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1、_霍尔传感器测杨氏模实验名称霍尔传感器测杨氏模量【实验目的】1. 了解霍尔位宜传感器的结构原理、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. 学会确左灵敏度的方法，并确泄仪器的灵敏度。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/,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：UH = Kh IB其中Ku为霍尔传感器的灵敏度，单位为niV/niA-T.如果保持通入霍尔元件的电流/不变，而使其在一均匀梯度的磁场中移动，
2、则输出的 霍尔电势的变化量为：U =K/空 &dz.其中：0为位移量：兰 为磁感应强度B沿位移方向的梯度，为常数。dz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W极相对 放宜。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，即霍尔元件放垃两磁铁空隙的中心，如图6所示。若间隙中心截而的中心点A的磁感应强度为零，霍尔元件处于该处时输岀的霍尔电 势应为零。当霍尔元件偏藹中心沿Z轴发生位務，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
3、一一对应的关系，当位移量较小时(小于2mm),对应N11 A 9关系具有良好的线性，如图6.2所示。(6.1)在粱弯曲的情况下，杨氏模量E用下列公式计算：4a为粱的厚度,式中：为两刀口间的距离，量g为重力加速度(g =9.792必2) 的距离。【实验装置】杨氏模量实验装置如图6.3所示。【实验内容及步骤】1实验内容(1)用霍尔位置传感器测量黄铜板的 杨氏模疑，并确立该仪器的灵敏度 K = %： (2)用霍尔位置传感器测锻铸铁为粱的宽度，加为狂码的质&为粱中心由于外力的作用而下降1读数显微镜2 .横梁3 .刀口4 袪码5 .磁铁固定金属架6 .磁铁(两块)7 .磁铁支架套筒板的杨氏模量。2. 实
4、验步骤(1)调节实验仪器 将图中横梁黄铜板2穿在祛码铜刀口 9内，安放在两立柱刀口中间。柱码刀口 应在两支柱刀口的正中央。再装上铜杠杆8,有传感器的一端插入磁铁的中间，该杠杆中 间的铜刀口放在刀座上。圆柱形托尖应在祛码刀口的小圆洞内，传感器若不在磁铁中间， 可松弛固泄螺丝使磁铁上下移动，或用调节架上的套简螺母旋转使磁铁上下移动，再固 左，然后用水平仪观察磁铁是否在水平位宜，如不在，可用底座螺丝调节，但同时应注意 杠杆水平。 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输岀信号 测量仪，列一端插在立柱的另一三眼插针上，接通电源，调节磁铁或仪器上调零电位器使 在初始负载的情况下仪器
5、指示为零点。注意：仪器大约预热10分钟左右后，指示值即可稳 定。 调节读数显微镜，使得用眼睛能观察到镜内的十字划丝和坐标刻度，然后移动 读数显微镜距离，使英能淸楚地看到铜刀口 9上的基线。再转动旋钮使刀口点的基线与读 数显微镜内十字划线刻度吻合，并il下初始值。(2)测铜样品的杨氏模量。 当仪器大约预热完成后，计下读数显微镜初始值和电压初始值(一般是零)； 在挂钩下轻轻的加上20克舷码，调盯读数显微镜微分旋钮，使基线与读数显 微镜内十字划线刻度吻合，计录下读数显微镜读数和电压值： 重复步骤，记录下加磁码40g、60g、80g、100g的读数显微镜读数和电压 值： 测量铜样品的几何参量：铜样品的
6、宽与厚： 测量支架两刀口间的距离： 记录游标卡尺和螺旋测微器零点误差。【实验表格】杨氏模量的测量基本参数测量表1 铜材料的长宽厚尺寸测量次数用直尺测量横梁 的长度d (mm)游标卡尺测其宽 度b(mm)千分尺测其厚度 (mm)123023 . 660. 995223123.650. 996322923.670. 995平均值23023. 660. 995霍尔位置传感器的定标在进行测量之前，要求符合上述安装要求，并且检查杠杆的水平、刀口的 垂直、挂慈码的刀口处于梁中间，要防止外加风的影响，杠杆安放在磁铁的中 间，注意不要与金属外壳接触，一切正常后加慈码，使梁弯曲产生位移AZ ；精 确测量传感器信
7、号输出端的数值与固定慈码架的位置Z的关系，也就是用读数 显微镜对传感器输出量进行定标，测量数据如表2所示：表2霍尔位置传感器静态特性测量M/g01020304050607080Z / mm3. 153. 233. 353.473.653. 753. 854. 124.2U/mV0255185113145174210240由上数据测量黄铜样品在M二50g的作用下产生的位移量AZ。计算杨氏模量F(23.00x10-2)3x60x10_3x9.8* z黄界=4x(0.995x10-3)3x2366x10_2x7x10-4 =10 -96 x 10*X2【注意事项】1. 仪器调零时，仪器上调零电位器旋钮应处于中间状态。2. 测量前，应侧重检查：杠杆的水平、刀口的垂直、挂祛码的刀口处于粱的中间等 方面。要防止外部空气流动的影响。杠杆安放在磁铁中间，注意不要与有机玻璃外壳接 触。3. 在加磁码时，动作要轻，不能使確码盘晃动过大。4. 读数时，一泄要使观察镜内的十字划线与基线对齐，保证读数的准确性。5注意K与K的关系。
