第20卷第6期 实验室研究与探索 Vol 20No 6 LABORA TORY RESEARCH AND EXPLORAT ON 仪器设各研制与维修 霍尔传感器法磁阻尼系数和动摩擦系数测定仪的研制 王翠云,陈瓅,陆申龙,孙玉龙2 (1复旦大学物理系,上海200433,2上海大学核力电子设备厂,上海201800) 摘要介绍一种采用新型集成开关型霍尔传感器来精确测量磁性滑块的磁阻尼系数和材料的滑动摩 擦系数的新方法,并介绍该方法制成新仪器的原理及实验结果 关键词集成开关型霍尔传感器匀速运动磁阻尼系数滑动摩擦系数 中图分类号TH117文献标识码B文章编号:1006-7167(2001)06-0078-03 Deve lopm ent of the Ins trum ent for Measurem ent ofMagne tic- dam ped coe ffic ie nt and s lid ing Fric tion Coeffic ient w ith Inte g ra te d Sw itch Ha ll Sensor ANG Cuiyun,CH EN L i, LU Shen-long, SUN Yu-long (1 Dept of Physics, Fudan U niv, Shanghai 200433; 2 Facto ry of Shanghai niv, Shanghai 201800, Ch ina) Abstract The moving velocity of a m agnet ic slide b lock on inclined p lane of unferrom agnetic conducto r is m ea sured by integrated sw itch Hall sen sor A nd a new m ethod for the m easurem ent of m agneto-dam ped coefficient Key words in tegrated sw itch Hall sen sor, moving w ith constant velocity, m agne to-dam ped coefficient; slid ing 磁阻尼是电磁学中的重要概念,在各物理领域都块与斜面接触的截面不变,其线度为。当滑块以匀速 有极其广泛的应用,但直接测定磁阻尼力大小的实验率γ下滑时,可看作斜面相对于滑块向上运动而切割 很少。本文设计了一种实验仪器:用先进的集成开关型磁感应线。由电磁感应定律,在斜面上的切割磁感应线 霍尔传感器(简称霍尔开关)测量磁性滑块在非铁磁质部份将产生动生电动势∈=B/,如果把由于磁感应产 良导体斜面上下滑的速度,经过数据处理,能同时求出生的电流流经斜面部份的等效电阻设为R,则感应电 磁阻尼系数和滑动摩擦系数。该实验仪器直观,使用了流应与速度成正比,即为/=B2,此时斜面所受 先进的集成开关型霍尔传感器来测量时间,采用巧妙 的数据处理方法将非线性方程转换成线性方程是一的安培力F正比于电流1,即Fx1。而滑块受到的磁 个综合性的物理实验。这种实验方法和数据处理技巧 阻尼力FB就是斜面所受安培力F的反作用力,方向 对培养能力是十分有用的。现此测量磁阻尼系数和动与滑块运动方向相反。由此推出:FB应正比于v,可表 摩擦系数的新型仪器已批量生产,并在学生分组实验达为FB=Kv(K为常数,将它称为磁阻尼系数)。因为 中应用,且取得较好的实验效果 滑块运动是匀速的,故它在平行于斜面方向应达到力 平衡,从而有 原理 w sin 0= Kv+ ul cos e (1) 磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上匀速下滑时,(1)式中W是滑块所受重力,θ是斜面与水平面的倾 滑块受到的阻力除滑动摩擦力Fs外,还有磁阻尼力角,H为滑块与斜面间的滑动摩擦系数。若将方程(1) 的两边同时除以 w cos a可得方程 设磁性滑块在斜面处产生的磁感应强度为B;滑 cos 0 A (2) 收稿日期2000-12-19 显然,n日和呈线性关系。作tanv/os图 基金项目:篝政学者“大学生研究基金”项目资助(李政道设立) 求得斜率和截距。从而求得磁摩擦系数κ和滑动摩擦 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved.第 20 卷 第 6 期 2001 年 12 月 实 验 室 研 究 与 探 索 LABORA TOR Y R ESEA RCH AND EXPLORA T ION V o l. 20 N o. 6 D ec. 2001 ·仪器设备研制与维修· 霍尔传感器法磁阻尼系数和动摩擦系数测定仪的研制 王翠云1 , 陈 1 , 陆申龙1 , 孙玉龙2 (1. 复旦大学 物理系, 上海 200433; 2. 上海大学 核力电子设备厂, 上海 201800) 摘 要: 介绍一种采用新型集成开关型霍尔传感器来精确测量磁性滑块的磁阻尼系数和材料的滑动摩 擦系数的新方法, 并介绍该方法制成新仪器的原理及实验结果。 关键词: 集成开关型霍尔传感器; 匀速运动; 磁阻尼系数; 滑动摩擦系数 中图分类号: TH 117 文献标识码:B 文章编号: 100627167 (2001) 0620078203 D e ve lopm e nt of the Ins trum e nt fo r M e a surem e nt of M a gne tic2 dam pe d C oe ffic ie nt a nd S lid ing F ric tion C oe ffic ie nt w ith Inte g ra te d Sw itch Ha ll S e nso r W A N G Cu i2y un 1 , CH EN L i1 , L U S hen2long 1 , SUN Y u2long 2 (1. D ep t. of Physics, Fudan U n iv. , Shanghai 200433; 2. Facto ry of ShanghaiU n iv. , Shanghai 201800, Ch ina) Abstract: T he m oving velocity of a m agnetic slide b lock on inclined p lane of unferrom agnetic conducto r is m ea2 su red by in tegrated sw itch H all sen so r. A nd a new m ethod fo r the m easu rem en t of m agneto2dam ped coefficien t of m agnetic slide b lock and sliding friction coefficien t of the u sing m aterial is p resen ted sim u ltaneou sly. Key words: in tegrated sw itch H all sen so r; m oving w ith con stan t velocity; m agneto2dam ped coefficien t; sliding friction coefficien t 收稿日期: 2000212219 基金项目: 政学者“大学生研究基金”项目资助(李政道设立) 磁阻尼是电磁学中的重要概念, 在各物理领域都 有极其广泛的应用, 但直接测定磁阻尼力大小的实验 很少。本文设计了一种实验仪器: 用先进的集成开关型 霍尔传感器(简称霍尔开关) 测量磁性滑块在非铁磁质 良导体斜面上下滑的速度, 经过数据处理, 能同时求出 磁阻尼系数和滑动摩擦系数。该实验仪器直观, 使用了 先进的集成开关型霍尔传感器来测量时间, 采用巧妙 的数据处理方法, 将非线性方程转换成线性方程, 是一 个综合性的物理实验。这种实验方法和数据处理技巧, 对培养能力是十分有用的。现此测量磁阻尼系数和动 摩擦系数的新型仪器已批量生产, 并在学生分组实验 中应用, 且取得较好的实验效果。 1 原理 磁性滑块在非铁磁质良导体斜面上匀速下滑时, 滑块受到的阻力除滑动摩擦力 FS 外, 还有磁阻尼力 FB。 设磁性滑块在斜面处产生的磁感应强度为B ; 滑 块与斜面接触的截面不变, 其线度为 l。当滑块以匀速 率 v 下滑时, 可看作斜面相对于滑块向上运动而切割 磁感应线。由电磁感应定律, 在斜面上的切割磁感应线 部份将产生动生电动势 Ε= B lv , 如果把由于磁感应产 生的电流流经斜面部份的等效电阻设为 R , 则感应电 流 I 应与速度 v 成正比, 即为 I = B lv R , 此时斜面所受 的安培力 F 正比于电流 I, 即 F∝ I。而滑块受到的磁 阻尼力 FB 就是斜面所受安培力 F 的反作用力, 方向 与滑块运动方向相反。由此推出: FB 应正比于 v , 可表 达为 FB = K v (K 为常数, 将它称为磁阻尼系数)。因为 滑块运动是匀速的, 故它在平行于斜面方向应达到力 平衡, 从而有 W sin Η= K v + ΛW co s Η (1) (1) 式中W 是滑块所受重力, Η是斜面与水平面的倾 角, Λ为滑块与斜面间的滑动摩擦系数。若将方程(1) 的两边同时除以W co s Η, 可得方程 tan Η= K W õ v co s Η + Λ (2) 显然, tan Η和 v co s Η 呈线性关系。作 tan Η- vöco s Η图, 求得斜率和截距。从而求得磁摩擦系数 K 和滑动摩擦 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved