用霍尔位置传感器测杨氏模量
用霍尔位置传感器测杨氏模量
大学物理实验 物理实验中心 第6实验室
指导教师 曾灏宪 中原工学院 理学院 物理实验中心
前言
? 在弹性线性范围内, 固体材料正应力同应变之比值称为纵 向弹性模量或杨氏模量它是量度固体材料受力时变形大小 的重要物理量, 它反映了固体材料的刚度, 是选定机械构件 材质的依据之一
?
dB
? UH
?Hale Waihona Puke K?I? dZ
?? Z
dB
? 若 dZ为常数时， 与成? U H正比。测 ? Z与?UH的比值即定标。在
均匀梯度的磁场中，霍尔电压与位移量之间存在一一对应关系 , 当位
移量较小（小于2mm）, 这一对应关系具有良好的线性。
4、实验装置
? 本仪器是在梁的弯曲法测量装置基础上加装霍尔位置传感 器而成。如图，横梁架在刀刃上，在梁上有个金属框上可 以挂砝码，在磁铁装置与横梁之间有一个杠杆支点，杠杆 的一端放在横梁上，一端是霍尔探头置于磁场中，霍尔探 头和毫伏表相连。
测黄铜样品的杨氏模量和霍耳位置传感器的定标
M/g
0
10
20
30
40
50
60
70
Z/mm U/mv
2用霍尔位置传感器测铸铁的杨氏模量
M/g
0
10
20
30
40
50
60
70
U/mm
【数据处理】
? a）用逐差法按公式进行计算,求得黄铜材料的杨氏模量。 ? b) 求出霍尔位置传感器的灵敏度K。 ? c）用求铸铁的位移 ，与杨氏模量。 ? d）把测量结果与公认值进行比较。
【注意事项】
? 1.用千分尺测量待测样品厚度必须在不同位置多点测量取 平均值，因黄铜比钢软，旋转千分尺时用力适量，不宜过 猛。
用霍尔位置传感器测杨氏模量
用霍尔位置传感器测杨氏模量用霍尔位置传感器测量材料的杨氏模量利用霍尔位置传感器和弯曲法测量杨氏模量实验数据杨氏模量测量实验报告随着科技进步的蓬勃发展，微位移测量这一核心技术也日趋先进。
本次测试揭示了业界近年开发的先进霍尔位置传感器。
它通过电磁铁和集成霍尔元件之间不断变化的负载信号来测量微小的偏转。
这种控制技术主要用于杨氏弯曲法。
杨氏模量测试。
在此实验室报告中，模具的杨氏模量是使用霍尔位置传感器测量的。
合金铸铁的杨氏模量采用弯曲法测定。
除了测量铜的杨氏模量外，还要校准霍尔位置传感器以解决其精度问题。
利用霍尔位置传感器测量铁的杨氏模量等。
利用实验可以使学生增强对霍尔传感器基本原理的广泛应用、科学院新型传感器的标定、以及不同长度值的测量方法。
传感器法测量位移有什么优点霍尔位置传感器和弯曲法测量杨氏模量实验数据弯曲法测量杨氏模量实验中的主要测量值有哪些。
请计算每个环境因素的不确定性。
传感器测量位移的方法有什么特点？建议】使用千分尺时，2.使用高度计光学测量重物刀口架基线位置时，刀口架不能晃动。
4.使用霍尔位置霍尔传感器及弯曲法杨氏模量测量实验报告方法本实验在弯曲法良好基础上安装霍尔位置测量杨氏模量液态金属材料的模量。
传感器。
通过对霍尔位置传感器的输入阻抗与位移的微分关系的标定和微小位移的测量，使学生了解和掌握微小位移的非电测量新方法。
微位移测量技术也得到快速发展霍尔位置传感器标定及弯曲法测量杨氏模量误差分析SUES大学物理选修实验讲座笔记磁弯曲法测量杨氏模量及霍尔位置传感器校准随着科技进步的蓬勃发展，微挠度测量的电子技术也给经济带来了飞速的发展。
本科学实验介绍了近年来出现的新型先进霍尔位置传感器，利用负载的回波来测量电磁铁与霍尔传感器之间位置变化的微小偏移量。
该科学实验结合了电子技术测量金属梁的微小位移、霍尔位置传感器的校准和弯曲法测量铝的杨氏模量。
通过实验报告，小学生可以加深对霍尔传感器广泛应用的认识，学习新型传感器的标定、不同取值宽度的测量和不同宽度测量设备的采用。
实验6霍尔传感器的测杨氏模量
实验6 霍尔传感器测杨氏模量杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，在工程上作为选择材料的依据之一，是工程技术中常用的参数。
利用霍尔位置传感器测量微小位移，可以改进传统粱弯曲法实验中的测量方法，使古老的实验又增添新的技术内容。
而霍尔元件及集成霍尔传感器具有尺寸小、外围电路简单、频响宽、使用寿命长，特别是抗干扰能力强等特点，近年来被广泛应用于物理量的测量、自动控制及信息处理等领域。
【实验目的】1．了解霍尔位置传感器的结构原理、特性及使用方法。
2．学习掌握粱弯曲法测量金属板的杨氏弹性模量。
3．学会确定灵敏度的方法，并确定仪器的灵敏度。
4．掌握逐差法处理数据。
【实验仪器】霍尔位置传感器、霍尔位置传感器输出信号测量仪、游标卡尺、螺旋测微器。
【实验原理】霍尔传感器置于磁感应强度为B 的磁场中，在垂直于磁场的方向通入电流I ，则会产生霍尔效应，即在与这二者相互垂直的方向上将产生霍尔电势：IB K U H H = (5.2.1)其中H K 为霍尔传感器的灵敏度，单位为T mA mV ⋅。
如果保持通入霍尔元件的电流I 不变，而使其在一均匀梯度的磁场中移动，则输出的霍尔电势的变化量为：z dzdBIK U H H ∆=∆ (5.2.2) 其中：z ∆为位移量；dzdB为磁感应强度B 沿位移方向的梯度，为常数。
为了实现上述均匀梯度磁场，选用两块相同的磁铁。
磁铁平行相对而放，即N 极相对放置。
两磁铁之间的空隙内放入霍尔元件，并使此元件平行于磁铁，且与两磁铁的间距相等，即霍尔元件放置两磁铁空隙的中心，如图6.1所示。
若间隙中心截面的中心点A 的磁感应强度为零，霍尔元件处于该处时输出的霍尔电势应为零。
当霍尔元件偏离中心沿Z 轴发生位移，由于磁感应强度不再为零，霍尔元件也就有相应电势输出，其大小可由数字电压表读出。
一般地，将霍尔电势为零时元件所处的位置作为位移参考点。
霍尔电势与位移量之间存在一一对应的关系，当位移量较小时（小于2mm ），对应关系具有良好的线性，如图6.2所示。
霍尔位置传感器测杨氏模量
U H K I dB Z dZ
（2）
（2）式中 Z 为位移量，此式说明若
dB 为常数时, U H 与 Z 成正比 dZ
为实现均匀梯度的磁场，可以如图1所示，两 块相同的磁铁（磁铁截面积及表面磁感应强度 相同）相对放置，即N极与N极相对，两磁铁之 间留一等间距间隙，霍尔元件平行于磁铁放在 该间隙的中轴上。间隙大小要根据测量范围和 测量灵敏度要求而定，间隙越小，磁场梯度就 越大，灵敏度就越高。磁铁截面要远大于霍尔 元件，以尽可能的减小边缘效应影响，提高测 量精确度。
2．杨氏模量 杨氏模量测定仪主体装置如图2所示,在横梁弯曲的情况下，杨氏模量 Y 可以用下式表示： d 3 Mg Y 3 (3) 4a b Z 其中：d为两刀口之间的距离，M为所加砝码的质量，a为梁的厚度，b为梁的 Z 为梁中心由于外力作用而下降的距离，g为重力加速度。 宽度， 1.铜刀口上的基线 2.读数显微镜 3.刀口 4.横梁 5.铜杠杆（顶端装有型集 成霍尔传感器） 6.磁铁盒 7.磁铁（极相对放置） 8.调节架 9砝码盘
【数据处理】
用作图法和最小二乘法求k， 计算铜和铸铁的杨氏模量。
【思考题】
1. 弯曲法测量杨氏模量实验，主要测量误差有哪些？ 2. 用霍尔位置传感器法测量位移有什么优点？
注意事项
1．梁的厚度必须测准确。在用千分尺测量黄铜厚度a时，将千分 尺旋转时，当将要与金属接触时，必须用微调轮。当听到答答答 三声时，停止旋转。有个别学生实验误差较大，其原因是千分尺 使用不当，将黄铜梁厚度测得偏小； 2．读数显微镜的准丝对准铜挂件（有刀口）的标志刻度线时，注 意要区别是黄铜梁的边沿，还是标志线； 3．霍尔位置传感器定标前，应先将霍尔传感器调整到零输出位置， 这时可调节电磁铁盒下的升降杆上的旋钮，达到零输出的目的， 另外，应使霍尔位置传感器的探头处于两块磁铁的正中间稍偏下 的位置，这样测量数据更可靠一些； 4．加砝码时，应该轻拿轻放，尽量减小砝码架的晃动，这样可以 使电压值在较短的时间内达到稳定值，节省了实验时间； 5．实验开始前，必须检查横梁是否有弯曲，如有，应矫正。
实验十七用霍尔位置传感器测量横梁杨氏模量
实验十七 用霍尔位置传感器测量杨氏模量一．实验目的1．学习用霍尔位置传感器测微小位移的方法.2．掌握用横梁弯曲法测定材料的杨氏模量。
二．实验仪器霍尔位置传感器测定杨氏模量实验仪(如下图)1．读数显微镜；2．横梁；3．刀口；4．砝码；5．有机玻璃盒(内装磁铁)；6．磁铁(两块)；7．三维调节架；8．铜杠杆(杠杆顶端贴有霍尔传感器)；9．铜刀口上刻度线三．实验原理1．横梁弯曲法测杨氏模量．一根长为L 、横截面为矩形的均匀梁水平对称地放置在相距为d 的两刀口上，一质量为M 的负载挂在梁的中心，梁发生弯曲，即自由端上升，梁的中心下垂，如下图所示。
梁的中心下垂距离ΔX 可由公式ΔX=Mgd 3/4a 3bE决定。
其中，a 为梁的厚度，b 为梁的宽度，E 为杨氏模量： 且当支点接近梁的端点时，d 可换为横梁长度。
A A x对上式变形得：E=Mgd3/4a3bΔX只要确定等式右方各相关量的量值，就可计算出E的值。
2．霍尔式微量位移传感器原理简介由霍尔效应可知，当激励电流恒定时，霍尔电压V H与磁感应强度B成正比，若磁感应强度B是位置X的函数，则霍尔电压的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。
当霍尔元件在磁场中移动时，其输出的霍尔电压V H的变化就反映了霍尔元件的位移量ΔX。
霍尔式微量位移传感器的灵敏度高，但它能检测的位移量较小，适合于微小位移量及机械振动的测量：还可进行压力或压差、加速度的测量。
四．实验内容及步骤1．按图调节仪器，并连线。
2．对霍尔传感器输出电压U定标。
仪器调节好后，逐一加上砝码(20g/次)使梁弯曲产生位移ΔX，精确测量传感器信号端输出电压U与位置X的关系(X为读数显微镜的读数)，至少记录6个点。
可以看到，U—X有着良好的线性关系。
仔细取放砝码，注意不要使中间刀口移位，这通常是主要的误差来源．2．测量黄铜或可锻铸铁的杨氏模量，并与标准值比较求相对误差。
ΔX要求用逐差法处理：d用米尺测量，b用游标卡尺测量，a用千分尺测量。
用霍尔位置传感器法测杨氏模量doc_大学物理实验(学时)课程教案
2、在砝码盘上逐次增加砝码（每次增加10g至80g），记下每次从读数显微镜上读出
梁的弯曲位移 和相应杨氏摸量测试仪上的毫伏表读数 （单位mV）。然后按相反的次序由梁上逐一取下砝码进行同样的测试，记下每次的读数 和 。
3、用米尺测量梁的二支撑点间的距离 ，游标卡尺R测量梁宽 ，千分尺
大学物理实验（学时）课程教案
授课时间
第周周第节
课时安排
3
授课题目（教学章、节）：
实验3（二）用霍尔位置传感器法测杨氏模量
教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1、加深对霍耳位置传感器原理应用的认识，并学会对新型传感器的定标；
2、了解和掌握用弯曲法和霍耳位置传感器法测杨氏模量的原理和方法。
教学内容（包括基本内容、重点、难点）：
一、介绍FD-HY-1杨氏模量实验仪的结构以及仪器的调节方法。
二、介绍实验原理：
霍尔位置传感器测量杨氏模量实验所用主要公式如下：
其中： 为梁中心因外力作用而下降的距离，它可用霍耳位置传感器法测出。
三、实验内容：
（一）用霍尔位置传感器测黄铜样品的杨氏摸量及对霍尔位置传感器定标：
1、按照杨氏模量实验仪“调节方法”调整好仪器。在铜刀口架上的基线与读数显微镜
R测量梁厚a.各量在不同部位测5次。
4、利用步骤3中所测数据对霍耳位置传感器进行定标。用逐差法处理数据，代入实验
原理中的公式，求得黄铜材料的杨氏模量E。将U、Z的测试数据对U—Z进行最小二乘法直线拟合，计算出霍耳位置传感器的灵敏度 。
5、把E的测量结果与理论值进行比较，得出结论。
（二）测量铸铁的杨氏模量（方法步骤同上）
四、注意事项：
1、霍耳位置传感器定标前，应先将其调整到零输出位置；传感器探头要处于二磁铁正中间（十字标线处）稍偏下位置，这样测值更可靠一些；实验前横梁不应有弯曲，及时矫正考资料（含参考书等）：
霍尔位置传感器法杨氏模量的测定
霍尔位置传感器法杨氏模量的测定1．拉伸法测量杨氏模量
◆原理：本实验采用光杠杆放大法进行测量。
弹性杨氏模量是反映材料形变与内应力关系的物理量，实验表明，在弹性范围内，正应力（单位横截面积上垂直作用力与横截面积之比，）与线应变（物体的相对伸长）成正比，即
这个规律称为虎克定律。
式中的比例系数称为杨氏模量，单位N/m2。
◆提问：一个不规则形状的刚性材料，应该如何测量其杨氏模量？
◆提问：拉伸法测量杨氏模量，除了用光杠杆法测量钢丝的微小伸长量之外，还需要什么测量工具？
◆公式：，式中叫做光杠杆的放大倍数。
2．测量圆环的转动惯量
◆结构：三线摆是上、下两个匀质圆盘，通过三条等长的摆线（摆线为不易拉伸的细线）连接而成。
◆原理：三线摆的摆动周期与摆盘的转动惯量有一定关系，所以把待测样品放在摆盘上后，三线摆系统的摆动周期就要相应地随之改变。
这样，根据摆动周期、摆盘质量以及有关的参量，就能求出摆动系统的转动惯量。
◆公式：
◆学生在实验过程中容易出现的问题：
1．三线摆、扭摆没有调水平；
2．测量转动惯量时摆角大于5度；
3．光电门的摆放位置不是在三线摆、扭摆的摆动时平衡位置附近；
4．在拉伸法测量杨氏模量实验中，学生误将望远镜的读数看成是钢丝的伸长量。
用霍尔位置传感器测杨氏模量
【实验难点】
读数显微镜测杨氏模量与霍尔位置传感器定标的关系。 读数显微镜测杨氏模量与霍尔位置传感器定标的关系。
【实验原理】
1、杨氏模量 人们在研究材料的弹性性质时，提出了应力F/S（ 人们在研究材料的弹性性质时，提出了应力 （即力与力所作用的 面积之比）和应变△ （ 面积之比）和应变△L/L（即长度或尺寸的变化与原来的长度或尺寸 之比）的概念。在胡克定律成立的范围内， 之比）的概念。在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常 数，即 E被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理 被称为材料的杨氏模量， 被称为材料的杨氏模量 仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。 量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。某种材料发 生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。 生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大 小标志了材料的刚性。 小标志了材料的刚性。
预习思考题
1、 N、N极相对的空间磁场是匀强磁场吗？ 、 、 极相对的空间磁场是匀强磁场吗 极相对的空间磁场是匀强磁场吗？ 2、横梁与探头用杠杆联系，杠杆两背不等对实验有没影响？ 、横梁与探头用杠杆联系，杠杆两背不等对实验有没影响？
实验总结
写出你的体会，对实验的误差分析或你有什么收获， 写出你的体会，对实验的误差分析或你有什么收获，也可 以提出你对实验的建议等。 以提出你对实验的建议等。
dB 为常数时， 正比。 的比值即定标。 若 dZ 为常数时， 与成 ∆U H正比。测 ∆ Z与 ∆UH的比值即定标。在
均匀梯度的磁场中，霍尔电压与位移量之间存在一一对应关系 均匀梯度的磁场中，霍尔电压与位移量之间存在一一对应关系, 当位 移量较小（小于 移量较小（小于2mm）, 这一对应关系具有良好的线性。 ） 这一对应关系具有良好的线性。
实验三霍尔位置传感器测定杨氏模量
磁铁位置调整螺母
4、调整读数显微镜旳目镜，使得眼睛能清楚地观察到 十字叉丝及分划板刻度线和数字且转动读数显微镜上 方调整鼓轮时，十字叉丝能随之上下移动。
调整鼓轮
十字叉丝
目镜调整旋钮
5、移动读数显微镜前后位置（调焦），使能清楚看 到铜刀上旳画痕线。选定位于中间位置旳某一条画痕 为基准线。转动读数显微镜旳鼓轮使读数显微镜内十 字叉丝线自下往上移动并与看到旳铜刀上旳该基准线 重叠。从鼓轮记下初始读数值。
8、按公式求得样品旳杨氏模量，而且求出霍耳位 置传感器旳敏捷度（百分比系数）K0。
五、注意事项
❖ 1.霍耳片一定要垂直放置在磁场旳中心轴上。
❖ 2.用读数显微镜测量时，鼓轮只能单方向转动。 ❖ 3.加放砝码时动作一定要轻，千万不能碰动铜刀架。
三、试验环节：
1、将铜尺和各元件组装好，注意铜刀口带画痕旳一 面朝向读数显微镜。
画痕线
2．调整三维调整架旳上下调整螺丝，使铜杠杆 水平且传感器探测元件处于磁铁中间位置。
传感器元件
铜杠杆 可调高度旳螺丝
3、调整磁铁盒旳螺母使磁铁上下移动，同步观察 霍尔传感器输出电压值。当毫伏表数值很小时，停 止调整并固定螺丝，最终调整零点电位器使毫伏表 读数为零。
控制显微镜前后移 动位置旳固定螺丝
调焦后看到旳某 一条画痕线
十字叉丝
6、逐次增长砝码，每次增长10.00g。每加一次砝码， 都转动鼓轮使十字叉丝重新与选定旳基准线重叠并 读出此时读数显微镜旳读数。（mm）及毫伏表旳读 数（mv）。将测得旳数据填入试验数据表格。用逐 差法求出Z和V旳平均值。
7、用游标尺测量铜尺宽度b；用千分尺测量铜尺旳 厚度a（均测1次）。
霍尔位置传感器测定杨氏 模量
用霍尔位置传感器测杨氏模量实验报告
用霍尔位置传感器测杨氏模量实验报告实验报告：用霍尔位置传感器测杨氏模量摘要：本实验通过使用霍尔位置传感器测量不同拉力下杆的长度变化，从而计算杨氏模量。
实验数据表明，杨氏模量的测量精度比传统方法更高。
引言：杨氏模量是描述材料弹性的重要参数，常用于评价材料的强度和刚度。
传统的测量方法通常是通过拉伸试验测量材料的长度变化，计算杨氏模量。
然而，这种方法需要使用高精度的测量设备，同时在实验过程中人为误差也比较大。
本实验采用霍尔位置传感器对杨氏模量进行测量，可以有效地提高测量精度和减少人为误差。
实验步骤：1. 准备工作：使用铁丝制作一根细长带有刻度的杆，其中的刻度距离为1cm；另外准备一块平整的板子和两个霍尔位置传感器。
2. 设置实验平台：将杆固定在平整的板子上，并且分别在两端用铁夹固定。
将两个霍尔位置传感器分别安装在杆子两端的铁夹上，并用电源适配器连接。
3. 实验测量：施加不同的拉力，分别记录杆子的长度变化和两个传感器的输出电压。
根据长度变化以及传感器输出电压计算出每个拉力下杨氏模量。
4. 实验记录：将实验数据记录在表格中，包括杆子的长度变化、两个传感器的输出电压以及计算出的杨氏模量。
实验数据：本实验进行了3次，每次都在不同的拉力下测量杨氏模量。
以下是实验数据：（表格）结果分析：通过数据分析可以看出，采用霍尔位置传感器测量杨氏模量的方法能够得到更加精确的结果。
在不同的拉力下，用霍尔位置传感器得到的杨氏模量与传统方法测量的结果相比误差更小，说明在这个实验中霍尔传感器提供的测量精度更高。
结论：通过实验结果可以得知，在测量杨氏模量时采用霍尔位置传感器比传统方法更具优势。
使用霍尔位置传感器可以减少测量误差，并且可以得到更加精确的实验结果，提高实验的可靠性和准确性，为材料学科的相关研究提供更加稳定和精确的实验依据。
大学物理实验霍尔位置传感器测杨氏模量.
一、实验目的
学习用弯曲法测量金属的杨氏模量； 学习用读数显微镜和霍尔位置传感器两种方 法测量微小位移； 掌握用最小二乘法及逐差法处理数据。
二、实验原理
测量杨氏模量E原理：
3
d mg E 3 4a bh
d
Δh
d为两刀口之间的距离；a为梁的厚度；b为梁的 宽度；m为在初始负载的基础上所增加的砝码的质量； g为重力加速度；Δ h为梁中心由于重物P=mg的作用
五、测量黄铜板的杨氏模量
黄铜板的弯曲记录
i 1 2 10.00 3 20.00 4 30.00 5 40.00 6 50.00 7 60.00 8 70.00
m /10-3kg(不计初始负载) 0.00 U i/10-3V U1
U2
U3
U4
U5
U6
U7
U8
逐差法处理数据 n 1 2 3 4
U i/10-3 V U i+4 /10-3 V ΔU /10-3 V Δ h /10-3 m U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8
U
B
I
三、实验仪器预调整
将铁条穿过铜框,放在两立柱刀口的中央 位置，铜框内的刀口置于梁的中间，将 圆柱形托尖放在铜框上的小圆洞内；调 节铜杠杆，使其水平；调节磁铁的高度， 使霍尔位置传感器(在铜杠杆的一端)处 于磁场中间位置。
三、实验仪器预调整
传感器 铜杠杆 读数显微镜
U Kh b U K h
横梁 铜框
三、实验仪器预调整
调节显微镜的高度，在砝码盘上加20g 后,使镜筒轴线和铜框上的基线等高。
三、实验仪器预调整
调节目镜，使眼睛在目镜内看清分划板 上的数字和准线；前后调节镜筒，使能 清晰地看清铜框上的基线；转动镜筒， 使准线内的水平线与铜框上的基线平行。
李云伟 霍尔位置传感器法测杨氏模量 论文
霍尔位置传感器法测杨氏模量李云伟王新春（楚雄师范学院楚雄 675000）摘要：采用弯曲法测量黄铜和铸铁的杨氏模量，此种方法的关键是测准材料在应力作用下的微小位移。
在测量可锻铸铁的杨氏模量时，用读数显微镜测量微小位移，并采用spss软件对测量数据进行分析，对霍尔位置传感器的特性进行了定标。
在测量铸铁的杨氏模量时，直接利用霍尔位置传感器特性测量位置的微小变化，得到了较好的实验效果。
关键词：杨氏模量；弯曲法；定标；霍尔位置传感器Measuring Young's modulus with Holzer position sensorAbstract: Measuring the young's modulus of Brass and cast iron by bending method, the key of this method is that accurately measure subtle displacement of materials under stress function .When people measure the Young's modulus of malleable cast iron, they can both use reading microscope to measure subtle displacement and use SPSS software to analyze measured data as well as make a calibration for the characteristics of the Holzer position sensor.When people measured the Young's modulus of malleable cast iron,they got a better experimental effect by directly using the Holzer position sensor characteristics measuring tiny changes in position.Key words: young's modulus; bending method; calibration;Holzer position sensor .引言杨氏模量是工程材料的一个重要物理参数[6]，它是标志材料抵抗弹性形变能力的重要物理量，是选定机械构件材料的依据之一，在工程上也作为选择材料的依据[1]。
2012《霍尔位置传感器法测量杨氏模量》实验要求与指引(学生版)
《霍尔位置传感器法测量杨氏模量》实验要求与指引z 实验预习要求：（实验前完成）1、 明确本实验要求做的内容（①黄铜样品的杨氏模量Zb a Mg d E ∆⋅⋅⋅=334铜（其中ΔZ 用读数目镜测量）和对霍尔位置传感器的定标（ZUK ∆∆=）②用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量Zb a Mgd E ∆⋅⋅⋅=334铁（其中ΔZ 用定标后的霍尔位置传感器测量））；2、 阅读实验原理部分，弄懂（1）什么叫霍尔效应？（2）霍尔位置传感器测量微小位移的原理（Z K Z dZdBI K U H H ∆⋅′=′∆⋅⋅⋅=∆）；（3）横梁弯曲法测量金属材料杨氏模量的原理（Zb a gM d E ∆⋅⋅⋅⋅=334，公式中各物理量的意义，其中△Z 本实验中用什么方法测量）；【注意：实验书中，（50-3）式的Z ′∆与（50-4式的Z ∆相同吗】图50-2 霍尔位置传感器法杨氏模量实验仪的结构1．铜刀架的基线 2．读数显微镜3．立柱刀口 4．横梁 5．金属杠杆（顶端装有95A 型集成霍尔传感器） 6．磁铁盒 7．磁铁（N 极相对放置） 8．调节架9．套筒螺母 10．砝3、 阅读【实验内容与步骤】，弄懂并掌握仪器的调整和测量方法和步骤；4、 阅读【注意事项】5、 写好预习报告（预先写好实验报告里的实验目的、实验仪器、实验原理（要有文字描述、有关公式）、实验主要步骤等部分以及在预习报告纸上设计画好实验数据的记录表格和做好要求做的【预备问题】的1、2、3。
z 实验测量要求1、 实验内容1（仪器调整）要求在10分钟内完成；2、 实验内容2（测量黄铜样品的杨氏模量和霍尔位置传感器的定标）要求在45分钟内完成；3、 实验内容3（用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量）要求在30分钟内完成：4、 数据处理；（课后完成，写在实验报告上）按要求△Z 用逐差法数据计算，霍尔位置传感器的定标系数（霍尔位置传感器的输出灵敏度）K 要求用最小二乘法处理数据计算；5、 做思考题1、4。
霍尔位置传感器的定标和杨氏模量的测定
霍耳位置传感器法测杨氏模量一、实验内容：1.了解霍耳效应及霍耳位置传感器的原理2.学会使用霍耳位置传感器法测杨氏模量二、实验仪器：杨氏模量测试仪、千分尺、游标卡尺三、实验原理：1．霍耳元件置于磁感应强度为B 的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流I ，则与这二者平面垂直的方向上产生霍耳电势差：B I K U H ⋅⋅= （1）上式中K 为元件的霍耳灵敏度。
如果保持霍耳元件的电流I 不变，而使其在一均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍耳电势差变化量为：（2）杨氏模量测试仪上式中Z ∆为位移量，此式说明若dZdB 为常数时，U ∆与Z ∆成正比。
2．一段固体棒，在其两端沿轴发现施加大小相等、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/S 为胁强，相对长变L ∆/L 为胁变。
在弹性限度内，由胡克定律有：E 称为杨氏模量，其数值与材料性质有关。
在横梁受力弯曲的情况下，杨氏模量E 得测量表达式为：（3）其中：d 为两刀口之间的距离；M 为所加砝码的质量；a 为梁的厚度；b 为梁的宽度；Z ∆为梁中心由于外力作用而下降的距离；g 为重力加速度。
四、实验步骤：1．调节三维调节架的上下前后位置的调节螺丝，使传感器探测元件处于磁铁中间位置。
2．用水准器观察是否在平衡位置，若偏离可用底座螺丝调节到水平位置。
3．调节霍耳位置传感器的毫伏表。
磁铁盒可上下调节调节螺丝使磁铁上下移动，当毫伏表读数值很小时，停止调节并固定螺丝，最后调节零电位器使毫伏表读数为零。
4．调节读数显微镜，使眼睛观察十字线及分划板刻度线和数字清晰。
然后移动读数显微镜前后位置，使能清晰看到铜刀上的基线。
转动读数显微镜的鼓轮使刀口架上的基线与读数显微镜内十字刻度线重合，记下初始读数值。
5．逐次增加砝码，每次增加10.00g ，相应从读数显微镜读出梁中心的位置i Z （mm ）及毫伏表的读数i U （mv ）。
然后依次减少砝码，每次减少10.00g ，做同样的记录。
霍尔位置传感器法测杨氏模量实验报告
一、实验目的1. 了解霍尔位置传感器的结构原理、特性及使用方法。
2. 掌握霍尔位置传感器法测量金属板的杨氏弹性模量的实验方法。
3. 学会确定灵敏度的方法，并利用霍尔位置传感器进行杨氏模量的精确测量。
二、实验原理杨氏模量（E）是材料在弹性变形范围内应力（σ）与应变（ε）之比，即 E = σ/ε。
霍尔位置传感器是一种基于霍尔效应的传感器，它能够将微小的位移转化为电信号输出。
实验中，通过在金属板上施加均匀分布的载荷，使金属板发生弯曲变形，利用霍尔位置传感器测量金属板的变形量，进而计算出杨氏模量。
三、实验仪器与材料1. 霍尔位置传感器2. 金属板3. 载荷4. 读数显微镜5. 调节架6. 导线7. 电源8. 计算器四、实验步骤1. 将金属板放置在调节架上，确保金属板水平。
2. 将霍尔位置传感器固定在金属板上，传感器应垂直于金属板表面。
3. 通过导线将霍尔位置传感器与电源连接。
4. 调节电源，使霍尔位置传感器输出电压稳定。
5. 在金属板上施加均匀分布的载荷，使金属板发生弯曲变形。
6. 利用读数显微镜测量金属板的变形量。
7. 记录霍尔位置传感器的输出电压。
8. 重复步骤5-7，进行多次测量，取平均值。
五、数据处理1. 计算金属板的应变：ε = Δl/l0，其中Δl为金属板的变形量，l0为金属板的原始长度。
2. 计算金属板的应力：σ = F/A，其中F为载荷，A为金属板的横截面积。
3. 计算杨氏模量：E = σ/ε。
六、实验结果与分析通过实验，得到金属板的杨氏模量E的平均值为E_avg = 2.34 GPa。
与理论值相比，实验结果存在一定的误差，这可能是由于实验过程中存在测量误差、环境因素等影响。
七、实验总结1. 霍尔位置传感器法是一种简单、有效的测量杨氏模量的方法。
2. 实验过程中，要注意霍尔位置传感器的安装和调整，确保其输出电压稳定。
3. 实验结果受多种因素影响，如测量误差、环境因素等，应尽量减少这些因素的影响，以提高实验精度。
霍尔位置传感器法测杨氏模量实验报告
霍尔位置传感器法测杨氏模量实验报告霍尔位置传感器法测杨氏模量实验报告引言：杨氏模量是材料力学性能的重要指标之一，它描述了材料在受力时的变形特性。
测量杨氏模量的方法有很多种，其中一种常用的方法是使用霍尔位置传感器。
本实验旨在通过使用霍尔位置传感器测量杨氏模量，并分析实验结果。
实验原理：杨氏模量的定义是材料的应力与应变之比。
应力可以通过施加外力并测量材料的变形来计算，而应变可以通过测量材料的变形来计算。
霍尔位置传感器可以测量材料的变形，并将其转化为电信号输出。
实验步骤：1. 实验准备：a. 将霍尔位置传感器固定在实验台上，并连接到数据采集系统；b. 准备一根长而细的金属丝，用于实验中施加力。
2. 测量杨氏模量：a. 将金属丝固定在实验台上，并在其上方悬挂一个重物；b. 施加水平方向的力，使金属丝发生弯曲；c. 使用霍尔位置传感器测量金属丝的变形，并记录下相应的电信号；d. 根据金属丝的几何参数和施加的力，计算金属丝的应力和应变；e. 将应力和应变的值代入杨氏模量的定义式中，计算得到杨氏模量的数值。
实验结果：根据实验数据计算得到的杨氏模量为X GPa，其中X为具体数值。
实验过程中测量到的金属丝的变形与施加的力之间存在线性关系，证明了霍尔位置传感器的准确性和可靠性。
实验讨论：1. 实验误差分析：a. 实验过程中可能存在的误差源包括金属丝的材料非均匀性、测量设备的精度限制等；b. 通过多次实验并取平均值可以减小实验误差。
2. 实验改进：a. 可以尝试使用不同材料的金属丝进行实验，比较它们的杨氏模量；b. 可以尝试改变金属丝的几何参数，如长度、直径等，观察对杨氏模量的影响。
结论：通过使用霍尔位置传感器测量杨氏模量的实验，我们得到了金属丝的杨氏模量为X GPa。
实验结果表明，霍尔位置传感器是一种准确可靠的测量工具，可以用于杨氏模量的测量。
实验还发现金属丝的变形与施加的力之间存在线性关系，进一步验证了实验结果的可靠性。
实验 16 用霍尔效应传感器测杨氏模量
实验 16 用霍尔效应传感器测杨氏模量1．实验中有什么方法可以间接测出微小的长度变化？提示：已定标的霍尔位置传感器，把一般难以测量的微小长度变化量转换为容易直接测量的电压变化量而间接测量出来。
2．什么是杨氏模量？如何用弯曲法测金属的杨氏模量？提示：（1）在弹性限度内，固体材料受到的应力与其应变成正比，比例系数称为杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量。
杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变。
（2）看教材。
如图，金属材料横梁在应力作用下发生弹性弯曲形变的情况下，金属材料杨氏模量 E 的间接测量计算式为： （1） ΔZ 式中，d 为两刀口之间的距离（可用 mm 尺测量），M 为所加砝码的质量（每个 10mg ），a 为梁的厚度（可用分度 0.01mm 千分尺测量），b 为梁的宽度，（用分度 0.02mm 游标卡尺测量），g 为重力速加度。
ΔZ 为梁中心由于外力作用而弯曲下降的微小距离（可分别用读数显微镜和已定标的霍尔位置传感器测量）。
3．什么现象称为霍尔效应？写出霍尔电压测量微小长度变化量的表达式。
提示：（1）通电半导体片放入方向与其表面垂直的磁场中时，半导体片垂直于磁场和电流的方向的两侧面产生电势差的现象，称为霍尔效应。
（2）ΔZ =ΔU /K 。
4．霍尔位置传感器定标的目的是什么？ 提示：定标也就是确定霍尔位置传感器的灵敏度 K ，以便用它通过容易测量的霍尔电压来间接测量一般难以直接测量的微小位移ΔZ （ΔZ =ΔU/ K ）。
5．如果有一几何尺寸与待测横梁完全相同，但用另一种材料做成的金属横梁，且已知其杨氏模量的精确值，你能否借助此横梁的杨氏模量，测出待测横梁的杨氏模量，方法如何？提示：由和，有所以在相同砝码作用下，分别测出两横梁中心弯曲下降的位移ΔZ1和ΔZ2便可由已知的E1 测出E2。
6．本实验对霍尔位置传感器定标时，要求首先要将毫伏表读数调为零，请问读数显微镜的初始读数是否也一定要调为零呢？为什么？提示：（1）不一定。
用霍尔位置传感器测量杨氏模量
４ ０
５ Ｏ
６ ０
而利用 霍尔 位置 传感器 的 良好线 性特性 测量 铸 铁 的杨 氏模 量 Ａ ＝ ＵＫ＝ Ｏ ． Ｚ Ａ ／ Ｉ０３ ｍｍ， 入 公 式 （ ） 代 ３ 计 算 出Ｙ １．７ １ … ／ ＝ ７８ ｘ ０ Ｎ ｍ ，与 理论 值 １．５ １ ／ ８１ ｘ ０ｏ ｍ 的 Ｎ
相 对误差 达 到 了１ ％。 ． ５
３ 实 验 测量 环 境 的 改善 和 技 术 改进
（ ） 进 行测 量 之 前 ， 符合 上 述安 装 要求 ， １在 要 并
且 保 证 杠 杆 的 水 平 、 口 的 垂 直 、 砝 码 的刀 口处 于 刀 挂
梁 中间 ， 防止外 加风 的影 响 ， 杆安放 在磁 铁 的中 要 杠 间， 注意 不要 与 金属 外壳 接 触 ， 切正 常后 加 砝 码 ， 一
３ｌ ０
３ ９ ６
精 确测量 传感器 信号 输 Ｌ端 的数 值与 固定砝 码 ｑ Ｊ
架 的位 置Ｚ 的关 系 ， 就是 用 读 数 显 微 镜 对传 感 器 也 输 出量 进 行 定 标 ， 量 数 据 如 表 １ 示 ， 测 所 作 — ｚ关 系 曲线 如 图 ３ 示 ，从 图 中 可 以看 出 ， — 之 间呈 所 Ｕ Ｚ
使 梁弯 曲产生 位移△ （） ２ 另外 ， 应使 霍尔 位置传 感器 的探头 处 于两块
图３ 霍 尔 位 置 传 感 器 Ｕ— Ｚ特 性 曲 线 图
磁铁 的正 中间稍偏 下的位 置 ．这样 测量数据 更 可靠
一
２２ 杨 氏 模 量 的 测 量 －
些。
（ ） 尔位 置传感器静态特性测量结果见 表 １ １霍 。 黄铜的杨 氏模 量测量 值经计算 得 出Ｉ ｌ３ × ０ｏ ， ０ ７ ｌ． ＝
霍尔位置传感器法测杨氏模量实验报告
霍尔位置传感器法测杨氏模量实验报告实验报告：一、实验目的1.了解霍尔位置传感器法测量杨氏模量的原理。
2.掌握霍尔位置传感器法测量杨氏模量的实验方法。
3.测量材料的杨氏模量，加深对杨氏模量的认识。
二、实验器材1.霍尔位置传感器2.弹性体（橡胶或金属杆子）3.支架4.螺旋测微仪5.示波器6.直流电源7.电压表8.安培表三、实验原理在伸缩杆的中心填补一段塑料棒，使其成为一个弹性体，两端分别固定在两个支架上，称为悬臂梁。
然后在弹性体的表面，通过霍尔位置传感器来缓慢施加扭矩，从而引起弹性体的弯曲。
测量弯曲处的张力和应变，然后通过计算得到杨氏模量。
四、实验步骤1.将弹性体安装在支架上，利用螺旋测微仪来控制扭矩。
2.打开示波器和直流电源，将霍尔位置传感器连接到电源和示波器上。
3.将电压表和安培表连接到电路上，分别用于测量电压和电流。
4.打开电源，调节示波器和螺旋测微仪，使扭矩慢慢施加。
5.在不同的扭矩下，测量弹性体的应变和张力，记录下数据。
6.根据数据计算得到实验结果。
五、实验数据1. 霍尔传感器（v/gs）= 16.67 mV/V2. 实验质量m = 0.5 kg3. 称重表读数F = 10 N4. 弹簧钢圆柱体直径D = 9.8 mm5. 弹簧钢圆柱体长度L = 275 mm6. 以悬臂处为零点时，弹性体的长度L0 = 200 mm7. 悬臂处到霍尔位置传感器的距离L1 = 46 mm8. 扭矩T（N·m）弯曲位移δ（mm）应变ε 张力σ （MPa）伸长率ΔL/L00 0 0 0 00.05 0.9 1.805×10^-5 398325.9 0.00450.1 1.8 3.625×10^-5 796651.9 0.0090.15 2.9 5.475×10^-5 1212527 0.01450.2 4 7.3×10^-5 1599510 0.0190.25 5.2 9.8×10^-5 2010036 0.0240.3 6.5 1.27×10^-4 2443367 0.0290.35 8 1.575×10^-4 2910502 0.0340.4 9.5 1.9×10^-4 3420175 0.0390.45 11.2 2.255×10^-4 3973963 0.0440.5 13 2.625×10^-4 4571876 0.049六、实验结果分析通过实验结果，我们可以得到弹性体的应变与张力之间的关系，进而算出杨氏模量。
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测黄铜样品的杨氏模量和霍耳位置传感器的定标
M/g
0
10
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50
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70
Z/mm U/mv
2用霍尔位置传感器测铸铁的杨氏模量
M/g
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60
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U/mm
【数据处理】
➢ a）用逐差法按公式进行计算,求得黄铜材料的杨氏模量。 ➢ b) 求出霍尔位置传感器的灵敏度K。 ➢ c）用求铸铁的位移 ，与杨氏模量。 ➢ d）把测量结果与公认值进行比较。
➢
l3 Mg E 4a3 b Z
3、霍尔位置传感器原理
霍尔效应
➢ 一块霍尔元件置于磁感应强度为的磁场中，当电流通过霍
尔元件时，载流子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，从而
在侧面形成电势差 （霍尔电压）。则以下关系成立
UH K I B
➢
其中，为霍尔灵敏度。
传感器原理
➢ 霍尔位置传感器是利用了霍尔效应，将一个微小位移量转 换成了一个电学量，从而可以通过间接测量得到微小长度 变化量。其中，霍尔电压的变化与微小位移满足关系
用霍尔位置传感器测杨氏模量
大学物理实验 物理实验中心 第6实验室
指导教师 曾灏宪 中原工学院 理学院 物理实验中心
前言
➢ 在弹性线性范围内, 固体材料正应力同应变之比值称为纵 向弹性模量或杨氏模量它是量度固体材料受力时变形大小 的重要物理量, 它反映了固体材料的刚度, 是选定机械构件 材质的依据之一
➢ 在大学物理实验中, 杨氏模量的测定是一个基本实验, 通 常测量方法有用金属丝的伸长测定杨氏模量和用梁的弯曲 测定杨氏模量无论用哪种方法, 若要准确测得杨氏模量, 则 必须测准材料在应力作用下产生的微小位移，而微小位移 的测量一般采用光杠杆、读数显微镜或螺旋测微计进行这 些都是基本测量方法, 也比较直观和易于掌握, 但都不能与 计算机联接进行实时检测随着科学技术的发展, 非电量的 电测技术在计量检测和自动控制等方面应用越来越广泛, 地位与作用也越来越重要，为此用霍尔位置传感器测量微 小位移,并将其应用于梁的弯曲法测杨氏模量的实验中。
【实验步骤】
➢ 其中：1.铜刀口上的基线 2.读数显微镜 3.刀口 4 梁 5. 铜杠杆（顶端装有型集成霍尔传感器） 6.磁铁盒 7.磁铁 （N极相对放置） 8.调节架 9砝码
步骤
1）、调节三维调节架的上下前后位置的调节螺丝，使集 成霍尔位 置传感器探测元件处于磁铁只间的位置。
2）、用水准器观察是否在水平位置,若偏离时可用底座螺丝 调节到水平位置。 3）、 调节霍尔位置传感器的毫伏表，磁铁盒上可上下调节 螺丝使磁铁上下移动，当毫伏表读数值很小时，停止 调节固定螺丝，最后调节调零电位器使毫伏表读数为 零。 4)将杠杆放正，让横梁上的金属框竖直 5）、 调节读数显微镜，使眼睛观察十字及分划板刻度线和 数字清晰。然后移动读数显微镜前后距离,使能清晰看 到铜刀上的基线。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吻合,记下初始读值。
预习思考题
1、 N、N极相对的空间磁场是匀强磁场吗？ 2、横梁与探头用杠杆联系，杠杆两背不等对实验有没影响？
实验总结
➢ 写出你的体会，对实验的误差分析或你有什么收获，也可 以提出你对实验的建议等。
【实验目的】
➢ 熟习霍尔位置传感器的特性，学会新型传感器的定标， 不同长度值的测量方法。
➢ 用读数显微镜测量黄铜的杨氏模量，同时对霍尔位置传 感器定标。
➢ 用霍尔位置传感器测铸铁的杨氏模量。
【实验仪器】
➢ 霍尔位置传感器：它包 括，N与N极相对产生的 磁场、霍尔位置传感器 输出信号测量仪一台 （毫伏表）、金属横梁 与传感器探头位于杠杆 的两端。读数显微镜一 个。
➢
E被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理
量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。某种材料发
生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。杨氏模量的大
小标志了材料的刚性。
F / S E(L / L)
2、梁弯曲的杨氏模量
➢ 将厚为、宽为的金属棒放在相距为的二刀刃上，在棒上二刀刃的 中点处挂上质量为M的砝码，棒被压弯，设挂砝码处下降，这时 棒材的杨氏模量等于
➢
U H
K I dB Z dZ
B
➢
若 dZ为常数时，
与成U
正比。测
H
Z与
U
H的比值即定标。在
均匀梯度的磁场中，霍尔电压与位移量之间存在一一对应关系, 当位
移量较小（小于2mm）, 这一对应关系具有良好的线性。
4、实验装置
➢ 本仪器是在梁的弯曲法测量装置基础上加装霍尔位置传感 器而成。如图，横梁架在刀刃上，在梁上有个金属框上可 以挂砝码，在磁铁装置与横梁之间有一个杠杆支点，杠杆 的一端放在横梁上，一端是霍尔探头置于磁场中，霍尔探 头和毫伏表相连。
【注意事项】
➢ 1.用千分尺测量待测样品厚度必须在不同位置多点测量取 平均值，因黄铜比钢软，旋转千分尺时用力适量，不宜过 猛。
➢ 2.用读数显微镜测量砝码的刀口架基线位置时，刀口架不 能晃动。
➢ 3.霍尔位置传感器定标前，应先将霍尔传感器调整到零输 入位置。
➢ 4.加砝码时轻拿轻放，尽量减小中间的砝码架的晃动，使 电压值尽快达到稳定值。
6）、微小伸长量的测量： 7）、逐次增加砝码（每次增加10g砝码），相应从读数显微镜
上读出梁的弯曲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位置传感器进行定标。 8）、其他物理量的测量： 9）、根据测量精度的要求，应选择适当的工具进行其 10）、 它物理量的测量。 11）、测量横梁两刀口间的长度及测量不同位置横梁宽度和横 梁厚度。
【实验重点】
➢ 掌握霍尔位置传感器的定标原理，及霍尔位置传感器结构、 各部件的作用、调节方法以及测量方法。
【实验难点】
➢ 读数显微镜测杨氏模量与霍尔位置传感器定标的关系。
【实验原理】
1、杨氏模量
➢ 人们在研究材料的弹性性质时，提出了应力F/S（即力与力所作用的 面积之比）和应变△L/L（即长度或尺寸的变化与原来的长度或尺寸 之比）的概念。在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常 数，即