实验一霍尔位置传感器弯曲法杨氏模量测定汇编

1、实验一霍尔地点传感器及曲折法杨氏模量的测定汇编实验一霍尔地点传感器及曲折法杨氏模量的测定汇编11/11实验一霍尔地点传感器及曲折法杨氏模量的测定汇编实验一霍尔地点传感器及曲折法杨氏模量的测定实验目的掌握用米尺、游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜丈量长度的方法熟习霍尔地点传感器的特色；曲折法丈量黄铜（或可锻铸铁）的杨氏模量，并对霍尔地点传感器定标；仪器和器具杨氏模量测定仪主体装置如图1-1所示图1-11.铜刀口上的基线2.读数显微镜3.刀口4.横梁5.铜杠杆（顶端装有95A型集成霍尔传感器）6.磁铁盒7.磁铁（N极相对搁置）8.调理架9砝码图1-2实验装置的实物照片2、其余用器具米尺，游标卡尺，螺

2、旋测微仪，砝码，待测资料（一根黄铜、一根可铸锻铁）实验原理1.霍尔地点传感器霍尔元件置于磁感觉强度为B的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流I，则与这二者相垂直的方向大将产生霍尔电势差UH:UHKIB（1-1）（1-1）式中K为元件的霍尔敏捷度。假如保持霍尔元件的电流I不变，而使其在一个均匀梯度的磁场中挪动时，则输出的霍尔电势差变化量为：UHKIdB（1-2）ZdZ（1-2）式中Z为位移量，此式说明若dBUH与Z成正比。为常数时，dZ图1-3为实现均匀梯度的磁场，能够如图1-3所示，两块同样的磁铁（磁铁截面积及表面磁感应强度同样）相对搁置，即N极与N极相对，两磁铁之间留一等间距空隙，霍尔元件平行于

3、磁铁放在该空隙的中轴上。空隙大小要依据丈量范围和丈量敏捷度要求而定，空隙越小，磁场梯度就越大，敏捷度就越高。磁铁截面要远大于霍尔元件，以尽可能的减小边沿效应影响，提升丈量精准度。若磁铁空隙内中心截面处的磁感觉强度为零，霍尔元件处于该处时，输出的霍尔电势差应当为零。当霍尔元件偏离中心沿Z轴发生位移时，因为磁感觉强度不再为零，霍尔元件也就产生相应的电势差输出，其大小能够用数字电压表丈量。由此能够将霍尔电势差为零时元件所处的地点作为位移参照零点。霍尔电势差与位移量之间存在一一对应关系，当位移量较小（2mm），这一对应关系拥有优秀的线性。2、杨氏模量固体、液体及气体在受外力作用时，形状或体积会发生或大

4、或小的改变，称之为形变。当外力不太大时，惹起的形变也不会太大，若撤掉外力，形变随之会消逝，这类形变称为弹性形变。如一段固体棒，在其两头沿轴方向施加大小相等，方向相反的外力F，其长度l发生改变11,以S表示横截面面积,称F/S为应力,相对长变(!l/l)为应变,在弹性限度内,依据胡克定律有lYSlY称为杨氏模量，其数值与资料性质相关。如图2所示，在待测样品发生微小曲折时，梁中存在一此中性面，面以上的部发散生压缩，面以下的部发散生拉伸。整体来说，待测样品将发生应变，可用杨氏模量来描绘资料的性质，杨氏模量为公式此中：d为两刀口之间的距离，M为所加砝码的质量，a为梁的宽度，戴尔特Z为梁中心因为外力作用

5、而降落的距离，g为重力加快度。实验内容1基本内容：丈量黄铜样品的杨氏模量和霍尔地点传感器的定标。（1）调理三维调理架的调理螺丝，使集成霍尔地点传感器探测元件处于磁铁中间的位置。（2）用水平器察看能否在水平川址，若偏离时能够用底座螺丝调理。3）调理霍尔地点传感器的毫伏表。磁铁盒下的调理螺丝能够使磁铁上下挪动，当毫伏表数值很小时，停止调理固定螺丝，最后调理调零电位器使毫伏表读数为零。4）调理读数显微镜，使眼镜察看十字线及分划板刻度线和数字清楚。此后挪动读数显微镜前后距离，使能够清楚看到铜架上的基线。转动读数显微镜的鼓轮使刀口架的基线与读数显微镜内十字刻度线符合，记下初始读数值。（5）逐次增添砝码（

6、每次增添10g砝码），相应从读数显微镜上读出梁的曲折位移及数字电压表相应的读数值（单位mV）。以便于计算杨氏模量和霍尔地点传感器进行定标。在进行丈量以前，要求符合上述安装要求，而且检查杠杆的水平、刀口的垂直、挂砝码的刀口处于梁中间，要防备外加风的影响，杠杆部署在磁铁的中间，注意不要与金属外壳接触，全部正常后加砝码，使梁曲折产生位移；精准丈量传感器信号输出端的数值与固定砝码架的地点Z的关系，也就是用读数显微镜对传感器输出量进行定标，查验的关系。（6）丈量横梁两刀口间的长度d及丈量不同样地点横梁宽度b和梁厚度a。（7）用逐差法依据公式（3）进行计算，求得黄铜资料的杨氏模量，并求出霍尔地点传感器的敏

7、捷度，并把丈量值与公认值进行比较。2选作内容：用霍尔地点传感器丈量可锻铸铁的杨氏模量。查：数据记录与办理1霍尔地点传感器的定标利用读数显微镜的读数和地点传感器输出电压U，用图解法求出霍尔地点传感器的敏捷度公式表1霍尔地点传感器静态特色丈量序号i12345678M(g)405060708090100110Z(mm)U(mV)丈量杨氏模量2.1用逐差法求出加砝码质量M时，对应的梁中心因为外力作用而降落的距离戴尔特Z。序号i1234均匀值公式2.2计算均匀值及不确立度：公式2.3其余量：d=序号12345678910梁宽b（mm）b=d=序号12345678910梁厚a（mm）2.4利用式（4）计算

8、，求得黄铜资料的杨氏模量及总不确立度公式2.5把丈量结果与公认值（数值）进行比较【注意事项】（1）梁的厚度必然测正确。在用千分尺丈量黄铜厚度a时，将千分尺旋转时，当将要与金属接触时，必然用微调轮。当听到答答答三声时，停止旋转。有个别学生实验偏差较大，其原由是千分尺使用不妥，将黄铜梁厚度测得偏小；2）读数显微镜的准丝瞄准铜挂件（有刀口）的标记刻度线时，注意要差别是黄铜梁的边沿，仍是标记线；3）霍尔地点传感器定标前，应先将霍尔传感器调整到零输出地点，这时可调理电磁铁盒下的起落杆上的旋钮，达到零输出的目的，其余，应使霍尔地点传感器的探头处于两块磁铁的正中间稍偏下的地点，这样丈量数据更靠谱一些；4）加

9、砝码时，应当轻拿轻放，尽量减小砝码架的晃动，这样能够使电压值在较短的时间内达到坚固值，节俭了实验时间；5）实验开始前，必然检查横梁能否有曲折，若有，应改正。【思虑题】曲折法测杨氏模量实验，丈量偏差主要有哪些？预计各要素的不确立度利用霍尔传感器法测位移有什么长处？曲折法测杨氏模量实验，主要丈量偏差有哪些？请预计各丈量的不确立度在本实验中最需要保证的实验条件是什么？为何要有限制的增添砝码？实验中怎样确立支撑横梁的两刀口能否平行？【参照资料】1漆安慎杜婵英力学高等教育第一版社2方佩敏新编传感器原理、应用、电路详解电子工业第一版社3游大海赵在忠陆申龙霍尔地点传感器丈量固体资料的杨氏模量物理实验，第20

10、卷第8期4龚镇雄一般物理实验人民教育第一版社【附录】曲折法丈量杨氏模量公式的推导固体、液体及气体在受外力作用时，形状与体积会发生或大或小的改变，这统称为形变。当外力不太大，因此惹起的形变也不太大时，撤掉外力，形变就会消逝，这类形变称之为弹性形变。弹性形变分为长变、切变和体变三种。一段固体棒，在其两头沿轴方向施加大小相等、方向相反的外力F，其长度l发生改变l，以S表示横截面面积，称F为应力，相对长变l为应变。在弹性限度内，依据胡克Sl定律有：FYl（1-3）Sl称为杨氏模量，其数值与资料性质相关。在横梁发生微小曲折时，梁中存在一此中性面，面上部发散生压缩，面下部发散生拉伸，因此整体说来，能够理解

11、横梁发生长变，即能够用杨氏模量来描绘资料的性质。如图1-4所示，虚线表示曲折梁的中性面，易知其既不拉伸也不压缩，取曲折梁长为dx的一小段：图1-4设其曲率半径为R(x)，所对应的张角为d，再取中性面上部距为y厚为dy的一层面为研究对象，那么，梁曲折后其长变成(R(x)y)d，因此，变化量为：(R(x)y)ddxddxR(x)；又(R(x)y)ddx(R(x)y)dxdxydx因此R(x)R(x)；y因此应变成：R(x)；dFyY依据虎克定律有：dSR(x)；又dSbdy；dF(x)Ybydy因此R(x)；d(x)对中性面的转矩为：(x)积分得：1R(x)对梁上各点，有：因梁的曲折微小：y(x)R(x)因此有：梁均衡时，梁在x处的转矩应与梁右端支撑力(x)因此有：依据（3）、（4）、（5）式能够获得：dFyYby2dyR(x)；2aYby2dyYba32aR(x)12R(x)