传感器与自动检测技术习题参考答案@余成波

3.25 采用SZMB-3型磁电式传感器测量转速,当传感器输出频率为1kHz的正弦波信号时,被测轴的转速是多少?

解:被测轴的转速为:n?f?1000转/秒

3.26 请你设计一种霍尔式液位控制器,要求:

(1)画出磁路系统示意图; (2)画出电路原理简图; (3)简要说明其工作原理。

答:在所要控制的液位中放置一霍尔传感器,在其正下放置一块带有永久磁铁的浮子,当磁铁随浮子移动到距传感器几毫米到十几毫米(此距离由设计确定)时,传感器的输出由高电平变为低电平,经驱动电路使继电器吸合或释放,运动部件停止移动(有关图略)。 3.27 什么是霍尔效应?霍尔电势与哪些因素有关?

答:如图所示在金属或半导体薄片相对两侧面ab通以控制电流I,在薄片垂直方向上施加磁场B,

则在垂直于电流和磁场的方向上,即另两侧面cd会产生一个大小与控制电流I和磁场B乘积成正比的电动势UH,这一现象称为霍尔效应。即

UH?KHIB

式中:KH——霍尔元件的灵敏度。

KH?RH d式中:RH——霍尔系数,它反应元件霍尔效应的强弱,由材料性质决定。单位体积内导电粒子数越

少,霍尔效应越强,半导体比金属导体霍尔效应强,所以常采用半导体材料做霍尔元 件;

d——霍尔元件的厚度。

由式可知,对于材料和尺寸确定的元件, KH保持常数,霍尔电势UH仅与I B的乘积成正比。

13

3.28 什么是霍尔元件的温度特性?如何进行补偿?

答:当霍尔元件的工作温度发生变化时,它的一些技术参数,如输入电阻、输出电阻和霍尔电势都要随着发生变化,从而使霍尔元件产生温差电势。这种特性称为温度特性。

为了减少由温度变化所引起的温差电势对霍尔元件输出的影响,可根据不同情况,采取一些不同的补偿方法。

1)恒流源补偿

当负载电阻比霍尔元件输出电阻大得很多时,输出电阻的变化对输出电势的影响很小,故只需考虑在输入端进行补偿。这种补偿

可以采用恒流源供电,因为在恒流工作下,没有霍尔元件输入电阻的影响。也可采用在电压源供电的电路中串入一个比输入电阻大得多的电阻R,这对霍尔元件的输入端来说,相当于恒流源供电,如图所示。这时,当输入电阻随温度变化时,控制电流的变化很小,从而实现了对输入端的温度补偿。电阻 R可由下式计算:

图 恒流源补偿

R?式中:β——内阻温度系数; α——霍尔电势温度系数; Ri——输入电阻。

Ri(???)?

将元件的α、β值代入式,根据Ri的值就可确定串联电阻R的值。例如,对于国产HZ-1型霍尔

14

元件,查表3-11得α—0.04%,β-0.5%,Ri = 110?,则R =1265?。 2)利用输出回路的负载进行补偿

在输入端控制电流恒定,即输入电流随温度变化可以忽略的情况下,如果输出电阻随温度增高而增大测会引起负载RL上的电压随温度上升而减小,而HZ-1型霍尔元件的输出电势却是随温度的上升而增大。利用这一关系,如图所示,只要选择合适的负载电阻RL,就有可能补偿这种温度影响。能实现温度补偿的RL可按下式计算:

RL?R0通常RL?(10~50)R0。

? ?

图 输出回路负载补偿 (a)基本电路; (b) 等效电路

3.29 要进行两个电压乘法演运算,若采用霍尔元件作为运算器,请提出设计方案,并画出测量系统的原理图。 答:方案如图所示

图(a)为直流供电情况,控制电流端并联,调节RP1,RP2可使两元件输出的霍尔电压相等。A、B为输出端,它的输出电压值为单个元件的两倍。

图(b)为交流供电情况,控制电流端串联,各元件的输出端接至输出变压器的初级绕组,变压器的次级绕组便有霍尔电压信号的叠加值输出。

霍尔元件输出的叠加连接

15

(a)直流代电 (b)交流供电

3.30 简述热电偶的几个重要定律,并分别说明它们的实用价值。 答:(1)中间导体定律

若在热电偶回路中插入中间导体,无论插入导体的温度分布如何,只要中间导体两端温度相同,则对热电偶回路的总电动势无影响——这就是中间导体定律。

如图3.65所示只要M1、M2端的温度相同,则总电动势在插入C与未插入C时一样。即 EABC(T,T0)?EAB(T,T0) (3-113) 这是因为导体C与导体A接触,两个接触点M1,M2的温度都为T1,因而它们没有温差电动势,只有接触电动势EAC(T1),ECA(T1),且

EAC(T1)??ECA(T1) (3-114)

故 EABC(T,T0)?EAB(T)?EAB(T0)?EAC(T1)?ECA(T1)

?EAB(T)?EAB(T0)?EAB(T,T0) (3-115)

中间导体定律的使用价值在于:

利用热电偶实际测温时,可以将连接导线和显示仪表看成是中间导体,只要保证中间导体两端温度相同,则对热电偶的热电动势没有影响。

图3.65 热电偶中间导体定律示意图

图3.66 热电偶中间温度定律示意图

(2)中间温度定律

如图3.66所示热电偶在结点温度为T、T0时的热电动势EAB(T,T0)等于该热电偶在(T,Tn)及

16

联系客服:779662525#qq.com(#替换为@)