霍爾傳感器測楊氏模量

1、實驗名稱霍爾傳感器測楊氏模量【實驗?zāi)康摹?了解霍爾位置傳感器的結(jié)構(gòu)原理、特性及使用方法。2學(xué)習(xí)掌握粱彎曲法測量金屬板的楊氏彈性模量。3學(xué)會確定靈敏度的方法，并確定儀器的靈敏度。4掌握逐差法處理數(shù)據(jù)。【實驗儀器】霍爾位置傳感器、霍爾位置傳感器輸出信號測量儀、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器?！緦嶒炘怼炕魻杺鞲衅髦糜诖鸥袘?yīng)強度為的磁場中，在垂直于磁場的方向通入電流，則會產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，即在與這二者相互垂直的方向上將產(chǎn)生霍爾電勢： ()其中為霍爾傳感器的靈敏度，單位為。如果保持通入霍爾元件的電流不變，而使其在一均勻梯度的磁場中移動，則輸出的霍爾電勢的變化量為： ()其中：為位移量；為磁感應(yīng)強度沿位移方向的梯度，

2、為常數(shù)。為了實現(xiàn)上述均勻梯度磁場，選用兩塊相同的磁鐵。磁鐵平行相對而放，即極相對放置。兩磁鐵之間的空隙內(nèi)放入霍爾元件，并使此元件平行于磁鐵，且與兩磁鐵的間距相等，即霍爾元件放置兩磁鐵空隙的中心，如圖6.1所示。若間隙中心截面的中心點的磁感應(yīng)強度為零，霍爾元件處于該處時輸出的霍爾電勢應(yīng)為零。當(dāng)霍爾元件偏離中心沿軸發(fā)生位移，由于磁感應(yīng)強度不再為零，霍爾元件也就有相應(yīng)電勢輸出，其大小可由數(shù)字電壓表讀出。一般地，將霍爾電勢為零時元件所處的位置作為位移參考點。圖6.1圖6.2霍爾電勢與位移量之間存在一一對應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)位移量較小時（小于2mm），對應(yīng)關(guān)系具有良好的線性，如圖6.2所示。在粱彎曲的情況下，楊

3、氏模量用下列公式計算： (6.1)式中：為兩刀口間的距離，為粱的厚度，為粱的寬度，為砝碼的質(zhì)量，為重力加速度（），為粱中心由于外力的作用而下降的距離。1.讀數(shù)顯微鏡 2橫梁 3刀口4砝碼 5磁鐵固定金屬架 6磁鐵(兩塊) 7磁鐵支架套筒螺母 8銅杠桿(頂端裝有霍爾傳感器) 9銅方框上的基線 10讀數(shù)顯微鏡支架套筒螺母 11.固定螺絲圖6.3【實驗裝置】楊氏模量實驗裝置如圖6.3所示。【實驗內(nèi)容及步驟】1. 實驗內(nèi)容(1) 用霍爾位置傳感器測量黃銅板的楊氏模量，并確定該儀器的靈敏度。(2) 用霍爾位置傳感器測鍛鑄鐵板的楊氏模量。2. 實驗步驟(1) 調(diào)節(jié)實驗儀器 將圖中橫梁黃銅板2穿在砝碼銅刀口

4、9內(nèi)，安放在兩立柱刀口中間。砝碼刀口應(yīng)在兩支柱刀口的正中央。再裝上銅杠桿8，有傳感器的一端插入磁鐵的中間，該杠桿中間的銅刀口放在刀座上。圓柱形托尖應(yīng)在砝碼刀口的小圓洞內(nèi)，傳感器若不在磁鐵中間，可松弛固定螺絲使磁鐵上下移動，或用調(diào)節(jié)架上的套筒螺母旋轉(zhuǎn)使磁鐵上下移動，再固定，然后用水平儀觀察磁鐵是否在水平位置，如不在，可用底座螺絲調(diào)節(jié)，但同時應(yīng)注意杠桿水平。 將銅杠桿上的三眼插座插在立柱的三眼插針上，用儀器電纜一端連接輸出信號測量儀，另一端插在立柱的另一三眼插針上，接通電源，調(diào)節(jié)磁鐵或儀器上調(diào)零電位器使在初始負載的情況下儀器指示為零點。注意：儀器大約預(yù)熱10分鐘左右后，指示值即可穩(wěn)定。 調(diào)節(jié)讀數(shù)顯

5、微鏡，使得用眼睛能觀察到鏡內(nèi)的十字劃絲和坐標(biāo)刻度，然后移動讀數(shù)顯微鏡距離，使其能清楚地看到銅刀口9上的基線。再轉(zhuǎn)動旋鈕使刀口點的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字劃線刻度吻合，并計下初始值。(2) 測銅樣品的楊氏模量。 當(dāng)儀器大約預(yù)熱完成后，計下讀數(shù)顯微鏡初始值和電壓初始值（一般是零）； 在掛鉤下輕輕的加上20克砝碼，調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡微分旋鈕，使基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字劃線刻度吻合，計錄下讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)和電壓值； 重復(fù)步驟，記錄下加砝碼40g、60g、80g、100g的讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)和電壓值； 測量銅樣品的幾何參量：銅樣品的寬與厚； 測量支架兩刀口間的距離； 記錄游標(biāo)卡尺和螺旋測微器零點誤差?！緦嶒灡砀瘛織钍?/p>

6、模量的測量基本參數(shù)測量表1 銅材料的長寬厚尺寸 待測量次數(shù)用直尺測量橫梁的長度 （mm）游標(biāo)卡尺測其寬度（mm）千分尺測其厚度（mm）123023660.995223123.650.996322923.670.995平均值23023.660.995 霍爾位置傳感器的定標(biāo)在進行測量之前，要求符合上述安裝要求，并且檢查杠桿的水平、刀口的垂直、掛砝碼的刀口處于梁中間，要防止外加風(fēng)的影響，杠桿安放在磁鐵的中間，注意不要與金屬外殼接觸，一切正常后加砝碼，使梁彎曲產(chǎn)生位移；精確測量傳感器信號輸出端的數(shù)值與固定砝碼架的位置Z的關(guān)系，也就是用讀數(shù)顯微鏡對傳感器輸出量進行定標(biāo)，測量數(shù)據(jù)如表2所示：表2 霍爾位置傳感器靜態(tài)特性測量010203040506070803.153.233.353.473.653.753.854.124.20255485113145174210240由上數(shù)據(jù)測量黃銅樣品在M=50g的作用下產(chǎn)生的位移量。計算楊氏模量 【注意事項】1儀器調(diào)零時，儀器上調(diào)零電位器旋鈕應(yīng)處于中間狀態(tài)。2測量前，應(yīng)側(cè)重檢查：杠桿的水平、刀口的垂直、掛砝碼的刀口處于粱的中間等