霍尔位置传感器测 杨氏模量
霍尔位置传感器测 杨氏模量
【实验目的】 1.熟悉霍尔位置传感器的特性； 2.弯曲法测量黄铜的杨氏模量； 3.测黄铜杨氏模量的同时，对霍尔位置传感器 定标； 4.用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量
【实验目的】 1．熟悉霍尔位置传感器的特性； 2．弯曲法测量黄铜的杨氏模量； 3．测黄铜杨氏模量的同时，对霍尔位置传感器 定标； 4．用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量
【实验装置】 1.霍尔位置传感器测杨氏模量装置一台 ● （1)读数显微镜 ● 型号 JC-10 型 ● 放大倍数 20 分度值 0.01mm 测量范围 0~6mm (2)砝码 10.0g8块、 20.0g2块 ● (3)95型集成霍尔位置传感器 ● （4)样品（铜板和冷扎板） ●2.霍尔位置传感器输出信号测量仪（放大倍数3--5倍）一台 (包括直流数字电压表)
⚫ 1．霍尔位置传感器测杨氏模量装置一台 ⚫ （1）读数显微镜 ⚫ 型号 型 ⚫ 放大倍数 20 ⚫ 分度值 ⚫ 测量范围 ⚫ （2）砝码 8块、 2块 ⚫ （3）95型集成霍尔位置传感器 ⚫ （4）样品（铜板和冷扎板） ⚫ 2．霍尔位置传感器输出信号测量仪（放大倍数3---5倍）一台 （包括直流数字电压表）。 【实验装置】 JC −10 0.01mm 0～6mm 10.0g 20.0g
【实验原理】 1.霍尔位置传感器 霍尔元件置于磁感应强度为的磁场中，在垂直于磁场方向通以电1 流 则与这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差 Un=K.I.B (1) (1)式种为元件的霍尔灵敏度。如果保持霍尔元件的电流澈，不变， 而使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为： AU, (2) dB (2)式中Z为位移量，此式说明若记为常数时，△U,与△2成正比 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 out ■■■■■ 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 图1 量精确度
而使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为： （2） （2）式中 为位移量，此式说明若 为常数时, 与 成正比 1.霍尔位置传感器 霍尔元件置于磁感应强度为 的磁场中，在垂直于磁场方向通以电 流 则与这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差 （1） （1）式中 为元件的霍尔灵敏度。如果保持霍尔元件的电流, 不变， 【实验原理】 I UH I Z dZ dB U K I H = Z UH Z B I UH = K I B K dZ dB 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： d3.Mg Y= 4a3.b.△Z (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。 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 图2
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 可以用下式表示： (3) Y a b Z d Mg Y = 3 3 4 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。 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
【实验步骤】 ·1.调节底座箱上的水平螺丝旋，将实验装置调节水平。 。2.将横梁穿在砝码铜刀口内，安放在两立柱刀口的正中央位置。 接着装上铜杠杆，将有传感器一端插入两立柱刀口中间，该杠杆 中间的铜刀只放在刀座上。圆柱型拖尖应在砝码刀口的小圆洞内， 传感器若不在磁铁中间，可以松弛固定螺丝使磁铁上下移动，或 者用调节架上的套筒螺母旋动使磁铁上下微动，再固定之。注意 杠杆上霍尔传感器的水平位置（圆柱体有固定螺丝）。 ●3.将铜杠杆上的三眼插座插在立柱的三眼插针上，用仪器电缆一 端连接测量仪器，另一端插在立柱另外三眼插针上；接通电源， 调节磁铁或仪器上调零电位器使在初始负载的条件下仪器指示处 于零值。大约预热十分钟左若，指示值即可稳定。 ● 4.调节读数显微镜目镜，直到眼睛观察镜内的十字线和数字清晰， 然后移动读数星微镜使通过基能够清楚看到铜刀口上的基线，再 转动读薮旋殖使方口点的基线写读数显微镜内干字刻线砀合
⚫ 1．调节底座箱上的水平螺丝旋，将实验装置调节水平。 ⚫ 2．将横梁穿在砝码铜刀口内，安放在两立柱刀口的正中央位置。 接着装上铜杠杆，将有传感器一端插入两立柱刀口中间，该杠杆 中间的铜刀口放在刀座上。圆柱型拖尖应在砝码刀口的小圆洞内， 传感器若不在磁铁中间，可以松弛固定螺丝使磁铁上下移动，或 者用调节架上的套筒螺母旋动使磁铁上下微动，再固定之。注意 杠杆上霍尔传感器的水平位置（圆柱体有固定螺丝）。 ⚫ 3．将铜杠杆上的三眼插座插在立柱的三眼插针上，用仪器电缆一 端连接测量仪器，另一端插在立柱另外三眼插针上；接通电源， 调节磁铁或仪器上调零电位器使在初始负载的条件下仪器指示处 于零值。大约预热十分钟左右，指示值即可稳定。 ⚫ 4．调节读数显微镜目镜，直到眼睛观察镜内的十字线和数字清晰， 然后移动读数显微镜使通过其能够清楚看到铜刀口上的基线，再 转动读数旋纽使刀口点的基线与读数显微镜内十字刻线吻合。 【实验步骤】
【实验内容】 ● 1.传感器定标（测量k) 用铜板做实验样品，逐次增加砝码M,,(每次增加20g砝码)，从读数显微 镜上读出相应的梁的位置Z及数字电压表相应的读数值U:(单位)，以便于 计算杨民模量和对霍茸莅置传感器进行定标。将测量数据记录在如下表格中 砝码(g) 0 20 40 60 80 100 V (mm) Z.(mv) ● 2.测量铜和铸铁的杨氏模量，逐次增加砝码M,(每次增加20g砝码)，读出 相应的数字电压表相应的读数值U:(单位V),将铸铁的测量数据记录在如下 的表格中 砝码(g) 0 20 40 60 80 100 V,(mv) 。3.测量横梁两刀口间的长度d及测量不同位置横梁宽度b和横梁厚度a
⚫ 1.传感器定标(测量k ) ⚫ 用铜板做实验样品，逐次增加砝码M，（每次增加20g砝码），从读数显微 镜上读出相应的梁的位置Zi及数字电压表相应的读数值Ui（单位mv)，以便于 计算杨氏模量和对霍耳位置传感器进行定标。将测量数据记录在如下表格中 ⚫ 2.测量铜和铸铁的杨氏模量，逐次增加砝码M，（每次增加20g砝码），读出 相应的数字电压表相应的读数值Ui（单位mv)，将铸铁的测量数据记录在如下 的表格中 ⚫ 3.测量横梁两刀口间的长度d及测量不同位置横梁宽度b和横梁厚度a 。 【实验内容】 砝码（g） 0 20 40 60 80 100 （mm） （mv） 砝码（g） 0 20 40 60 80 100 Vi （mv） Zi Vi
【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？
【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
⚫ 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。 注意事项
