《彎曲法測(cè)量楊氏模量》實(shí)驗(yàn)報(bào)告(無(wú)數(shù)據(jù)版)-王艷東

1、實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告遼寧科技大學(xué)學(xué)院（系）年月日課程名稱：實(shí)驗(yàn)題目：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：機(jī)臺(tái)號(hào)：同組人：任課教師：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握基本長(zhǎng)度和微小位移量測(cè)量的方法，學(xué)習(xí)游標(biāo)卡尺、千分尺等常用長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器的使用；2、熟悉霍爾位置傳感器的特性；3、彎曲法測(cè)量鐵的楊氏模量；4、學(xué)會(huì)用逐差法、作圖法處理數(shù)據(jù)。V實(shí)驗(yàn)原理?xiàng)钍夏Ａ康亩x：反映材料應(yīng)變（即單位長(zhǎng)度變化量ALZ）與物體內(nèi)部應(yīng)力（即單位面積所受到的力的大小FS）之間關(guān)系的物理量，反映材料的抗拉或抗壓能力。即：F=Y里SL測(cè)量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動(dòng)法、內(nèi)耗法等，還出現(xiàn)了利用光纖位移傳感器、莫爾條紋、電渦流傳感器和波動(dòng)傳遞技術(shù)（微波或超

2、聲波）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法測(cè)量楊氏模量。1、楊氏模量的測(cè)量楊氏模量測(cè)定儀主體裝置如圖3所示,在橫梁彎曲的情況下，楊氏模量Y可以用下式表示：Y=d3Mg4a3-b-AZ；其中：d為兩刀口之間的距離，M為所加砝碼的質(zhì)量，a為梁的厚度，b為梁的寬度，AZ為梁中心由于外力作用而下降的距離，g為重力加速度。上面公式的具體推導(dǎo)見(jiàn)附錄。圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖其中：1.銅刀口上的基線2讀數(shù)顯微鏡3刀口4橫梁5銅杠桿（頂端裝有95A型集成霍爾傳感器）6磁鐵盒7磁鐵（N極相對(duì)放置）8調(diào)節(jié)架9袪碼圖2實(shí)驗(yàn)原理圖2、微小位移Az的測(cè)量方法：（1）讀數(shù)顯微鏡方法：請(qǐng)費(fèi)聶鳧匾的iAia硝呂（2）霍爾位置傳感器方法：定義：一塊半導(dǎo)體薄

3、片處于垂直于它的磁場(chǎng)B中，當(dāng)通以電流I時(shí)，則在垂直于B、I方向上產(chǎn)生霍耳電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。圖4霍耳效應(yīng)霍爾元件置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，在垂直于磁場(chǎng)方向通以電流I,則與這二者相垂直的方向上將產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH：(1)（1）式中K為元件的霍爾靈敏度。如果保持霍爾元件的電流I不變，而使其在一個(gè)均勻梯0度的磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，則輸出的霍爾電勢(shì)差變化量為：(2)dBAU=K-1-AZH0dZAU與AZ成正比，即:HdB（2）式中AZ為位移量，此式說(shuō)明若I-為常數(shù)時(shí)，dZAU二K-AZH為實(shí)現(xiàn)均勻梯度的磁場(chǎng)，可以如圖5所示，兩塊相同的磁鐵（磁鐵截面積及表面磁感應(yīng)強(qiáng)度相同）相對(duì)放置，即N極與N極相

4、對(duì)，兩磁鐵之間留一等間距間隙，霍爾元件平行于磁鐵放在該間隙的中軸上。間隙大小要根據(jù)測(cè)量范圍和測(cè)量靈敏度要求而定，間隙越小，磁場(chǎng)梯度就越大，靈敏度就越高。磁鐵截面要遠(yuǎn)大于霍爾元件，以盡可能的減小邊緣效應(yīng)影響,提高測(cè)量精確度。若磁鐵間隙內(nèi)中心截面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，霍爾元件處于該處時(shí)，輸出的霍爾電勢(shì)差應(yīng)該為零。當(dāng)霍爾元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移時(shí)，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度不再為零，霍爾元件也就產(chǎn)生相應(yīng)的電勢(shì)差輸出，其大小可以用數(shù)字電壓表測(cè)量。由此可以將霍爾電勢(shì)差為零時(shí)元件所處的位置作為位移參考零點(diǎn)?；魻栯妱?shì)差與位移量之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)位移量較?。╒2mm），這一對(duì)應(yīng)關(guān)系具有良好的線性。因此，AZ可以根據(jù)霍耳

5、位置傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，即：圖5實(shí)驗(yàn)裝置中霍爾傳感器部分3、本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)采用霍爾位置傳感器方法測(cè)量鐵的楊氏摸量。a）確定AU=K-AZ的系數(shù)K（雙變量的數(shù)據(jù)處理方法），即:傳感器的定標(biāo)（銅）。H需要測(cè)量幾組位移AZ和霍爾傳感器輸出電壓厶UAZ可用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出。b）測(cè)量鐵的楊氏摸量：實(shí)驗(yàn)器材DHI-I霍爾位置傳感器測(cè)楊氏模量裝置；千分尺等；V實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)試步驟：（1）調(diào)節(jié)平臺(tái)：用水準(zhǔn)器觀察是否在平衡位置，若偏離可用底座螺絲調(diào)節(jié)到水平位置。（2）調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)架：將銅橫梁放在刀口上，調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)架的上下前后位置的調(diào)節(jié)螺絲，使傳感器探測(cè)元件處于磁鐵中間位置。（3）調(diào)節(jié)霍耳位置傳感器的毫伏表：

6、磁鐵盒可上下調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)螺絲使磁鐵上下移動(dòng)，當(dāng)毫伏表讀數(shù)值很小時(shí)，停止調(diào)節(jié)并固定螺絲，最后調(diào)節(jié)零電位器使毫伏表讀數(shù)為零。（4）調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡：使眼睛觀察十字線及分劃板刻度線和數(shù)字清晰。然后移動(dòng)讀數(shù)顯微鏡前后位置，使能清晰看到銅刀上的基線。轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡的鼓輪使刀口架上的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字刻度線重合，記下初始讀數(shù)值。2、霍爾位置傳感器的定標(biāo)（銅）：（1）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，注意不要與金屬外冗接觸；（2）逐次增加砝碼，每次增加lO.OOg，相應(yīng)從讀數(shù)顯微鏡讀出梁中心的位置（mm）及毫伏表的讀數(shù)（mV）,記錄數(shù)據(jù)。3、樣品楊

7、氏模量的測(cè)量（鐵）：（1）更換鐵橫梁樣品，測(cè)量橫梁兩刀口間的距離d（次測(cè)量）；橫梁的寬度b（次測(cè)量）；在橫梁不同的位置測(cè)量其厚度a（6次測(cè)量取平均值）。（2）逐次增加砝碼，每次增加lO.OOg，記錄毫伏表的讀數(shù)（mV）。AU4、用逐差法計(jì)算霍爾傳感器的靈敏度K=-h，并計(jì)算鐵橫梁樣品在不同外力下降/丿,AU“d3-Mg的距離AZ=和楊氏模量Y=了。K4a3-bAZ5、整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)；V數(shù)據(jù)記錄（表格）表1霍爾位置傳感器的定標(biāo)（銅）次數(shù)123456789M/g01020304050607080Z/mm1.0001.105U/mV0137表2樣品的尺寸樣品厚度a/mm寬度b/mm有效長(zhǎng)度d/mm鐵0.

8、894230表3樣品楊氏模量的測(cè)量（鐵）M/g01020304050607080U/mV097V數(shù)據(jù)處理1、霍爾位置傳感器的定標(biāo)（銅）：逐差法：7U-U543-0“,k=51=10.83x102mV/mmz-z1.501-1.0001,U-Uk62.z-z2,U-U1/rc/V73z-z37UUk=84二.z-z47U-Uk=94二z-z4k=k=.=10.54x102mV/mmii=1aAU即：Az=k2、樣品楊氏模量的測(cè)量(鐵)：10g時(shí)的楊氏模量的計(jì)算：AAU97-0ng。Az=io=0.092mm10k10.54x102“d3-Mg(0.23)3x10 x10-3x9.7912._o_“Y=19.83x1010N/m2104a3-b-AZ4x(0.894x10-3)3x23.14x10-3x0.092x10-3其他結(jié)果：M/g01020304