自动检测技术第4版赖申江马西秦习题解答教学课件 习题与思考题解答9.doc

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1、习题与思考题解答（第9章）１．什么是霍耳效应？解：在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，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，这种现象称为霍耳效应。利用霍耳效应制成的元件称为霍耳传感器。２．为什么导体材料和绝缘体材料均不宜做成霍耳元件？解：载流体的电阻率ρ与霍耳系数RH和载流子迁移率μ之间的关系为霍耳电压UH与材料的性质有关。材料的ρ、μ大，RH就大。金属μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成元件。３．为什么霍耳元件一般采用Ｎ型半导体材料？解：在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的大，即μn＞μp，所以霍耳元件一般采用Ｎ型半导体材料。４．霍耳灵敏度与霍耳元件厚度之间有

2、什么关系？解：霍耳电压UH与元件的尺寸有关。根据式，d愈小，KH愈大，霍耳灵敏度愈高，所以霍耳元件的厚度都比较薄，但d太小，会使元件的输入、输出电阻增加。5．一块半导体样品如图9-1所示，其中d=1.0mm，b=3.5mm，l=10mm，沿x方向通以I=1.0mA的电流，在z轴方向加有B=100T的均匀磁场，半导体片两侧的电位差U=6.55mV。（1）这块半导体是正电荷导电（P型）还是负电荷导电（N型）？（2）求载流子浓度为多大？解：1）根据图9-1应是N型半导体。2）由于得出设载流子浓度为n，由于，则6．某霍尔元件尺寸为L=10mm，W=3.5mm，d=1.0mm，沿L方向通以电流I=1.

3、0mA，在垂直于L和W的方向加有均匀磁场B=0.3T，灵敏度为22V／（A·T），试求输出霍尔电势及载流子浓度。解：输出得霍尔电势为式中，KH为霍耳元件的灵敏度。代入数据得设载流子浓度为n，由于得到7．霍尔元件灵敏度KH=40V／（A·T），控制电流I=3.0mA，将它置于变化范围为1×10-4～5×10-4T的线性变化的磁场中，它输出的霍尔电势范围为多大？解：输出得霍尔电势为得到当B为1×10-4T时，输出的霍尔电势为当B为5×10-4T时，输出的霍尔电势为所以，输出的霍尔电势范围为12～60μV。8．什么是霍耳元件的温度特性？如何进行补偿？解：霍耳元件的温度特性是指元件的内阻及输出与温度

4、之间的关系。霍耳元件温度补偿的方法很多，常用的方法有两种。一是利用输入回路的串联电阻进行补偿；二是利用输出回路的负载进行补偿。9．集成霍耳传感器有什么特点？解：集成霍耳传感器是利用硅集成电路工艺将霍耳元件和测量线路集成在一起的一种传感器。它取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍耳传感器与分立元件相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点，正越来越受到人们的重视。10．写出你认为可以用霍耳传感器来检测的物理量。解：可以用霍耳传感器来检测的物理量有电流、磁场、位移、速度、加速度等。从应用方面来说，作为无触点开关，可以用

5、作为接近开关、行程开关、限位开关。作为位置传感器，可以用于测量位移、压力、液位。作为旋转传感器，可以用于测量角位移、角速度、角加速度。11．设计一个采用霍耳传感器的液位控制系统。要求画出磁路系统示意图和电路原理简图，并简要说明其工作原理。解：采用霍耳传感器的液位控制系统的示意图见下图。在浮子上装一块小磁钢，在两液位极限的位置各装一个霍尔开关型传感器。当液位上下变化到达极限位置时，霍尔传感器便有信号输出，用该信号即可控制电机的接通与断开，实现液位控制。12．图9-11是一个采用霍耳传感器的钳型电流表结构图，试分析它的工作原理。图9-11　题12图１—冷轧硅钢片圆环　２—被测电流导线３—霍耳元件

6、　４—霍耳元件引脚解：测量电流。当电流通过时会产生磁场，霍耳传感器会有电压输出。13．通过一个实例说明开关型集成霍耳传感器的应用。解：采用开关型集成霍耳传感器测量转速或转数的典型结构如下图所示。它是在一个非磁性材料的圆盘上粘贴一块磁钢，霍耳传感器放置在圆盘的边上。圆盘旋转一周，霍耳传感器就输出一个脉冲。由此就可以准确地测出转数（计数器），若接入频率计则可以测出转速。