专题七 磁电式传感器与霍尔式传感器（课件）-山东省职教高考《传感器及应用》（高教版）专题复习讲练测

专题七.磁电式传感器与霍尔式传感器 《传感器及应用》（高教版） 专题复习讲练测 1 目录 01 考纲解读 03 考题讲解 05 归纳小结 02 知识点梳理 04 课内练习 2 常见考点： 1. 磁电式传感器基本工作原理： 利用电磁感应原理将机械运动转换为电信号，常见类型包括电磁式、旋转式、反射式等。 2.磁电式传感器基本结构： 主要由磁铁、线圈和换向器组成，通过电磁力驱动换向器产生输出信号。测量转换电路： 用于放大和处理传感器输出的微弱信号，使其成为可测量的电压或电流信号。 3.霍尔元件：工作原理及结构： 利用霍尔效应，在电流通过导体时产生垂直于电流方向的电势差。通常使用半导体材料制成，具有小体积、高灵敏度的特点。 一.考纲解读 3 一.考纲解读 考试要求 01 2.能描述集成霍尔元件的特点和优势，了解其在现代传感器技术中的应用。 02 3.需要掌握霍尔元件的基本参数，如霍尔电压、灵敏度等，并了解温度对霍尔元件性能的影响以及温度误差的补偿方法。 03 1.能阐述霍尔效应的基本原理，了解霍尔元件的材料和结构特点，以及其基本电路的工作原理。 4 易考题型： 1. 选择题：能阐述霍尔效应的基本原理，了解霍尔元件的材料和结构特点，以及其基本电路的工作原理。 2. 解答题：能描述集成霍尔元件的特点和优势，了解其在现代传感器技术中的应用。 3. 应用题：需要掌握霍尔元件的基本参数，如霍尔电压、灵敏度等，并了解温度对霍尔元件性能的影响以及温度误差的补偿方法。 一.考纲解读 5 知识点思维导图 二.知识点梳理和重点概念复习 6 知识点梳理： 磁电式传感器基本工作原理 磁电式传感器是以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础的。根据电磁感应定律具有 N匝的线圈，其感应电动势 e 的大小取决于贯穿该线圈磁通的变化速率，即 图3-9a 为线圈在磁场中作直线运动时产生感应电动势的磁电式传感器。图 3-9b 为线圈在磁场中作旋转运动时产生感应电动势的磁电式传感器，它相当于一台发电机。 二.知识点梳理和重点概念复习 7 知识点梳理： 基本结构 从磁电式传感器的基本原理来看，它的基本元件有两个:一个是磁路系统，由它来产生恒定的磁场，为了减小传感器的体积，一般都采用永久磁铁;另一个是线圈，当它切割磁场中的磁力线时产生感应电动势。感应电动势 e和线圈与磁铁的相对运动速度成正比，因此必须使它们之间有一个相对运动。作为运动部分，可以是线圈，也可以是永久磁铁，只要在传感器工作时使线圈切割磁力线就可以了。 二.知识点梳理和重点概念复习 8 知识点梳理： 测量转换电路 根据磁电式传感器的工作原理，可知它的输出电动势大小与运动速度成正比，这是一种测速度的传感器。但在实际测量中，它常常被用来测量运动的位移(或振幅) 和加速度。因此，为了能使信号大小与位移和加速度成正比，必须将信号加以变换，一般是在测量电路中接入一积分电路和微分电路，用开关切换。图 3-12 所示即为这样的电路，当开关S 放在“1”位置时，经过一个积分电路，可测量位移的大小;当开关S 在“2”位置时，不经过运算电路直接输出，可用来测量速度;当开关 S 放在“3”位置时，信号通过微分电路，可以测量加速度。 二.知识点梳理和重点概念复习 9 知识点梳理： 图3-13 所示为 GZ1 型测振仪测量电路的框图，是磁电式传感器的一种典型测量电路，它由微积分电路、放大、检波指示以及电源等几部分组成。磁电式传感器灵敏度高，通常用于测量振动、加速度、转速、转角等参数。 二.知识点梳理和重点概念复习 10 知识点梳理： 霍尔效应 如图3-16 所示，一块长1、宽 b、厚 d 的半导体，在外加磁场 B作用下，当有电流I流过时，运动电子受洛仑兹力的作用而偏向一侧 (图中“-”侧)，使该侧形成电子的积累，与它对立的侧面由于减少了电子浓度，出现了正电荷。这样，在两侧面间就形成了一个电场。运动电子在受洛仑兹力的同时，又受电场力的作用最后当这两作用力相等时，电子的积累达到动态平衡，这时两侧之间建立电场，称霍尔电场 EH，相应的电压称霍尔电压 UH，上述这种现象称霍尔效应。经分析推导，霍尔电压UH为 二.知识点梳理和重点概念复习 11 知识点梳理： 集成霍尔元件 集成霍尔元件可分为线性型和开关型两大类，前者是将霍尔元件和恒流源、线性放大器等做在一个芯片上，输出电压较高，使用非常方便，目前得到广泛的应用，较典型的线性霍尔器件有 UCN3501 等。开关型霍尔器件是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC 门等电路做在同一块芯片上，当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC 门由高电阻状态变为导通状态，输出变为低电平;当外加磁场强度低于释放点时，OC 门重新变为高阻状态，输出高电平。这类器件中较为典型的有 UGN3020 等。有一些开关型集成霍尔元件内部还包括双稳态电路，这种器件的特点是必须施加相反极性的磁场电路的输出才能翻转回到高电平，也就是说具有“锁键”功能。 二.知识点梳理和重点概念复习 12 知识点梳理： 图3-20、图3-21 所示分别为集成霍尔器件 UGN3501 和 UGN3020 的外形及内部电路框图，图 3-22、图 3-23 所示分别为其输出电压与磁场强度的关系曲线。 二.知识点梳理和重点概念复习 13 重点概念复习： 1.磁电式传感器基本工作原理：磁电式传感器是以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础的。根据电磁感应定律具有 N匝的线圈，其感应电动势 e 的大小取决于贯穿该线圈磁通变化速率。 2.磁电式传感器的基本结构：基本元件有两个:一个是磁路系统，由它来产生恒定的磁场，为了减小传感器的体积，一般采用永久磁铁;另一个是线圈，当它切割磁场中的磁力线时产生感应电动势。 3.测量转换电路：根据磁电式传感器的工作原理，可知它的输出电动势大小与运动速度成正比，这是一种测速度的传感器。 二.知识点梳理和重点概念复习 14 1. 霍尔元件中的霍尔电压是_________。 A. 磁场强度与电流的函数 B. 温度与电流的函数 C. 磁场强度与电阻的函数 D. 温度与电压的函数 答案：A. 磁场强度与电流的函数 解析： 霍尔电压是磁场强度和电流的函数，霍尔效应通过这两者的相互作用产生电压。 三.常考习题练习与讲解 选择题 15 2. 磁电式传感器通常用于测量_________。 A. 温度变化 B. 电流强度 C. 机械扭矩 D. 光线强度 答案：C. 机械扭矩 解析： 磁电式传感器常用于测量机械系统中的扭矩，如磁电式扭矩仪。 三.常考习题练习与讲解 选择题 16 3.霍尔元件的材料选择会影响其_________。 A. 体积 B. 输出电压 C. 响应速度 D. 工作环境 答案：C. 响应速度 解析： 材料选择对霍尔元件的响应速度、灵敏度和温度特性有显著影响。 三.常考习题练习与讲解 选择题 17 4.霍尔式传感器能够在_________ 下准确检测磁场强度。 A. 低磁场强度 B. 高温环境 C. 高振动环境 D. 高磁场强度 答案：D. 高磁场强度 解析： 霍尔式传感器能够在高磁场强度下准确检测磁场的变化。 三.常考习题练习与讲解 选择题 18 5.磁电式传感器可以用于_________。 A. 振动监测 B. 光线探测 C. 位置测量 D. 声音测量 答案：A. 振动监测 解析： 磁电式传感器可用于振动监测，如在机载振动监视系统中使用。 三.常考习题练习与讲解 选择题 19 6.霍尔元件在不同温度下的温度系数是_________。 A. 恒定不变的 B. 与材料的选择相关的 C. 只能通过增加电流来改变 D. 不影响霍尔电压 答案：B. 与材料的选择相关的 解析： 霍尔元件的温度系数与其材料的选择密切相关，不同材料温度系数不同。 三.常考习题练习与讲解 选择题 20 7.霍尔元件的温度误差补偿通常通过_________ 实现。 A. 增加电流 B. 调整工作点 C. 更换材料 D. 改变磁场强度 答案：B. 调整工作点 解析： 温度误差补偿是通过调整霍尔元件的工作点来保持输出信号的稳定性。 三.常考习题练习与讲解 选择题 21 8.磁电式传感器常用于哪种应用中？ A) 光纤通信 B) 磁电式扭矩仪 C) 激光雷达测距 D) 高速电梯控制 答案：B) 磁电式扭矩仪 解析：磁电式传感器在扭矩测量中特别有效，可精确测量旋转设备的扭矩输出。 三.常考习题练习与讲解 选择题 22 1. 霍尔式传感器在汽车行业中的应用类型包括发动机转速检测和 ______ 监测。 答案：刹车 解析： 霍尔式传感器可以用于检测发动机转速和刹车系统的运行状态，提高汽车的安全性和性能。 2.霍尔元件的基本参数包括感应灵敏度、工作电流和 _______。 答案：输出电压 解析： 输出电压是霍尔元件输出信号的电压值，与外部磁场的强度相关。 三.常考习题练习与讲解 填空题 23 3. 霍尔式传感器在家电领域的应用举例包括智能厨房设备中的 ____ 检测。 答案：位置 解析： 霍尔式传感器可以用于检测厨房设备如抽油烟机和炉灶的门窗开关状态或锅具的位置。 4. 磁电式传感器的基本结构主要包括磁敏元件、信号放大电路和 ______。 答案：输出电路 解析： 输出电路用于处理放大后的信号，使其能够被外部电路或设备有效读取和利用。 三.常考习题练习与讲解 填空题 24 1. 霍尔式传感器在汽车行业中常用于发动机转速检测和制动系统监控。（ ） 答案：正确 解析： 霍尔式传感器能够准确测量发动机转速和监控制动系统的运行状态，对汽车的性能和安全性具有重要作用。 三.常考习题练习与讲解 判断题 2.霍尔式传感器在家电领域中的应用主要集中在控制家电设备的电流开关。（ ） 答案：错误 解析： 霍尔式传感器在家电领域的应用主要用于检测开关状态、门窗的打开关闭或者设备位置的检测，如智能厨房设备中的应用。 三.常考习题练习与讲解 判断题 3.霍尔元件选择的半导体材料对其性能没有显著影响。（ ） 答案：错误 解析： 霍尔元件选择的半导体材料直接影响其灵敏度、响应速度和温度特性，是影响其性能优劣的重要因素。 4.霍尔式传感器的温度误差补偿不会对其测量精度产生显著影响。（ ） 答案：错误 解析： 霍尔式传感器的温度误差补偿是确保其在不同工作温度下测量精度和稳定性的重要手段，直接影响其在复杂环境中的应用性能。 三.常考习题练习与讲解 判断题 1.磁电式传感器的基本工作原理是什么？ 解析： 磁电式传感器利用电磁感应原理，通过感应外部磁场的变化来产生电信号。当磁场变化时，磁敏元件内部的感应电动势发生变化，进而产生输出信号，反映外部磁场的强度或变化情况。 四.课内练习与讲解 2.磁电式传感器的基本结构包括哪些部分？ 解析： 磁电式传感器的基本结构通常包括磁敏元件（如磁电阻元件或霍尔元件）、信号调理电路（用于放大和处理输出信号）、以及输出接口电路（将信号输出到外部系统或设备）。 四.课内练习与讲解 3.请简要描述一下磁电式扭矩仪的应用场景及其工作原理。 解析： 磁电式扭矩仪广泛应用于工程和实验领域，用于测量机械系统中的扭矩。它利用磁电式传感器感知传动轴上的磁场变化，从而测量扭矩大小。工作原理是通过检测驱动轴上的磁场变化来计算扭矩值，进而实现对机械系统扭矩的实时监测和控制。 四.课内练习与讲解 4. 霍尔元件的工作原理是什么？ 解析： 霍尔元件的工作原理基于霍尔效应，即当导电材料中的电子流经受到外部磁场影响时，会在导体两侧产生电压差，这就是霍尔电压。通过测量霍尔电压的变化，可以间接检测外部磁场的强度或变化。 四.课内练习与讲解 5.霍尔元件的基本结构包括哪些要素？ 解析： 霍尔元件的基本结构包括霍尔片（用于感应磁场并产生电压信号）、信号调理电路（用于放大和处理霍尔片产生的电信号）、以及输出接口电路（将处理后的信号输出到外部电路或设备）。 四.课内练习与讲解 本节课深入探讨了磁电式传感器与霍尔式传感器的核心原理与应用。磁电式传感器利用电磁感应将机械运动转换为电信号，通过精确的测量转换电路输出可用的信号，广泛应用于测量扭矩和振动监测系统中。相比之下，霍尔元件基于霍尔效应工作，其结构简单且具有高灵敏度，常用于位置检测及开关控制等自动化控制系统中。课堂还重点介绍了温度误差对传感器输出的影响及其补偿方法，以及集成霍尔元件的优势和实际应用案例。 五.课程小结 重点复习知识点： 1.磁电式传感器基本工作原理：磁电式传感器是以导体和磁场发生相对运动而产生电动势为基础的。根据电磁感应定律具有 N匝的线圈，其感应电动势 e 的大小取决于贯穿该线圈磁通变化速率。 2.磁电式传感器的基本结构：基本元件有两个:一个是磁路系统，由它来产生恒定的磁场，为了减小传感器的体积，一般采用永久磁铁;另一个是线圈，当它切割磁场中的磁力线时产生感应电动势。 3.测量转换电路：根据磁电式传感器的工作原理，可知它的输出电动势大小与运动速度成正比，这是一种测速度的传感器。 五.课程小结 感谢观看 $$