传感器原理与应用习题_磁电式传感器.doc

第5章 磁电式传感器习题集与部分参考答案 5-1 阐明磁电式振动速度传感器的工作原理，并说明引起其输出特性非线性的原因。 5-2 试述相对式磁电测振传感器的工作原理和工作频率范围。 5-3 试分析绝对式磁电测振传感器的工作频率范围。如果要扩展其测量频率范围的下限应采取什么措施；若要提高其上限又可采取什么措施？ 5-4 对永久磁铁为什么要进行交流稳磁处理？说明其原理。 5-5 为什么磁电式传感器要考虑温度误差？用什么方法可减小温度误差？ 5-6 已知某磁电式振动速度传感器线圈组件（动圈）的尺寸如图P5-1所示：D1=18mm，D2=22mm，L=39mm，工作气隙宽Lg=10mm，线圈总匝数为15000匝。若气隙磁感应强度为0.5515T，求传感器的灵敏度。 5-6 解：已知D1=18mm，D2=22mm，L=39mm，Lg=10mm，W=15000匝，Bg=0.5515T 工作气隙的线圈匝数Wg=（总匝数W/线圈长度L）*气隙长度Lg ， 5-7 某磁电式传感器固有频率为10Hz，运动部件（质量块）重力为2.08N，气隙磁感应强度Bg=1T，工作气隙宽度为tg=4mm，阻尼杯平均直径DCP=20mm，厚度t=1mm，材料电阻率。试求相对阻尼系数ξ=？若欲使ξ=0.6，问阻尼杯璧厚t应取多大？ 5-8 某厂试制一磁电式传感器，测得弹簧总刚度为18000N/m，固有频率60Hz，阻尼杯厚度为1.2mm时，相对阻尼系数ξ=0.4。今欲改善其性能，使固有频率降低为20Hz，相对阻尼系数ξ=0.6，问弹簧总刚度和阻尼杯厚度应取多大？ 5-9 已知惯性式磁电速度传感器的相对阻尼系数ξ=，传感器-3dB的下限频率为16Hz，试求传感器的自振频率值。 5-10 已知磁电式速度传感器的相对阻尼系数ξ=0.6，求振幅误差小于2%测试时的范围。 解：已知ξ=0.6，振幅误差小于2%。 若振动体作简谐振动，即当输入信号x0为正弦波时，可得到频率传递函数 得 振幅比 =1.02时，=3.51；=0.98时，=1.45 因要求1，一般取≥3，所以取≥3.51 5-11 已知磁电式振动速度传感器的固有频率=15Hz，阻尼系数ξ=0.7。若输入频率为f=45Hz的简谐振动，求传感器输出的振幅误差为多少？ 5-12 何谓霍尔效应？利用霍尔效应可进行哪些参数测量？ 答：当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。霍尔器件工作产生的霍尔电势为，由表达式可知，霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔系数成正比，而与霍尔片厚度成反比。 利用霍尔效应可测量大电流、微气隙磁场、微位移、转速、加速度、振动、压力、流量和液位等；用以制成磁读头、磁罗盘、无刷电机、接近开关和计算元件等等。 5-13 霍尔元件的不等位电势和温度影响是如何产生的？可采取哪些方法来减小之。 答：影响霍尔元件输出零点的因素主要是霍尔元件的初始位置。 霍尔位移传感器，是由一块永久磁铁组成磁路的传感器，在霍尔元件处于初始位置时，霍尔电势不等于零。霍尔式位移传感器为了获得较好的线性分布，在磁极端面装有极靴，霍尔元件调整好初始位置时，可以使霍尔电势＝0。不等位电势的重要起因是不能将霍尔电极焊接在同一等位面上，可以通过机械修磨或用化学腐蚀的方法或用网络补偿法校正。 霍尔元件的灵敏系数是温度的函数，关系式为：，大多数霍尔元件的温度系数是正值，因此，它们的霍尔电势也将随温度升高而增加αΔT倍。 补偿温度变化对霍尔电势的影响，通常采用一种恒流源补偿电路。基本思想是：在温度增加的同时，让激励电流相应地减小，并能保持乘积不变，也就可以相对抵消温度对灵敏系数增加的影响，从而抵消对霍尔电势的影响。 5-14 磁敏传感器有哪几种？它们各有什么特点？可用来测量哪些参数？ 答：磁敏电阻：外加磁场使导体(半导体)电阻随磁场增加而增大的现象称磁阻效应。载流导体置于磁场中除了产生霍尔效应外,导体中载流子因受洛仑兹力作用要发生偏转,载流子运动方向偏转使电流路径变化,起到了加大电阻的作用,磁场越强增大电阻的作用越强。磁敏电阻主要运用于测位移。 磁敏二极管：输出电压随着磁场大小的方向而变化，特别是在弱磁场作用下，可获得较大输出电压变化，r区内外复合率差别越大，灵敏度越高。当磁敏二极管反向偏置时，只有很少电流通过，二极管两端电压也不会因受到磁场的作用而有任何改变。利用磁敏二极管可以检测弱磁场变化这一特性可以制成漏磁探伤仪。 5-15 为什么说磁电感应式传感器是一种有源传感器？ 5-16 变磁阻式传感器有哪几种结构形式？可以检测哪些非电量？ 5-17 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？ 5-18