第八章霍尔传感器
课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析
难点：开关型霍尔集成电路的特性
重点：霍尔传感器的应用
教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理；
2、了解霍尔集成电路的分类；
3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性；
4、掌握霍尔传感器的应用。
采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元
件、霍尔传感器
各教学环节和内容
演示1：
将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出
端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣
器不响。
当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通，
蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例
如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。
演示2：
将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。
从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。
第一节霍尔元件的工作原理及特性
一、工作原理
金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势E H，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。
图8-1霍尔元件示意图
a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件：
其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。
由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示
E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即B cosθ，这时的霍尔电动势为
E H=K H IB cosθ（8-2）
从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。
目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。
二、主要特性参数
（1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。
（2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。
提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。
A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA
（4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。
提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。
A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs
第二节霍尔集成电路
霍尔集成电路（又称霍尔IC）的优点：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。
霍尔集成电路的分类：线性型和开关型两大类。
线性型的内部电路：
霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。
开关型霍尔集成电路的内部电路：
霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。
图8-2线性型霍尔集成电路
a）外形尺寸b）内部电路框图
图8-3线性型霍尔集成电路输出特性
图8-4开关型霍尔集成电路
a）外形尺寸b）内部电路框图
图8-5开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
注：1特斯拉（T）＝104高斯（Gs）
提问：磁铁从远到近，逐渐靠近图8-5所示的开关型霍尔IC，问，多少高斯时，输出翻转？成为什么电平？
表8-1具有史密特特性的OC门输出状态与磁感应强度变化之间的关系
B/T OC门输出状态OC门接法
磁感应强度B的变化方向及数值
0 →0.02 →0.023 →0.03 →0.02 →0.016 →0
接上拉电阻R L高电平①高电平②低电平低电平低电平③高电平高电
不接上拉电阻R L高阻态高阻态低电平低电平低电平高阻态高
①：OC门输出的高电平电压由V CC决定；
②、③：OC门的迟滞区输出状态必须视B的变化方向而定.
第三节霍尔传感器的应用
霍尔电动势是关于I、B、θ三个变量的函数，即E H=K H IB cosθ，使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量、其余两个量都作为变量，三个变量的多种组合等。
1）维持I、θ不变，则E H=f(B），这方面的应用有：测量磁场强度的高斯计、测量转速的霍尔转速表、磁性产品计数器、霍尔角编码器以及基于微小位移测量原理的霍尔加速度计、微压力计等。
2）维持I、B不变，则E H=f(θ），这方面的应用有角位移测量仪等。
3）维持θ不变，则E H=f(IB），即传感器的输出E H与I、B的乘积成正比，这方面的应用有模拟乘法器、霍尔功率计、电能表等。
1．角位移测量仪
角位移测量仪结构示意图如图8-8所示。霍尔器件与被测物连动，而霍尔器件又在一个恒定的磁场中转动，于是霍尔电动势E H就反映了转角θ的变化。
图8-8角位移测量仪结构示意图
1－极靴2－霍尔器件3－励磁线圈
发散性思维：
将图8-8的铁芯气隙减小到夹紧霍尔IC的
厚度。则B正比于U i，霍尔IC的U o正比于B，
可以改造为霍尔电压传感器。
与交流互感器不同的是：可以测量直流电
压，如右图所示。
4．霍尔接近开关
在第四章里，曾介绍过接近开关的基本概念。用霍尔接近开关也能实现接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。
霍尔接近开关应用示意图如图图8-12所示。在图8-12b中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关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，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔接近开关）起到限位的作用。
图8-12霍尔接近开关应用示意图
a）外形b）接近式c）滑过式d）分流翼片式
1－运动部件2－软铁分流翼片
提问：b）接近式c）滑过式哪一种不易损坏？为什么？
在图8-12d中，磁铁和霍尔接近开关保持一定的间隙、均固定不动。软铁制作的分流翼片与运动部件联动。当它移动到磁铁与霍尔接近开关之间时，磁力线被屏蔽（分
流），无法到达霍尔接近开关，所以此时霍尔接近开关输出跳变为高电平。改变分流翼片的宽度可以改变霍尔接近开关的高电平与低电平的占空比。
发生性思维：电梯“平层”如何利用分流翼片的原理？
霍尔传感器的其他用途：霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、霍尔电能表、霍尔高斯计、霍尔液位计、霍尔加速度计等。
5．霍尔电流传感器
能够测量直流电流，弱电回路与主回路隔离，能够输出与被测电流波形相同的“跟随电压”，容易与计算机及二次仪表接口，准确度高、线性度好、响应时间快、频带宽，不会产生过电压等。
（1）工作原理 用一环形（有时也可以是方形）导磁材料作成铁心，套在被测电流流过的导线（也称电流母线）上，将导线中电流感生的磁场聚集在铁心中。在铁心上开一与霍尔传感器厚度相等的气隙，将霍尔线性IC 紧紧地夹在气隙中央。电流母线通电后，磁力线就集中通过铁心中的霍尔IC ，霍尔IC 就输出与被测电流成正比的输出电压或电流。霍尔电流传感器原理及外形如图8-13所示。
图8-13 霍尔电流传感器原理及外形
a ）基本原理
b ）外形
1－被测电流母线 2－铁心 3－线性霍尔IC
（2）技术指标及换算 霍尔电流传感器可以测量高达2000A 的电流；电流的波形可以是高达100kHz 的正弦波和电工技术较难测量的高频窄脉冲；它的低频端可以一直延伸到直流电；响应时间小于1μs ，电流上升率（d i /d t ）大于200A/μs 。
被测电流称为一次测电流I P ，将霍尔电流传感器的输出电流称为“二次侧电流” I S （霍尔传感器中并不存在二次侧）。
“匝数比”概念：I S /I P 和N P /N S 。
在霍尔电流传感器中，N P 被定义为“一次测线圈”的匝数，一般取N P =1；N S 为厂家所设定的“二次侧线圈的匝数”。因此有：
P
S S P I I N N （8-3） 依据霍尔电流传感器的额定技术参数和输出电流I S 以及式（8-3），就可以计算得到被测电流。
如果将一只负载电阻R S 并联在 “二次侧”的输出电流端，就可以得到一个与“一次测电流”（被测电流）成正比的、大小为几伏的电压输出信号。
隔离作用：霍尔电流传感器的“一次测”与“二次侧”电路之间的击穿电压可以
第一章 ３.r m ＝2/5０×100%＝4% , 因为 r ｍ=Δx ｍ/ｘ≤a ％*x ｎ/x=5% 所以，合格 5. =１68．4８8mA =0.0８2 ６. =１.5６ σ＝０．1０46 x=x ±3σ=１.56±0.3138 1.24６2<ｘ<１．873８ , 无坏值 9.拟合后:ｙ＝０.49９x+１．０2 =0．04／30×1０0%=0．133% K ＝0.499 第二章 传感器第二章习题参考答案 3. 金属电阻应变片，其灵敏度Ｓ=2.5，R =12０Ω，设工作时其应变为１２０0μe,问ΔR 是多少?若将此应变片与2V 直流电源组成回路,试求无应变时和有应变时回路的电流各是多少? 解: 无应变时 Ｉ=E/R=2／12０=１６．7mA ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 1211 1 1 2222 2 1 -= -+?++= ∑=n v n v v v n i i n σ∑==+?++=n i i n n x n x x x x 121%100 )(M ??±=FS ax L L y γ
有应变时: I＝E/（R+ΔＲ)=２/(120+0.3６)=16.6mA 4应变片称重传感器，其弹性体为圆柱体,直径D=10０ｍm,材料弹性模量Ｅ＝２05*10^９N／Ｍ^2,用它称5０0KN的物体，若用电阻丝式应变片,应变片的灵敏系数K=2,R=1２０欧姆,问电阻变化多少? 7 拟在等截面的悬臂梁上粘贴四个完全相同的电阻应变片，并组成差动全桥电路,试问: （ 1 ）四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？ (2）画出相应的电桥电路图。 答： ①如题图所示等截面悬梁臂,在外力F作用下，悬梁臂产生变形,梁的上表面受到拉应变,而 梁的下表面受压应变。当选用四个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，则应变片如题图(b)所示粘贴。 图（a) ? ??? 图（b) ②电阻应变片所构成的差动全桥电路接线如图﹙ｃ﹚所示,R1、R4所受应变方向相同,R2、R3 、R4所受应变方向相反。 所受应变方向相同,但与Ｒ １
第八章!电子液压系统的识图 第一节!传感器的种类 传感器技术作为信息科学的一个重要分支"与计算机技术!自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科# 传感器有许多分类方法"但常用的分类方法有两种(一种是按被测物理量来分$另一种是按传感器的工作原理来分#按被测物理量划分的传感器"常见的有(温度传感器!湿度传感器!压力传感器!位移传感器!流量传感器!液位传感器!力传感器!加速度传感器!转矩传感器等#按工作原理可分为( !"电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器"常用的有电阻式传感器!电容式传感器!电感式传感器!磁电式传感器及电涡流式传感器等# %!&电阻式传感器(它利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成#电阻式传感器一般有电位器式!触点变阻式!电阻应变片式及压阻式传感器等#电阻式传感器主要用于位移!压力!力!应变!力矩!气流流速!液位和液体流量等参数的测量# %*&电容式传感器(它是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量"从而使电容量发生变化的原理制成"主要用于压力!位移!液位!厚度!水分含量等参数的测量# %+&电感式传感器(它是利用改变磁路几何尺寸!磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的"主要用于位移!压力!力!振动!加速度等参数的测量# %(&磁电式传感器(它是利用电磁感应原理"把被测非电量转换成电量制成"主要用于流量!转速和位移等参数的测量# %$&电涡流式传感器(它是利用金属屑在磁场中运动切割磁力线"在金属内形成涡流的原理制成"主要用于位移及厚度等参数的测量# *"磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的"主要用于位移!转矩等参数的测量# + ) (
微型热敏打印机芯 PT487F系列 由于技术改进所进行的参数及材料更改恕不另行通知，公司不承担因此而造成的任何损坏，包括但不仅限于图形，参数或列表中的错误。 本规格书若有变动不将另行通知, 最新版本可直接与北京瑞工科技发展有限公司联系或上公司网站进行下载 公司不断会推出新的机芯产品，如有其它需要，可上公司网站进行查询． 公司网址：https://www.doczj.com/doc/515379901.html,
目录 第一章产品特点及使用注意事项 (3) 1. 特点 (3) 2. 机芯使用注意事项 (4) 第二章规格说明 (5) 2.1总体规格说明 (5) 2.2加热单元尺寸 (6) 2.3走纸特性 (6) 2.4步进马达的特性 (7) 2.4.1步进马达的规格 (7) 2.4.2激励顺序 (7) 2.4.3步进马达驱动 (7) 2.5 热敏头参数 (8) 2.5 1额定参数 (8) 2.5 2最大值 (8) 2.5 3推荐参数 (8) 2.5 4电气参数 (9) 2.5 5时序特牲 (10) 2.5 6时序图 (10) 2.5 7计算公式： (11) 2.5.8推荐电路： (11) 2.5.9热敏电阻： (12) 2.5.10 结构示意： (13) 2.5.11 控制注意事项： (13) 2.6 引脚定义 (14) 2.7 光电传感器规格 (15) 第三章机身设计指导 (16) 3.1机芯的结构尺寸 (16) 3.1.1纸卷安装位置 (16) 3.1.2安装尺寸: (17) 3.2 DEMO电路原理图 (18)
第一章产品特点及使用注意事项 1. 特点 型号说明: 1. 低电压供电 驱动热敏头的电压为5V的逻辑电压，加热操作电压为4.2 ~ 8.5，可以使用4到6节镍镉或NI-MH电池或者是两节锂电池 2.体积小 外观尺寸小巧,便于便携式的应用,尺寸为:宽67.5mmX深31.5mmX高18.8mm 3.高清晰度打印 高密度的打印头，8点/毫米，相比针要能打印出更精确清晰的效果 4.打印速度快 根据不同的驱动能量与使用的热敏纸张的热感应度不同可按用户要求设置不同的打印速度，最高可达70mm/秒的打印速度 5.易装纸结构 可分离的胶棍结构设计使简易装纸成为可能 6.噪声低 相对针式打印，热敏打印更适合于对噪声有要求的环境
第七章 光电式传感器 班级 学号 姓名 成绩 一 填空 1利用外光电效应制成的常见器件有 和 。 （答案：光电管，光电倍增管） 2外光电效应的光电子能否产生，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功0A ，不同的物质具 有不同的逸出功，因此对某一特定物质将对应有一个光频率阈值，称为 。 （答案：红限频率） 3当光照在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，跃过禁带到达导带。为实现能级跃迁，入射光的能量必须 半导体材料的禁带宽度g E ?。 （答案：大于） 4光电池是在光照下，直接能将光量转变为电动势的光电元件，它实质上就是 。光电池的种类很多，最重要的是 光电池和 光电池。 （答案：电压源，硅，硒） 选择 对于光电管说法正确的是（） A 阴极涂料可以是氧铯或锑铯 B 要使光电流为零，阳极上必须加正电压 C 光照一定时，随着阳极电压的增加光电流不会出现饱和 A 二 判断题 1在光电管内充入少量的惰性气体，可使其灵敏度增加，且充气光电管比真空光电管的线性度好。（ ） 错。线性度变差，且易老化。 2光电倍增管工作时，阴极电位最高，各倍增级的电位依次升高，阳极电位最低。（ ） 错误。应该是阴极电位最低，阳极电位最高。 3光敏二极管在电路中一般是处于正向工作状态。（ ） 错误。应该是反向。 4光敏三极管的发射极一边做得很大，以扩大光的照射面积，且基极往往不接引线。（ ） 正确。 5光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，因此不宜作线性测量元件，一般用作开关式的光电转换器。（ ） 正确。 三 名称解释 1外光电效应，内光电效应。 答：当光照射到物体时，会有电子逸出物体表面，这种现象叫外光电效应。内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。光照在半导体材料上，引起材料电导率变化的现象，就称为光电导效应。光照使得半导体产生一定方向电动势的现象叫光生伏特效应。 四 计算分析题 1下图是光电数字转速表的工作原理图，在待测转速轴上固定一个带孔的调制盘，在调制盘一边由发光元件（白炽灯或发光二极管）产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号。若孔数600N =，光电转换器输出的脉冲信号频率为f = 4.8 kHz ，求每分钟转子的转速。 解：34.8106060480 600f n N ?= ?=?=（转）
《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等；按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答：弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位，是检测系统的基本元件，它能直接感受被测物理量（如力、位移、速度、压力等）的变化，进而将其转化为本身的应变或位移，然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答：弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小，因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多，在同样的截面积下，轴的直径可加大数倍，这样可提高轴的抗弯能力，但其过载能力相对弱，载荷较大时会产生较明显的桶形形变，使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构，圆环受力后容易变形，所以它的灵敏度较高，多用于测量较小的力，缺点是圆环加工困难，环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单，易于加工，输出位移(或应变)大，灵敏度高，所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移，且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比，其刚度较大，灵敏度较小，但过载能力强，常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏，因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答：电阻式传感器是将被测量转换成电阻值，再经相应测量电路处理后，在显示器记录仪上显示或记
传感器分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。
2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。
1，设光敏二极管的光敏面积为1 mm×1 mm，若用它扫描500 mm×400 mm的图像，问所获得的图像水平分辨率最高能达到多少？ 答：水平分辨率最高可以达到500 mm/1 mm=500。 2，上题中光敏二极管在水平方向（沿图像500 mm方向）正程运动的速度为5 m/s，逆程运动的速度达50 m/s，垂直方向正程运动的速度应为多少？扫描一场图像的时间需要多少？ 答：水平扫描周期应为垂直方向行进到下一行的时间，因此垂直方向正程速度为：。扫描一场图像需时间为：。 3，上述扫描出来的图像怎样显示出来？能直接用什么制式的电视监视器显示？为什么？若想看到用线阵CCD扫描出来的图像，应采用怎样的措施？ 4，比较逐行扫描与隔行扫描的优缺点，说明为什么20世纪的电视制式要采用隔行扫描方式？我国的PAL电视制式是怎样规定的？答：逐行扫描闪烁感低，扫描方式和控制扫描的驱动设计也要简单，隔行扫描对行扫描频率的要求只是逐行扫描的一半，对信号传输带宽要求也小。20世纪的显示器行扫描频率达不到逐行扫描的行频要求，因此用隔行扫描技术。PAL制式规定场周期为20 ms，其中场正程时间为18.4 ms，场逆程时间为1.6 ms，行频为15625 Hz，行周期为64μs，行正程时间为52 μs，行逆程时间为12 μs。 5，现有一台线阵CCD图像传感器（如ILX521）为256像元，如果配用PAL电视制式的显示器显示他所扫描出来的图像需要采用怎样的技术与之配合？ 6，如何理解“环保的绿色电视”？100 Hz场频技术是基于怎样的基础？ 答：100 Hz扫描技术就是利用数字式场频转换技术，它把PAL制的50 Hz场频的信号，通过数字式存储器DARM，采用“慢存快取”的方法，即读出的时钟频率是存入时钟频率的2倍，实现信号场频率的倍频转换，使场扫描数倍增，从而成为场频为100 Hz的视频信号。 7，图像传感器的基本技术参数有哪些？他们对成像质量分别有怎样的影响？ 答：1，成像物镜的焦距f’，决定了被摄劲舞在光电成像器件上成像的大小；2，相对孔径D/f’，决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量；3，视场角2ω，决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。
8章习题及答案 1、如图所示，一矩形金属线框，以速度v 从无场空间进入一均匀磁场中，然后又从磁场中出来，到无场空间中．不计线圈的自感，下面哪一条图线正确地表示了线圈中的感应电流对时间的函数关系？(从线圈刚进入磁场时刻开始计时，I 以顺时针方向为正) 2、一块铜板垂直于磁场方向放在磁感强度正在增大的磁场中时，铜板中出现的涡流(感应电流)将 (A) 加速铜板中磁场的增加． (B) 减缓铜板中磁场的增加． (C) 对磁场不起作用． (D) 使铜板中磁场反向． ［ ］ 3、半径为a 的圆线圈置于磁感强度为B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直， 线圈电阻为R ；当把线圈转动使其法向与B 的夹角=60°时，线圈中通过的电荷与线圈面积及转动所用的时间的关系是 (A) 与线圈面积成正比，与时间无关． (B) 与线圈面积成正比，与时间成正比． (C) 与线圈面积成反比，与时间成正比． (D) 与线圈面积成反比，与时间无关． ［ ］ 4、在无限长的载流直导线附近放置一矩形闭合线圈，开始时线圈与导线在同一平面内，且线圈中两条边与导线平行，当线圈以相同的速率作如图所示的三种不同方向的平动时，线圈中的感应电流 (A) 以情况Ⅰ中为最大． (B) 以情况Ⅱ中为最大． (C) 以情况Ⅲ中为最大． (D) 在情况Ⅰ和Ⅱ中相同． B I (D) I (C) b c d b c d b c d v v I
5、一矩形线框长为a 宽为b ，置于均匀磁场中，线框绕OO ′轴， 以匀角速度旋转(如图所示)．设t =0时，线框平面处于纸面 内，则任一时刻感应电动势的大小为 (A) 2abB | cos ω t |． (B) ω abB (C)t abB ωωcos 2 1． (D) ω abB | cos ω t |． (E)ωabB |sin ωt |． 6、如图所示，导体棒AB 在均匀磁场B 中绕通过C 点的垂直于棒长且沿磁场方向的轴OO ' 转动（角速度ω 与B 同方向）， BC 的长度为棒长的3 1 ，则 (A) A 点比B 点电势高． (B) A 点与B 点电势相等． (B) A 点比B 点电势低． (D) 有稳恒电流从A 点流向B 点． [ ] 7、如图，长度为l 的直导线ab 在均匀磁场B 中以速度v 移动，直导线ab 中的电动势为 (A) Blv ． (B) Blv sin ． (C) Blv cos ． (D) 0． ［ ］ 8、如图所示，M 、N 为水平面内两根平行金属导轨，ab 与cd 为 垂直于导轨并可在其上自由滑动的两根直裸导线．外磁场垂直水 平面向上．当外力使ab 向右平移时，cd (A) 不动． (B) 转动． (C) 向左移动． (D) 向右移动．［ ］ 9、如图所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B 平行于ab 边，bc 的长度为l ．当金属框架绕ab 边以匀角速度转动 时，abc 回路中的感应电动势和a 、c 两点间的电势差U a – U c 为： (A) =0，U a – U c =221l B ω． (B) =0，U a – U c =221l B ω-． (C) =2l B ω，U a – U c =221l B ω． (D) =2l B ω，U a – U c =22 1l B ω-． v c a b d N M B B a b c l ω
第八章光电式传感器 §8-1 真空光电器件 作业题 1.光电管由一个和一个封装在一个内组成。它 的技术特性主要取决于。（阴极；阳极；光电阴极材料） 2.光电管的光谱特性主要取决于的特性，光电管对入射光的 具有选择性，这是因为对入射光的有选择性。（光 电阴极材料；频谱；光电阴极；频谱） 3.光电管的伏安特性是指，与的关系。当阳极 电压较小时，光电流随而增加。到电压以后，光电流，这是因为单位时间内发射的光电子全部被阳极收集了。（一定光适量照 射下；阴极电压；光电流；阳极电压增加；饱和；饱和；发射的光电子） 4.光倍增管的结构与基本一样，也是在壳内，安装 和，只是在之间再安装几个。（光电管；玻璃； 阳极；阴极；阳极与阴极；倍增级） 5.光电倍增管倍增系数大约为数量级，故光电倍增管的 极高。随着的升高，倍增系数也增加。（106；灵敏度；工作电 压） 6.当入射光不变时，被照物体在单位时间内与 成正比。（频谱；发射的光电子数；入射光强度） §8-2 光敏元件 作业题 1.物体受到光照以后，物体内部的原子释放出电子，这些电子仍留在物体 内部，使物体的或产生的现象称为。（电阻率 发生变化；光电动势；内光电效应） 2.在光线的作用下，半导体的的现象称光电导效应。（电导率增加）
3.光照射使半导体原子中的吸收光子能量激发出的现象，称本 征光导效应；光照射使半导体杂质吸收光子能量激发出的现象，称非本征光导效应，它的激发比本征光导效应。（价电子； 自由电子同时产生空穴；自由电子；容易） 4.某种半导体能否产生光电效应，决定于照射光的，而光的强 度只取决于产生的。（频率；光子数目的多少） 5.光敏电阻是用制成的，极性，是个电阻。使用时可 以加电压，亦可加电压。不同下电阻值不同，对不同的入射光有的灵敏度。（光导体；没有；纯；直流； 交流；材料；波长；不同） 6.将光敏电阻置于室温、条件下，经过一定稳定时间后，测得的 阻值称暗电阻；在条件下，测得的阻值称为。（无光照全暗；光照；亮电阻） 7.一定电压作用下，与的关系称为光敏电阻的光电特 性。因为它具有性，光敏电阻不宜做测量元件。（光适量；光通量；非线） 8.光敏电阻的频率特性中的频率是指。（光强度变化的频率） §8—3 光电池 作业题 1.光电池是基于直接将转换成的一种有源器 件。（光生伏特效应；光能；电能） 2.硅光电池是在N型硅片上渗入形成一个 PN结附近激发出 光生电子、空穴对时，由PN结将光生电子、空穴对进行漂移，使 PN结两边半导体产生。（P型杂质；大面积；光照射PN结区；阻挡层；电动势） 3.硅光电池的光谱比硒大。它的光照度与短路电流的关系呈，光 照度与开路电压的关系有。使用硅光电池做测量变换元件时，最 好使其工作在。它在温度特性是指与随的特
霍尔传感器 1．填空题 （1）霍尔传感器是利用霍尔效应来进行测量的。通过该效应可测量电流的变化、磁感应强度的变化和电流、磁感应强度的变化。 （2）霍尔传感器由半导体材料制成，金属和绝缘体不能用作霍尔传感器。 （3）当一块半导体薄片置于磁场中有电流流过时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在半导体薄片的另外两端将产生霍尔电动势。 2．选择题 （1）常用（ b ）制作霍尔传感器的敏感材料。 a．金属b．半导体c．塑料 （2）下列物理量中可以用霍尔传感器来测量的是（ a ）。 a．位移量b．湿度c．烟雾浓度 （3）霍尔传感器基于（ a ）。 a．霍尔效应b．热电效应c．压电效应d．电磁感应 （4）霍尔电动势与（a,d ）。 a．激励电流成正比b．激励电流成反比 c．磁感应强度成反比d．磁感应强度成正比 3．问答题 （1）什么是霍尔效应？霍尔电动势与哪些因素有关? 答：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势电压),这种现象称为霍尔效应。 霍尔电动势的大小正比于控制电流和磁感应强度。如果流过的电流越大，则电荷量就越多，霍尔电动势越高；如果磁感应强度越强，电子受到的洛仑兹力也越大，电子参与偏转的数量就越多，霍尔电动势也越高。此外，薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度对霍尔电动势的大小也会有影响。 （2）如图7-15所示，简述液位控制系统的工作原理。 图7-15液位控制系统的工作原理 答：根据图7-15可以看出，储存罐的液体由液体源通过电磁阀向罐内提供，储存罐的液位增加，与之相通的偏管液位也升高，磁铁也随之升高，液位越高，磁铁越靠近霍尔传感器，磁铁作用于霍尔传感器的磁感应强度就越强，霍尔集成电路输出的电压就越大，当储液罐的额液位达到最高液位时，电压将达到设定值，电磁阀关闭，使液体无法流入储液罐。 如果液位没有达到最高位，开关型霍尔集成电路输出的电压无法达到系统所设定的电压值，电磁阀不关闭，液体源继续输送液体，直到达到最高液位为止。
传感器的种类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的
测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电
第三章 信号调制解调电路 3-1 什么是信号调制？在测控系统中为什么要采用信号调制？什么是解调？在测控系统 中常用的调制方法有哪几种？ 在精密测量中，进入测量电路的除了传感器输出的测量信号外，还往往有各种噪声。而传感器的输出信号一般又很微弱，将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋以一定特征，这就是调制的主要功用。调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。在将测量信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。 在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号。一个正弦信号有幅值、频率、相位三个参数，可以对这三个参数进行调制，分别称为调幅、调频和调相。也可以用脉冲信号作载波信号。可以对脉冲信号的不同特征参数作调制，最常用的是对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽。 3-2 什么是调制信号？什么是载波信号？什么是已调信号？ 调制是给测量信号赋以一定特征，这个特征由作为载体的信号提供。常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。这个用来改变载波信号的某一参数的信号称调制信号。在测控系统中需传输的是测量信号，通常就用测量信号作调制信号。经过调制的载波信号叫已调信号。 3-3 什么是调幅？请写出调幅信号的数学表达式，并画出它的波形。 调幅就是用调制信号x 去控制高频载波信号的幅值。常用的是线性调幅，即让调幅信号的幅值按调制信号x 线性函数变化。调幅信号s u 的一般表达式可写为： t mx U u c m s cos )(ω+= 式中 c ω──载波信号的角频率； m U ──调幅信号中载波信号的幅度； m ──调制度。 图X3-1绘出了这种调幅信号的波形。
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第2章 电阻式传感器 2-1 金属应变计与半导体应变计在工作机理上有何异同？试比较应变计各种灵敏系数概念的不同物理意义。 答：（1）相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化所；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 （2）对于金属材料，灵敏系数K0=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。 对于半导体材料，灵敏系数K0=Ks=(1+2μ)+πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE>>(1+2μ)，因此K0=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-2 从丝绕式应变计的横向效应考虑，应该如何正确选择和使用应变计？在测量应力梯度较大或应力集中的静态应力和动态应力时，还需考虑什么因素？ 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 答：电阻应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法 （1）单丝自补偿应变计；(2) 双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式；（2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 答：原因：)(211)(44 433221144332211R R R R R R R R R R R R R R R R U U ?+?+?+?+?-?+?-?=? 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施：(1) 差动电桥补偿法：差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差动电路和全桥差动电路。 (2) 恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 答：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性敏感元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。 要求：非线性误差要小（<0.05%~0.1%F .S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。
【最新整理，下载后即可编辑】 第1章概述 1.什么是传感器？ 传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 1.2传感器的共性是什么？ 传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。 1.3传感器由哪几部分组成的？ 由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。 1.4传感器如何进行分类？ （1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。 1.5传感器技术的发展趋势有哪些？ （1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化 1.6改善传感器性能的技术途径有哪些？ （1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理 第2章传感器的基本特性 2.1什么是传感器的静态特性？描述传感器静态特性的主要指标有哪些？
答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。 2.2传感器输入-输出特性的线性化有什么意义？如何实现其线性化？ 答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。 2.3利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa时输出为0mV,压力为0.12MPa时输出最大且为16.50mV. 非线性误差略 正反行程最大偏差?Hmax=0.1mV，所以γH=±? Hmax0.1100%=±%=±0.6%YFS16.50 重复性最大偏差为?Rmax=0.08，所以γR=±?Rmax0.08=±%=±0.48%YFS16.5 2.4什么是传感器的动态特性？如何分析传感器的动态特性？ 传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。瞬态响应常采用阶跃信号作为输入，频率响应常采用正弦函数作为输入。 2.5描述传感器动态特性的主要指标有哪些？ 零阶系统常采用灵敏度K，一阶系统常采用时间常数τ、灵敏度K，二阶系统常采用固有频率ω0、阻尼比ζ、灵敏度K来描述。 2.6试解释线性时不变系统的叠加性和频率保持特性的含义及其意义。
第八章霍尔传感器习题 一、选择题 １、属于四端元件的。 A. 应变片 B. 压电晶片 C. 霍尔元件 D. 热敏电阻 2、公式E H=K H IB cosθ中的角θ是指。 A. 磁力线与霍尔薄片平面之间的夹角 B. 磁力线与霍尔元件内部电流方向的夹角 C. 磁力线与霍尔薄片的垂线之间的夹角 3、电流互感器时，其二次侧电流多为。 A. 1A B. 7A C. 3A D. 5A 4、霍尔元件采用恒流源激励是为了。 A. 提高灵敏度 B. 克服温漂 C. 减小不等位电势 5、减小霍尔元件的输出不等位电势的办法是。 A. 减小激励电流 B. 减小磁感应强度 C. 使用电桥调零电位器 二、填空题： 1、多将开关型霍尔IC制作成具有史密特特性是为了，其回差（迟 滞）越大，它的能力就越强。 2、OC门的基极输入为低电平、其集电极不接上拉电阻时，集电极的输出 为。 3、电流互感器的工作原理和相似，其二次侧电流多为 A； 电流互感器的二次回路不允许。 4、霍尔集成电路可分为和。 5、霍尔电流变送器的输出有和。 三、问答题 1、解释霍尔交直流钳形表的工作原理？ 四、计算题 某霍尔电流变送器的额定匝数比为1/1000，额定电流值为100A，被测电流母线直接穿过铁心，测得二次侧电流为0.05A，则被测电流为多少? 答案： 一、选择题： 1、C 2、C 3、D 4、B 5、C 二、填空题： 1、抗机械振动干扰、抗机械振动干扰
2、高阻态 3、变压器、5A、开路 4、线性型、开关型 5、电压型、电流型 三、问答题 答：霍尔交直流钳形表是利用霍尔电流变送器的工作原理工作的，它的结构是用一环形（有时也可以是方形）导磁材料作成铁心，包围在被测电流流过的导线（也称电流母线）上，导线电流感生的磁场聚集在铁心中。利用变压器的原副线圈的电流与线圈匝数的关系，可以求出被测线圈的电流值。 四、计算题 答案：50A
光勇 0909111621 物联网1102班《传感器技术》作业 第一章习题一 1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏 离）程度的指标。 2、回差（滞后）—反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出- 输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变 动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量围所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨 力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变 化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近） 程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 1、理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 2、端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 3、“最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校 准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 4、最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差 平方和最小。 1—4 传感器有哪些组成部分？在检测过程中各起什么作用？ 答：传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是：敏感元件是在传感器中直接感受被测量，并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件，如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件，如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 1-5传感器有哪些分类方法？各有哪些传感器？ 答：按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器；按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等； 按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式；按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 1-6 测量误差是如何分类的？ 答：按表示方法分有绝对误差和相对误差；按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。
变压器感应电势公式中“4.44”的由来 《电网进网作业许可证考试参考教材.高压理论部分》第二章讲，根据电磁感应定律， 一次侧绕组感应电势为： E1= 4.44 ? Ν1фm（1） 二次侧绕组感应电势为： E2= 4.44 ? Ν2фm（2） 其它部分我们不补充了，单说系数““4.44” 的由来。 我们学习技术的时候不能死记，有一点疑 问就要想出来：为什么是“4. 44”呢？简单 地说，和有效值有关，但我们要更深一步，了解电磁感应原理了。 看右图。根据法拉第电磁感应定律，电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。写成公式就是： 这是微分式，用普及式可表示为： “Δ”表示增量，或变化量。“e”是感应电动势，“N”是线圈匝数，“ф”是主磁通，“t”是时间。此式说明，电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。也就是磁力线切割线圈越快，感应电动势越高。用“－”号表示感应电动势与输入电压方向相反。图一假定变压器是空载的，在左侧一次绕组N1输入电压、流过空载电流、建立空载磁场，产生主磁通Фm（Фm是交变磁通的最大值，具有交变性质，符号上边应点圆点，字库没有此种字型），通过铁芯磁路，与一次、二次线圈全部匝数交链，分别产生感应电动势E1、E2，于是，式2可以分别表示一次、二次线圈感应电动势为： e1、 e2分别为一次、二次线圈感应电动势的瞬时值 假定主磁通Фm按正弦规律变化，把微分计算出来: dФ/dt=d(Фmsin(ωt)/dt=Фmωcos(ωt) ，并考虑Em =√2E ，式3变为： e1=－N1·dФ/dt=－N1ωФm cosωt=－Em1cosωt
第一章 测试技术基础 1. 用测量范围为-50～150kPa 的压力传感器测量140kPa 压力时，传感器测得示值为+142kPa ，试求该示值的绝对误差、相对误差、标称相对误差和引用误差。 解：绝对误差 2kPa 140142=-=?p 相对误差 1.43%100%140 140 1420=?-=?= p p p δ 标称相对误差 1.41%100%142 140142=?-=?= 'p p p δ 引用误差 1%100%50 150140142m =?+-=?= p p p γ 2．某压力传感器静态标定的结果如下表所示。试求用端点连线拟合法拟合的该传感器输出与输入关系的直线方程，并试计算其非线性误差、灵敏度和迟滞误差。 解： 端点连线拟合法拟合的直线方程 p p U 450 == 非线性误差 0.1%100%200 0.2 100%=?=??= FS Y L max γ 灵敏度 4mV /Pa =??= p U S 迟滞误差 0.3%100%2001.2 21100%21=??=??= FS H Y H max γ 或 0.6%100%200 1.2 100%max =?=??= FS H Y H γ 3. 玻璃水银温度计的热量是通过玻璃温包传导给水银的，其特性可用微分方程 x y dt dy 310123 -?=+表示（式中y 为水银柱高度，单位m ；x 为输入温度，单位℃）。试确定温度计的时间常数τ、静态灵敏度k 和传递函数及其频率响应函数。
解：x y dt dy 310123 -?=+ x y D 3101)23(-?=+ x y D 31021 )123(-?=+ 时间常数 s 51.=τ 静态灵敏度 C m/1050o 3-?=.k 传递函数 1 511050(s)3 +?=-s H .. 频率响应函数 15.1105.0)(j 3+?=-ωωj H 4. 某热电偶测温系统可看作一阶系统，已知其时间常数为0.5s ，静态灵敏度1=k 。试计算其幅频特性误差不大于5%的最高工作频率。(幅频特性误差为A -=1η) 解： 5%1≤-=A η 95%≥A 95%) (1)(2 =+= ωτωk A 而 1=k 0.5s =τ 0.33=ωτ 0.66rad/s =ω 0.10Hz 2π == ω f 5. 某测力传感器可作为二阶振荡系统处理，其传递函数为2 o o 22 o 2)(ωξωω++=s s s H 。已知其固有频率为Hz 1000o =f ，阻尼率7.0=ξ，试问用它测量频率为600Hz 的正弦交变力时，其输出与输入幅值比A(ω)和相位差Ψ(ω)是多少？（注意系统1=k ） 解： 7.0=ξ 1=k 002f πω= Hz 1000o =f f πω2= 600Hz =f 20 2220)(4])( [1)(ωωξωωω+-= k A 0.950.6 0.74](0.6)[11 2 2 2 2=??+-= 2 0)(-1)( 2arctan )(ωωωω ξω-=ψ02 52.70.6-10.6 0.72arctan -=??-= 第二章 工程参数的检测技术（略） 1. 接触式与非接触式测温装置主要有哪些？试比较接触式测温与非接触式测温的优缺点。 2. 试简述光学高温计的原理、电测系统图和使用方法。 3. 试说明真空区域的划分和其物理特征。测量低真空与高真空的真空计主要有哪些？