物理实验第20卷第8期 霍尔位置传感器测量固体材料的杨氏模量 游海洋赵在忠陆申龙 (复旦大学物理系上海200433) 用自制霍尔位置传感器与梁弯曲法测杨氏模量装置相结合,研制成固体材料杨氏模量测定仪,简述 该仪器结构、原理和实验方法 关键词霍尔位置传感器微小位移杨氏模量 杨氏模量测定通常采用伸长法和梁弯曲法.当霍尔元件偏离中 测定.这两种方法的关键是测准材料在应力作心A沿z轴发生位 用下的微小位移,一般采用的光杠杆、移测显移△时,由于磁感 微镜或螺旋测微计测量,方法基本、直观和易应强度不再为0,霍 于掌握但不能与计算机联接进行实时检测本尔元件也就产生相应 文采用霍尔位置传感器测量微小位移,并用于的电势输出U,大小 图1 弯曲法测杨氏模量,改变了传统的测量方法 可由数字电压表测量.以下我们以将雀尔电势 为0的位置作为位移参考零点 当霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场 中时,在垂直于磁场的方向通以电流l,则与这 二者相垂直的方向上将产生霍尔电势 u=KIB 式中K称为元件的霍尔灵敏度.如果保持电流 不变,而使霍尔元件在均匀梯度dB/dz的磁 场中移动△时,则输出的霍尔电势变化为 MH=KI+△x 为实现均匀梯度的磁场,可如图1所示,选 用两块相同的磁铁(磁铁截面积及表面磁感应 强度相同)相对而放置(N极与N极相对),两 移测显微镜2.横梁3.刀口4.砝码 磁铁极间留一等距间隙,霍尔元件平行于极面有机玻璃盒(内装磁铁)6磁铁(两块 放在该间隙的中轴上,间隙大小根据测量范围 维调节架8.铜杠杆(杠杆顶端贴有95A型集成 和测量灵敏度确定,间隙越小,磁场梯度越大, 霍尔传感器)9.铜刀口上刻度线 灵敏度越高磁铁截面应远大于霍尔元件尺寸, 霍尔电势U与位移z之间存在一一对应 以尽可能减小边缘效应,提高测量准确度 关系,当位移较小(<2mm)时,具有良好的 若磁铁间隙中心截面A的磁感应强度为线性 0,霍尔元件处于A时,输出的霍尔电势UA为 用横梁弯曲法测杨氏模量E时有 复且大学物理系9级本科生 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd. All rights reserved.© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved