用霍尔位置传感器测杨氏模量

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。
【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。
➢
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
【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。
Baidu Nhomakorabea
【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。
【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。
【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
➢ 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。
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。
➢
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
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。
➢
U H
K I dB Z dZ
dB
➢
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。
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