【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 片方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的薄片的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) ， 的大小正比于控制電流 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，利用霍爾效應(yīng)制成的傳感元件稱霍爾傳感器。 霍爾鉗形電流表的探頭實(shí)用環(huán)形鐵心做集束器，霍爾器件放在空隙中間。由安培定律克制，在載流導(dǎo)體周圍會(huì)產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，用霍爾元件來測(cè)量這一磁場(chǎng)，其輸出的霍爾電勢(shì)正比于該磁場(chǎng)，通過對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)量可間接測(cè)得電流的大小。由霍爾元件構(gòu)成的電流傳感器為非接觸式測(cè)量， 測(cè)量精度高，不必切斷電路電流，測(cè)量范圍廣，本身幾乎不消耗電路功率。磁場(chǎng)測(cè)量的方法很多，其中應(yīng)用比較普遍的是以霍爾元件做探頭的特斯拉計(jì)。鍺和砷化鎵的霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)小，線性范圍大，適于做測(cè)量磁場(chǎng)的探頭。把探頭放在待測(cè)磁場(chǎng)中，探頭的磁敏感面與磁場(chǎng)方向垂直，控制電流恒定，則霍爾輸出電勢(shì) UH 正比于磁場(chǎng) B，故可以利用它來測(cè)量磁場(chǎng)。 6 霍爾系數(shù)的物理意義是什么？為什么用半導(dǎo)體材料制造霍爾元件？ 答： 霍爾系數(shù) ，其中 為載流體的電阻率， 為載流子的遷移率，半導(dǎo)體材料（尤其是 N 型半導(dǎo)體）電阻率較大，載流子遷移率很高，因 而可以獲得很大的霍爾系數(shù)，適于制造霍爾傳感器。 什么是霍爾元件的不等位電勢(shì)？如何補(bǔ)償？ 答： 不等位電勢(shì) ：在額定控制電流作用下，無外加磁場(chǎng)時(shí)，由于材料電阻率的不均勻，兩個(gè)電極不在同一等位面上，霍爾元件的厚度不均勻等原因，在兩霍爾電極之間的空載電勢(shì)。要完全消除霍爾元件的不等位電勢(shì)很困難，一般要求 。 什么是霍爾元件的磁阻效應(yīng)？磁阻效應(yīng)應(yīng)對(duì)霍爾元件的輸出有什么影響。 答： 特性是指霍爾元件的輸入（或輸出）電阻與磁場(chǎng)之間的關(guān)系，霍爾元件的內(nèi)阻隨磁場(chǎng)的絕對(duì)值增加而增大，這種現(xiàn)象稱磁阻效應(yīng)?；? 爾元件的磁阻效應(yīng) 使霍爾輸出降低，尤其在強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，輸出降低較多，應(yīng)想辦法予以補(bǔ)償 。 請(qǐng)畫出兩種霍爾元件的驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。 答： 對(duì)霍爾元件可采用恒流驅(qū)動(dòng)或恒壓驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于精度要求不太高的場(chǎng)合；恒流驅(qū)動(dòng)線性度高，精度高，受溫度影響小。兩種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作要求確定驅(qū)動(dòng)方式。 10 磁柵式傳感器由哪幾部分組成？簡(jiǎn)述工作原理？ 答：磁柵式傳感器由磁柵、磁頭和檢測(cè)電路組成。磁柵是檢測(cè)位置的基準(zhǔn)尺，尺身的磁性薄膜上預(yù)先錄有相同間距的柵狀磁信號(hào)，此偷渡去磁信號(hào)。當(dāng)磁柵與磁頭的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，磁頭的輸出發(fā)生相應(yīng)變化，將位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成脈沖，并以數(shù)字形式顯示出來。磁柵傳感器有長(zhǎng)磁柵式和圓磁柵式兩種，分別用來測(cè)量線位移和角位移。 1 磁柵式傳感器的信號(hào)處理方法有哪些 ？ 答：磁柵式傳感器的信號(hào)處理方法有靜態(tài)磁頭的信號(hào)處理方法和動(dòng)態(tài)磁頭的信號(hào)處理方法。 1 磁柵式傳感器的誤差是哪些因素引起的，磁柵式傳感器可應(yīng)用于哪些場(chǎng)合 答：磁柵式傳感器的誤差包括零位誤差和細(xì)分誤差。零位誤差是由以下因素造成的：磁柵的節(jié)距不均勻造成的零位誤差； 磁柵的安裝與變形誤差；磁柵剩磁變化所引起的零點(diǎn)漂移；外界磁場(chǎng)干擾。細(xì)分誤差是由以下因素造成的：由于磁膜不均勻或錄制過程不完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等；兩個(gè)磁頭在空間位置偏離正交較遠(yuǎn)；兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱引起的誤差；磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電勢(shì)高次諧波分量的 影響。磁柵式傳感器目前有以下兩個(gè)方面的應(yīng)用：可以作為高精度測(cè)量長(zhǎng)度和角度的測(cè)量?jī)x器?？梢宰鳛樽詣?dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件（線位移）。 作業(yè)題： 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線，導(dǎo)體兩端會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E，閉合導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e=Ndtd? ；當(dāng)線圈垂直于磁場(chǎng)方向切割磁力線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e=NBlv；若線圈以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，、則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e=NBSω 。 只要線圈磁通量發(fā)生變化，就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，其實(shí)現(xiàn)的主要方法有 線圈與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) ， 磁路中磁阻變化 ， 恒定磁場(chǎng)中線圈面 積變化 。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度 v 或ω成正比。所以，可用磁電式傳感器測(cè)量 線速度 和 角速度 ，對(duì)測(cè)得的速度進(jìn)行積分或微分就可求出 位移 和 加速度 。 磁電式傳感器直接從被測(cè)物體吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，且輸出功率 大 ，性能 穩(wěn)定 ，它的工作不需要 電源 ，調(diào)理電路 非常簡(jiǎn)單 ，由于磁電式傳感器通常具有較高的 靈敏度 ，所以一般不需要 高增益放大器 ，適用于 振動(dòng) 、10 轉(zhuǎn)速 、 扭矩 的測(cè)量。 電磁流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 68 所示，傳感器安裝在工藝管道中，當(dāng)導(dǎo)電流體沿測(cè)量管在磁場(chǎng)中與磁力線成垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo) 電流體切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=Bv D，其中 B 是 磁感應(yīng)強(qiáng)度 ， v 是 平均流速 ， D 是 距離 ，常與 測(cè)量管內(nèi)徑 相等。流經(jīng)測(cè)量管流體的瞬時(shí)流量 Q 與流速 v 的關(guān)系為 Q=а v = 42D?v 。 在如圖 69 所示的 金屬 或 半導(dǎo)體 薄片兩端通以控制電流 I，在與薄片垂直方向上施加 磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng) ，則在垂直于電流和 磁場(chǎng) 方向的薄片的另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生大小正比于 控制電流 I 和 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的 現(xiàn)象 ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，利用霍爾效應(yīng)制成的傳感元件稱 霍爾傳感器 。在薄片兩側(cè)之間建立的電場(chǎng) EH ，稱為 霍爾電場(chǎng) ，相應(yīng)的電勢(shì)UH 稱為 霍爾電勢(shì) ?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于 運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛侖磁力作用的結(jié)果 。 霍爾電勢(shì) UH = dIBRH =KHIB，其中 RH 是 霍爾系數(shù)（ m3/c） 、 I 是 控制電流（ A） 、 B 是 磁感應(yīng)強(qiáng)度（ T） 、 d 是半導(dǎo)體薄片厚度（ M） 、 KH 是 靈敏度系數(shù) ， RH =?? ，其中 ? 為 載流體的電阻率 ， ? 為 載流子的遷移率 ，半導(dǎo)體材料（尤其是 N 型半導(dǎo)體）電阻率較大，載流子遷移率很高，因而可以獲得很大的 霍爾系數(shù) ，適于制造霍爾傳感器。 霍爾電勢(shì)的大小正比于 控制電流 I 和 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，靈敏度 kH 表示 在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流時(shí)輸出霍爾電勢(shì)的大小 ，一般要求 越大越好 ，元件的厚度 d 越 薄 ， kH 越大，所以霍爾元件的厚度都很 薄 。當(dāng)載流材料和幾何尺寸確定后，霍爾電勢(shì)的大小只和 I 和 B 有關(guān)，因此霍爾傳感器可用來探測(cè) 磁場(chǎng) 和 電流 ，由此可測(cè)量 壓力 、 振動(dòng)等。 霍爾元件的輸出與靈敏度有關(guān)，靈敏度系數(shù) kH 越大，輸出 UH 越大 。靈敏度 系數(shù)的大小，取決于 元件的材料 和幾何尺寸 ，材料的 ? 和 ? 越大，霍爾系數(shù) RH 越大，輸出的 UH 越大，為了提高霍爾靈敏度，要求材料的 RH 盡可能的大。元件的厚度 d 越小 ， kH 越大 ， UH 也 越大 ，所以霍爾元件的厚度要小，但太小會(huì)使元件的 輸入 、 輸出電阻增加 。 當(dāng)霍爾元件的控制電流采用交流時(shí)，由于 建立霍爾電勢(shì)所需時(shí)間很短 ，因此交流電頻率可高達(dá)幾千兆赫，且 信噪比 較大。當(dāng)磁場(chǎng)為交變，電流為直流時(shí)，由于 交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流而輸出附加霍爾電勢(shì) ，所以霍爾元件不能在交變頻率為幾千赫的磁場(chǎng)中工作。 對(duì)霍爾元件可采用 恒流 驅(qū)動(dòng)或 恒壓 驅(qū)動(dòng)； 恒壓驅(qū)動(dòng) 電路簡(jiǎn)單，但性能較差，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，線性變壞，僅用于 精度要求不太高的 場(chǎng)合； 恒流驅(qū)動(dòng) 線性度高，精度高，受溫度影響小。 1 霍爾元件對(duì) 溫度 的變化很敏感，霍爾元件的 輸入電阻 、 輸出電阻 、 霍爾電勢(shì) 等都會(huì)隨溫 度變化，這將給測(cè)量帶來較大的誤差。為了減小由于溫度影響帶來的測(cè)量誤差，除選用 溫度系數(shù)小 的元件或采取 恒溫 措施外，還可以采用11 恒流源 、 利用輸入回路串、并電阻、利用輸出回路的負(fù)載 、 利用熱敏電阻 等方法進(jìn)行補(bǔ)償。 1 以霍爾元件做探頭的特斯拉計(jì)（或高斯計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)）可用來測(cè)量磁場(chǎng)，鍺和砷化鎵器件的霍爾電勢(shì) 溫度系數(shù) 小， 線性范圍 大，適用于做測(cè)量磁場(chǎng)的探頭，把探頭放在待測(cè)磁場(chǎng)中，探頭的磁敏感面與 磁場(chǎng)方向 垂直， 控制電流 恒定，則 霍爾輸出電勢(shì)UH 正比于磁場(chǎng) B，故可以利用它來測(cè)量磁場(chǎng)。進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 采用高導(dǎo)磁的磁性材料（如坡莫合金）集中 磁通來增強(qiáng)磁場(chǎng)的集束器 可降低器件噪聲、提高信噪比。 1 磁柵傳感器由 磁柵 、 磁頭 和 檢測(cè)電路 組成。 磁柵 是檢測(cè)位置的基準(zhǔn)尺，尺身的磁性薄膜上預(yù)先錄有相同間距的柵狀磁信號(hào)， 磁頭 讀取磁信號(hào)。當(dāng) 磁柵 與 磁頭 的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，磁頭的輸出發(fā)生相應(yīng)變化，將位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換成脈沖，并以數(shù)字形式顯示出來。磁柵傳感器有 長(zhǎng)磁柵式 和 圓磁柵式 兩種，分別用來測(cè)量 線位移 和 角位移 。 1 磁頭的功能是 讀取磁柵上記錄信號(hào) ，可分為 靜態(tài)磁頭 和 動(dòng)態(tài)磁頭 。 動(dòng)態(tài)磁頭 僅有輸出繞組，只有與磁柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)才有信號(hào)輸出，輸出信號(hào)的幅值隨 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 而變化， 動(dòng)態(tài)磁頭 在使用上有一定的局限性，不適合長(zhǎng)度測(cè)量。為了保證一定幅值的輸出，通常規(guī)定磁頭以一定速度運(yùn)動(dòng)。 1 磁柵傳感器的誤差包括零位誤差和細(xì)分誤差。零位誤差是由 磁柵的節(jié)距不均勻 、 磁柵的安裝與變形 、 磁柵剩磁變化所引起的零點(diǎn)漂移 、 外界磁場(chǎng)干擾 等因素造成的；細(xì)分誤差是由 磁膜不均勻或錄制過程不完善造成磁柵上信號(hào)幅度不相等 、 兩個(gè)磁頭在空間位置偏離正交較遠(yuǎn) 、 兩個(gè)磁頭參數(shù)不對(duì)稱 、 磁場(chǎng)高次諧波分量和感應(yīng)電勢(shì)高次諧波的分量的影響 等因素造成的。 1．電容式傳感器的工作原理和主要性能是什么？ 答：電容式傳感器工作原 理 ： 電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計(jì)，電容式物位計(jì)的電容檢測(cè)元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進(jìn)行工作的，電容器由兩個(gè)絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數(shù)為 e 的電解質(zhì)時(shí)，兩圓筒間的電容量為 C=2∏eL/lnD/d ，式中 L 為兩筒相互重合部分的長(zhǎng)度； D為外筒電極的直徑； d為內(nèi)筒電極的直徑； e 為中間介質(zhì)的電介常數(shù)。在實(shí)際測(cè)量中 D、 d、 e 是基本不變的，故測(cè)得 C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和靈敏度高，價(jià)格便宜等特點(diǎn)的原因之一。主要性能由 :有靜態(tài)靈敏度，非線性，動(dòng) 態(tài)特性。 2．簡(jiǎn)述電容式傳感器的主要優(yōu)缺點(diǎn)。 答： 1）優(yōu)點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)。 2）缺點(diǎn)：輸出阻抗高，負(fù)載能力差；寄生電容影響大；輸出特性非線性。 3．電感式傳感器的測(cè)量電路主要形式是什么？ ：自感式傳感器 1）脈沖調(diào)寬式測(cè)量電路 2）交流電橋測(cè)量電路差動(dòng)變壓器式傳感器測(cè)量電路 1）精密二極管檢波測(cè)量電路 2）差動(dòng)變壓器相敏檢波測(cè)量電路渦流式傳感器測(cè)量電路 1）電橋測(cè)量電路 2）諧振測(cè)量電路 4．簡(jiǎn)述壓磁式傳感器的工作原理。 答：壓磁式傳感器是電感式傳感器的一種，也稱為磁彈性傳感器，是一種新型傳感器。它的工作原理是建立在磁彈性效應(yīng)基礎(chǔ)之上，即利用這種傳感器將作用力（如彈性應(yīng)力、殘余應(yīng)力等）的變化轉(zhuǎn)化成傳感器導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率變化并輸出電信號(hào)。壓磁式傳感器的優(yōu)點(diǎn)很多，如輸出功率大、信號(hào)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固可靠、抗干擾性能好、過載能力強(qiáng)、便于制造、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可用在給定參數(shù)的自動(dòng)控制電路中，但測(cè)量精度一般，頻響較低。近年來，壓磁式傳感器不僅在自動(dòng)控制上得到越來越多的應(yīng)用，而且在對(duì)機(jī)械力（彈性應(yīng)力、殘余應(yīng)力）的無損測(cè)量方面，也為人們所重視，并得到相當(dāng)成功的應(yīng)用。在生物醫(yī) 學(xué)領(lǐng)域?qū)强萍斑\(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)測(cè)試也正在應(yīng)用該類傳感器。壓磁式傳感器是一種有發(fā)展前途的傳感器。 壓磁式傳感器是一種有源傳感器，它的工作原