第六章 磁电式传感器思考题与习题答案

6.1为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？

解：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。

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：变磁阻式传感器的三种基本类型，电感式传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器。 变磁阻式传感器可以用于测量位移和尺寸，也可以测量能够转换为位移量的其他参数力、张力、压力、压差、应变、转短、速度和加速度等。

6.3磁电式传感器是速度传感器，它如何通过测量电路获得相对应的位移和加速度信号？ 解：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。

6.4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。

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解：霍尔式位移传感器的输出电动势UH?KHIB，在一定范围内，由于dB/dx=常数，

则dUH/dx=KHIdB/dx=常数，所以UH正比于位移x。

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势的概念是什么？温度补偿的方

法有哪几种？

解：霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。

霍尔元件的不等位电势是霍尔元件在额定控制电流作用下，在无外加磁场时，两输出电极之间的空载电势，可用输出的电压表示。

温度补偿方法：a分流电阻法：适用于恒流源供给控制电流的情况。b电桥补偿法 6.7简述霍尔效应、构成以及霍尔传感器可能的应用场合。

解：一块长为l、宽为d的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场（磁场方向垂直于薄片）中，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH。这种现象称为霍尔效应。

霍尔元件多用N型半导体材料构成，且比较薄。

霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围（输出电势变化）大、无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。

6.8什么是霍尔效应？霍尔电势的大小与方向和哪些因素有关？影响霍尔电势的因素有哪

些？

解：当把一块金属或半导体薄片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场方向通过电流，就会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应，所产生的电动势称为霍尔电动势。

霍尔电动势的大小正比于激励电流 Ic与磁感应强度 B，且当 Ic 或B 的方向改变时，霍尔电动势UH的方向也随着改变，但当 Ic和 的 B方向同时改变时霍尔电动势UH极性不变。

影响因素：电流的大小，载流子浓度，电子速度，薄片面积。

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6.9如果没有磁场，能否便用霍尔元件，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KH=4mV/(mA·kGs)(1kGs=0.1T)，控制电流I=3mA，将它置于

1Gs~5kGs变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围多大? 解：UH?KHIB

当B=1Gs时，UH?KHIB?4?3?1?10?3?12?10?3mV 当B=5kGs时，UH?KHIB?4?3?5?60 mV

6.11有一测量转速装置，调制盘上有100对永久磁极，N、S极交替放置，调制盘由转轴带

动旋转，在磁极上方固定一个霍尔元件，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=？转/分。

N15?104??300转/分 解：n?tP5?1006.12磁敏元件有哪些？什么是磁阻效应？简述磁敏二极管、磁敏三极管工作原理。 解：磁敏元件有磁电式传感器，霍尔传感器，磁电式磁敏电阻，磁敏二极管和磁敏三极管。

将一载流导体置于外磁场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随磁场而变化。这种现象称为磁电阻效应，简称磁阻效应。

磁敏二极管是利用磁阻效应进行磁电转换的。详细见书中工作原理。

当无磁场作用时，由于磁敏三极管基区长度大于载流子有效扩散长度，因此发射区注入的载流子除少量输运到集电区外，大部分通过E-I-B，形成基极电流，基极电流大于集电极电流，所以电流放大倍数β＝IC/IB<1。

当存在H+磁场时，由于洛伦兹力的作用，载流子向发射极一侧偏转，从而使集电极电

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流IC明显下降。当存在H-磁场时，载流子受到洛伦兹力的作用，则向集电极一侧偏转，使集电极电流IC增大。

6.13磁敏电阻与磁敏三极管有哪些不同？与霍尔元件在本质上的区别是什么？ 解：磁敏三极管有放大作用。

磁敏电阻和磁敏三极管不能辨别磁场的极性。 6.14磁敏三极管与普通三极管的区别是什么？ 解：普通晶体管无磁灵敏度。

6.15发电机是利用导线在永久磁铁的磁场中作旋转运动而发电的。无论负载怎样消耗这个电

能，永久磁铁不会变弱，这是什么道理？

解：发电机供应给负载的电能是转动这个发电机所得的机械能（火力或水力）变换而来的能量。磁铁持有的能量未被消耗，所以磁铁不会变弱。

第七章 光电式传感器思考题与习题答案

7.1什么是外光电效应？内光电效应？光生伏特效应？光电导效应？与之对应的光电元件各有哪些?

解：在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，亦称光电发射效应。

通过入射光子引起物质内部产生光生载流子，这些光生载流子引起物质电学性质发生变化，这种现象称为内光电效应。

绝大多数的高电阻率半导体，受光照射吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象，这种现象称为光电导效应。

光照射引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应。

基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；基于光电导效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。

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