称磁阻效应。 霍9 尔元件的磁阻效应 使霍尔输出降低，尤其在强磁场时，输出降低较多，应想办法予以补偿。 请画出两种霍尔元件的驱动电路，简述其优缺点。 答： 对霍尔元件可采用恒流驱动或恒压驱动，恒压驱动电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变坏，仅用于精度要求不太高的场合；恒流驱动线性度高，精度高，受温度影响小。 两种驱动方式各有优缺点，应根据工作要求确定驱动方式。 10 磁栅式传感器由哪几部分组成。 简述工作原理。 答：磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。 磁栅是检测位置的基准尺，尺身的磁性薄膜上预先录有相同间距的栅状磁信号，此偷渡去磁信号。 当磁栅与磁头的相对位置发生变化时，磁头的输出发生相应变化，将位移量转换为电信号，然后通过检测电路转换成脉冲，并以数字形式显示出来。 磁栅传感器有长磁栅式和圆磁栅式两种，分别用来测量线位移和角位移。 1 磁栅式传感器的信号处理方法有哪些。 答：磁栅式传感器的信号处理方法有静态磁头的信号处理方法和动态磁头的信号处理方法。 1 磁栅式传感器的误差是哪些因素引起的，磁栅式传感器可应用于哪些场合 答：磁栅式传感器的误差包括零位误差和细分误差。 零位误差是由以下因素造成的：磁栅的节距不均匀造成的零位误差； 磁栅的安装与变形误差；磁栅剩磁变化所引起的零点漂移；外界磁场干扰。 细分误差是由以下因素造成的：由于磁膜不均匀或录制过程不完善造成磁栅上信号幅度不相等；两个磁头在空间位置偏离正交较远；两个磁头参数不对称引起的误差；磁场高次谐波分量和感应电势高次谐波分量的 影响。 磁栅式传感器目前有以下两个方面的应用：可以作为高精度测量长度和角度的测量仪器。 可以作为自动控制系统中的检测元件（线位移）。 作业题： 导体在磁场中运动切割磁力线，导体两端会出现感应电动势 E，闭合导体回路中感应电动势 e=Ndtd ；当线圈垂直于磁场方向切割磁力线时，感应电动势 e=NBlv；若线圈以角速度ω转动，、则感应电动势 e=NBSω。 只要线圈磁通量发生变化，就有感应电动势产生，其实现的主要方法有 线圈与磁场发生相对运动 ， 磁路中磁阻变化 ， 恒定磁场中线圈面 积变化。 当传感器结构参数确定后，感应电动势 e 与线圈相对磁场的运动速度 v 或ω成正比。 所以，可用磁电式传感器测量 线速度 和 角速度 ，对测得的速度进行积分或微分就可求出 位移 和 加速度。 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 、10 转速 、 扭矩 的测量。 电磁流量传感器的结构如图 68 所示，传感器安装在工艺管道中，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 电流体切割磁力线而产生感应电动势 E=Bv D，其中 B 是 磁感应强度 ， v 是 平均流速 ， D 是 距离 ，常与 测量管内径 相等。 流经测量管流体的瞬时流量 Q 与流速 v 的关系为 Q=а v = 42Dv。 在如图 69 所示的 金属 或 半导体 薄片两端通以控制电流 I，在与薄片垂直方向上施加 磁感应强度为 B 的磁场 ，则在垂直于电流和 磁场 方向的薄片的另两侧会产生大小正比于 控制电流 I 和 磁感应强度 B 的 现象 ，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称 霍尔传感器。 在薄片两侧之间建立的电场 EH ，称为 霍尔电场 ，相应的电势UH 称为 霍尔电势。 霍尔效应的产生是由于 运动电荷受磁场中洛仑磁力作用的结果。 霍尔电势 UH = dIBRH =KHIB，其中 RH 是 霍尔系数（ m3/c） 、 I 是 控制电流（ A） 、 B 是 磁感应强度（ T） 、 d 是半导体薄片厚度（ M） 、 KH 是 灵敏度系数 ， RH = ，其中  为 载流体的电阻率 ，  为 载流子的迁移率 ，半导体材料（尤其是 N 型半导体）电阻率较大，载流子迁移率很高，因而可以获得很大的 霍尔系数 ，适于制造霍尔传感器。 霍尔电势的大小正比于 控制电流 I 和 磁感应强度 B，灵敏度 kH 表示 在单位磁感应强度和单位控制电流时输出霍尔电势的大小 ，一般要求 越大越好 ，元件的厚度 d 越 薄 ， kH 越大，所以霍尔元件的厚度都很 薄。 当载流材料和几何尺寸确定后，霍尔电势的大小只和 I 和 B 有关，因此霍尔传感器可用来探测 磁场 和 电流 ，由此可测量 压力 、 振动等。 霍尔元件的输出与灵敏度有关，灵敏度系数 kH 越大，输出 UH 越大。 灵敏度 系数的大小，取决于 元件的材料 和几何尺寸 ，材料的  和  越大，霍尔系数 RH 越大，输出的 UH 越大，为了提高霍尔灵敏度，要求材料的 RH 尽可能的大。 元件的厚度 d 越小 ， kH 越大 ， UH 也 越大 ，所以霍尔元件的厚度要小，但太小会使元件的 输入 、 输出电阻增加。 当霍尔元件的控制电流采用交流时，由于 建立霍尔电势所需时间很短 ，因此交流电频率可高达几千兆赫，且 信噪比 较大。 当磁场为交变，电流为直流时，由于 交变磁场在导体内产生涡流而输出附加霍尔电势 ，所以霍尔元件不能在交变频率为几千赫的磁场中工作。 对霍尔元件可采用 恒流 驱动或 恒压 驱动； 恒压驱动 电路简单，但性能较差，随着磁感应强度增加，线性变坏，仅用于 精度要求不太高的 场合； 恒流驱动 线性度高，精度高，受温度影响小。 1 霍尔元件对 温度 的变化很敏感，霍尔元件的 输入电阻 、 输出电阻 、 霍尔电势 等都会随温 度变化，这将给测量带来较大的误差。 为了减小由于温度影响带来的测量误差，除选用 温度系数小 的元件或采取 恒温 措施外，还可以采用11 恒流源 、 利用输入回路串、并电阻、利用输出回路的负载 、 利用热敏电阻 等方法进行补偿。 1 以霍尔元件做探头的特斯拉计（或高斯计、磁强计）可用来测量磁场，锗和砷化镓器件的霍尔电势 温度系数 小， 线性范围 大，适用于做测量磁场的探头，把探头放在待测磁场中，探头的磁敏感面与 磁场方向 垂直， 控制电流 恒定，则 霍尔输出电势UH 正比于磁场 B，故可以利用它来测量磁场。 进行测量时， 采用高导磁的磁性材料（如坡莫合金）集中 磁通来增强磁场的集束器 可降低器件噪声、提高信噪比。 1 磁栅传感器由 磁栅 、 磁头 和 检测电路 组成。 磁栅 是检测位置的基准尺，尺身的磁性薄膜上预先录有相同间距的栅状磁信号， 磁头 读取磁信号。 当 磁栅 与 磁头 的相对位置发生变化时，磁头的输出发生相应变化，将位移量转换为电信号，然后通过检测电路转换成脉冲，并以数字形式显示出来。 磁栅传感器有 长磁栅式 和 圆磁栅式 两种，分别用来测量 线位移 和 角位移。 1 磁头的功能是 读取磁栅上记录信号 ，可分为 静态磁头 和 动态磁头。 动态磁头 仅有输出绕组，只有与磁栅相对运动才有信号输出，输出信号的幅值随 相对运动速度 而变化， 动态磁头 在使用上有一定的局限性，不适合长度测量。 为了保证一定幅值的输出，通常规定磁头以一定速度运动。 1 磁栅传感器的误差包括零位误差和细分误差。 零位误差是由 磁栅的节距不均匀 、 磁栅的安装与变形 、 磁栅剩磁变化所引起的零点漂移 、 外界磁场干扰 等因素造成的；细分误差是由 磁膜不均匀或录制过程不完善造成磁栅上信号幅度不相等 、 两个磁头在空间位置偏离正交较远 、 两个磁头参数不对称 、 磁场高次谐波分量和感应电势高次谐波的分量的影响 等因素造成的。 1．电容式传感器的工作原理和主要性能是什么。 答：电容式传感器工作原 理 ： 电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为 e 的电解质时，两圆筒间的电容量为 C=2∏eL/lnD/d ，式中 L 为两筒相互重合部分的长度； D为外筒电极的直径； d为内筒电极的直径； e 为中间介质的电介常数。 在实际测量中 D、 d、 e 是基本不变的，故测得 C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。 主要性能由 :有静态灵敏度，非线性，动 态特性。 2．简述电容式传感器的主要优缺点。 答： 1）优点：温度稳定性好；结构简单，适应性强；动态响应好；可以实现非接触测量，具有平均效应。 2）缺点：输出阻抗高，负载能力差；寄生电容影响大；输出特性非线性。 3．电感式传感器的测量电路主要形式是什么。 ：自感式传感器 1）脉冲调宽式测量电路 2）交流电桥测量电路差动变压器式传感器测量电路 1）精密二极管检波测量电路 2）差动变压器相敏检波测量电路涡流式传感器测量电路 1）电桥测量电路 2）谐振测量电路 4．简述压磁式传感器的工作原理。 答：压磁式传感器是电感式传感器的一种，也称为磁弹性传感器，是一种新型传感器。 它的工作原理是建立在磁弹性效应基础之上，即利用这种传感器将作用力（如弹性应力、残余应力等）的变化转化成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。 压磁式传感器的优点很多，如输出功率大、信号强、结构简单、牢固可靠、抗干扰性能好、过载能力强、便于制造、经济实用，可用在给定参数的自动控制电路中，但测量精度一般，频响较低。 近年来，压磁式传感器不仅在自动控制上得到越来越多的应用，而且在对机械力（弹性应力、残余应力）的无损测量方面，也为人们所重视，并得到相当成功的应用。 在生物医 学领域对骨科及运动医学测试也正在应用该类传感器。 压磁式传感器是一种有发展前途的传感器。 压磁式传感器是一种有源传感器，它的工作原。