实验一 霍尔位置传感器及弯曲法杨氏模量的测定

1、实验1霍尔位置传感器及弯曲法的弹性杨氏模量的测定实验的目的1 .掌握用米、游标卡尺、螺旋测微器、读取显微镜测量长度的方法2 .熟悉霍尔位置传感器的特性3 .弯曲法测量黄铜(或锻铸铁元素)的弹性杨氏模量，定标霍尔位置传感器仪器和工具1 .图1-1中示出弹性杨氏模量量测仪器的主体装置图1-11 .铜刀口上的基线2 .读取显微镜3 .刀口4 .光束5 .铜杠杆(前端安装型集成霍尔传感器)6.吸铁石外壳7 .吸铁石(极对置配置)8.调节信息帧9的重锤图1-2实验装置的实物摄影图片2、其他用具米尺，游标卡尺，间谍拉尔螺旋测微器，砝码，被测材料(真？ 一根，一根可铸造的铁元素)实验原理1 .霍尔位置传感器

2、当将霍尔器件置于具有磁感应强度的磁场中，并且电流在与磁场垂直的方向上流动时，在与两个磁场垂直的方向上产生空穴电势差：(1-1)在(1-1)式中为元件的霍尔灵敏度。 使霍尔器件的电流保持一定，以均匀梯度的磁场移动时，输出的霍尔电位差的变化量如下所示(1-2)在(1-2)式中是位移量，该式表示如果是常数则成比例。图1-3为了实现均匀梯度的磁场，两个相同的吸铁石(具有相同的吸铁石横截面积和相同的表面磁感应强度)被相对放置，即，两个电极相对，并且两个吸铁石之间具有等间距的间隙，如图1-3所示，霍尔器件平行于吸铁石放置在间隙的中心轴上。 间隙的大小由测量范围和测量灵敏度的要求决定，但间隙越小磁场梯度越大

3、，灵敏度越高。 吸铁石截面远大于霍尔器件，尽量减小边缘效应的影响，提高测量精度。在吸铁石间隙内的中心断面的磁感应强度为零，在霍尔器件在那里时，输出的空穴电位差应该为零。 当霍尔器件偏离中心沿轴位移时，磁感应强度不会为零，因此霍尔器件也会产生对应的电位差输出，其大小可以通过数字电压修正来测量。 因此，可以将霍尔电位差为零时的元件位置作为位移基准零点。霍尔电位差与位移量之间存在一对一的对应关系，位移量小()时，该对应关系具有良好的线性。2 .弹性杨氏模量固体、液体及气体被称为外力作用时，形状或体积变大或变小的变形。 如果外力被不大点，引起的形变也不太大，如果去掉外力，形变就会消失，这种形变称为弹性

4、形变。像固体棒那样，在其两端施加轴向大小相等、方向相反的外力f时，其长度l变化1，用s表示截面积，将f/s称为应力，将相对长度变化(l/l )称为应变，在弹性限度内由于胡克定律y称为弹性杨氏模量，其数值与材料的性质有关。 如图2所示，如果在测量对象样本中出现微小弯曲，则在南朝梁中存在一个中性面，面以上的部分被压缩，面以下的部分延伸。 一般来说，能够用弹性杨氏模量记述在被测定样品中不发生变形的材料的性质，弹性杨氏模量公式其中，d是两刀口间的距离，m是附加的砝码的质量，a是南朝梁的宽度，德尔z是南朝梁的中心因外力而下降的距离，g是重力加速度。实验内容1 .基本内容：测量黄铜样品的弹性杨氏模量和霍尔

5、位置传感器的比例。(1)调节三维调节信息帧的调节螺杆，以使积分器霍尔位置传感器检测元件位于吸铁石的中间位置。(2)在水平位置用水平仪观察有木有，偏移时可用底座螺丝调节。(3)调节霍尔位置传感器的毫伏特仪表。 磁性外壳下面的调节螺丝可以上下移动磁性，当毫伏特仪表的值小时，停止固定螺丝的调节，最后调节调零音量，使毫伏特仪表的读数为零。(4)调节读取显微镜，使眼镜能清晰观察交叉线及分画图板的刻度线和数字。 然后，移动读取显微镜的前后距离，使铜信息帧上的基线清晰可见。 转动读取显微镜的滚筒，将刀口信息帧的基线对准读取显微镜内的十字刻度线，记录初始读取值。(5)依次增加重物(每增加10g )，由此从读取

6、显微镜读取与南朝梁的弯曲位移量和数字电压校正量相应的读取值(单位mv )。 使计算弹性杨氏模量和霍尔位置传感器的定标变得容易。 在进行测量前，应满足上述安装要求，检查杆的水平、切口的垂直、挂锤的切口是否在南朝梁中间，防止风的影响，注意杆要放在吸铁石中间，不要与金属壳接触，均在正常后放锤， 正确测定弯曲南朝梁使其位移的传感器信号输出端的数值与固定字体粗细支架的位置z的关系，即传感器输出量用读取显微镜定标、检查的关系。(6)测量横梁的两切口间的长度d，测量不同位置的横梁宽度b和南朝梁厚度a。(7)用逐次差法根据式(3)进行修正，求出黄铜材料的弹性杨氏模量，求出霍尔位置传感器的灵敏度，并将测量值与公

7、认值进行比较。2 .选型内容：用霍尔位置传感器测量锻铸铁元素的弹性杨氏模量。检查：数据的记录和处理1 .霍尔位置传感器的定标利用读取显微镜的读取值和位置传感器输出电压u，用图解法求出霍尔位置传感器的灵敏度公式表1霍尔位置传感器静特性测量序列号i12345678米高405060708090100110机动战士gundam 00登场机体列表美国甲级联赛2 .测量弹性杨氏模量2.1用逐次差法求砝码质量m时，对应的梁中心因外力下降的距离德尔z。序列号i1234平均值公式2.2订正平均值和不确定度：公式2.3其他量：d=序列号12345678910宽度b (毫米)b=d=序列号12345678910南朝

8、梁厚度a (毫米)2.4根据式(4)的修正运算，求出黄铜材料的弹性杨氏模量和总不确定度公式2.5将测量结果与公认值(数值)进行比较【注意事项】(1)南朝梁的厚度必须正确测量。 真的吗？ 用螺旋测微器测量的厚度a、旋转螺旋测微器、与金属接触时，必须使用微调电容器。 如果听到三次回答，就停止转动。 个别学生实验误差大，千分表使用不当，真？ 是因为测量了他的南朝梁厚度(2)将读取显微镜的对准合十礼对准铜吊坠(有切口)的刻度线时，为真？ 留心以区别是南朝梁的边缘还是刻度线(3)在缩放霍尔位置传感器之前，将霍尔传感器调节为零输出位置，调节电磁铁元素箱下的升降杆的旋钮以达到零输出的目的，此外，将霍尔位置传

9、感器的探头设置在两个吸铁石的正中间的稍下方位置，使计量资料更可靠。(4)在放入砝码时，轻轻放置砝码架，尽量减小砝码架的摆动，使电压值在短时间内达到稳定值，节省实验时间。(5)实验开始前，检查横梁是否弯曲，如有必要进行矫正。【思考题】1 .弯曲法的弹性杨氏模量测定实验、检验误差主要有哪些？ 估计各要素的不确定度2 .利用霍尔传感器法进行位移测量有什么好处？ 弯曲法测定弹性杨氏模量的实验，主要的检验误差是什么？ 请估算一下各种测量的不确定度3 .本实验中最需要保证的实验条件是什么？ 为什么有必要增加有限制的平衡重呢？4 .实验中如何确认支撑南朝梁的两切口平行？【参考资料】1漆安慎杜婺英力学高等教育

10、出版社2方佩明新编传感器原理、应用、电路详解电子工业出版社3游海赵在忠陆申龙霍尔位置传感器测量固体材料的杨氏模量 物理实验，第20卷第8期横镇雄普通物理实验人民教育出版社【附录】弯曲法推导弹性杨氏模量测量公式固体、液体以及气体受到外力作用时，形状和体积有时会变大有时会变小，这些统称为变形。 在外力不太大，由此产生的变形也被不大点的情况下，如果除去外力，则变形消失，将该变形称为弹性变形。 弹性变形有长变、滑变、体变三种。一段固体棒，其两端在轴方向上大小相等，施加方向相反的外力，其长度变化表示截面积，被称为应力，变成相对长的歪斜。 在灵活性的极限上，根据胡克定律如下：(1-3)称为弹性杨氏模量，其数值与材料的性质有关。可以理解，当在南朝梁中发生微小弯曲时，南朝梁中存在中性面，面上部分被压缩，面下部分被拉伸，因此，作为整体，南朝梁发生较长变化，即，可以用弹性杨氏模量来描绘材料的性质。如图1-4所示，可以看出，折断线表示弯曲南朝梁的中性面，不伸长也不压缩，弯曲南朝梁的长度较短。图1-4如果将该曲率半径、对应的张角、中性面上部距离厚的面作为对象，则南朝梁弯曲时其长度为，因此变化量如下又来了所以所以失真是：根据胡克定律