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1、实验罰（实训）报告辽宁科技大学 学院（系）年 月 日课程名称：实验题目：班级：姓名：学号：机台号：同组人：任课教师：实验目的1、掌握基本长度和微小位移量测量的方法，学习游标卡尺、千分尺等常用长度测量仪器的使用；2、熟悉霍尔位置传感器的特性；3、弯曲法测量铁的杨氏模量；4、学会用逐差法、作图法处理数据。V实验原理杨氏模量的定义：反映材料应变（即单位长度变化量AL/L）与物体内部应力（即单位面积所 受到的力的大小F/S ）之间关系的物理量，反映材料的抗拉或抗压能力。即：F = Y里S L测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等，还出现了利用光纤位 移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器
2、和波动传递技术（微波或超声波）等实验技术和方法测量 杨氏模量。1、杨氏模量的测量杨氏模量测定仪主体装置如图3所示,在横梁弯曲的情况下，杨氏模量Y可以用下式表示：Y = d3 Mg4a 3 - b AZ ；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，AZ为 梁中心由于外力作用而下降的距离，g为重力加速度。上面公式的具体推导见附录。图1实验装置图其中：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95A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袪码word格式-可编辑-感谢下载支持2、微小位移Az的测量方法:（1）读数显
3、微镜方法：（2）霍尔位置传感器方法：定义：一块半导体薄片处于垂直于它的磁场B中，当通以电流I时，则在垂直于B、I方 向上产生霍耳电势差，这种现象称为霍耳效应。图4霍耳效应霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流I，则与这二者相垂直的方向上将产生霍尔电势差U :H(1)（1）式中K为元件的霍尔灵敏度。如果保持霍尔元件的电流I不变，而使其在一个均匀梯度0的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为：dBAU = K -1 AZ（2）H 0 dZdB（2）式中AZ为位移量，此式说明若I右为常数时，AU与AZ成正比，即：dZHAU = K AZH为实现均匀梯度的磁场，可以如图5所示，
4、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。若磁铁间隙内中心截面处的磁感应强度为零，霍尔元件处于该处时，输出的霍尔电势差应 该为零。当霍尔元件偏离中心沿Z轴发生位移时，由于磁感应强度不再为零，霍尔元件也就产 生相应的电势差输出，其大小可以用数字电压表测量。由此可以将霍尔电势差为零时元件所处的位置作为位移参考零点。霍尔电势差与位移量之间存在一
5、一对应关系，当位移量较小（V 2mm），这一对应关系具 有良好的线性。因此，AZ可以根据霍耳位置传感器来进行测量，即：7图5实验装置中霍尔传感器部分3、本实验的内容：本实验采用霍尔位置传感器方法测量铁的杨氏摸量。a）确定AU二K -AZ的系数K （双变量的数据处理方法），即:传感器的定标（铜）。需H要测量几组位移AZ和霍尔传感器输出电压厶UAZ可用读数显微镜测出。b）测量铁的杨氏摸量：AZ = AUhKf 和 Y = d 3 Mg4a3 - b AZV实验器材DHI-I霍尔位置传感器测杨氏模量装置；千分尺等； V实验步骤1、调试步骤：（1）调节平台：用水准器观察是否在平衡位置，若偏离可用底座螺
6、丝调节到水平位置。（2）调节三维调节架：将铜横梁放在刀口上，调节三维调节架的上下前后位置的调节螺 丝，使传感器探测元件处于磁铁中间位置。（3）调节霍耳位置传感器的毫伏表：磁铁盒可上下调节，调节螺丝使磁铁上下移动，当 毫伏表读数值很小时，停止调节并固定螺丝，最后调节零电位器使毫伏表读数为零。（4）调节读数显微镜：使眼睛观察十字线及分划板刻度线和数字清晰。然后移动读数显 微镜前后位置，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上的基线与读数 显微镜内十字刻度线重合，记下初始读数值。2、霍尔位置传感器的定标（铜）：（1）检查杠杆的水平、刀口的垂直、挂砝码的刀口处于梁中间，要防止外加风的影
7、响， 杠杆安放在磁铁的中间，注意不要与金属外壳接触；（2）逐次增加砝码，每次增加lO.OOg，相应从读数显微镜读出梁中心的位置（mm）及毫 伏表的读数（mV）,记录数据。3、样品杨氏模量的测量（铁）：（1）更换铁横梁样品，测量横梁两刀口间的距离d （次测量）；横梁的宽度b （次测 量）；在横梁不同的位置测量其厚度a （6次测量取平均值）。（2）逐次增加砝码，每次增加lO.OOg，记录毫伏表的读数（mV）。“ AU4、用逐差法计算霍尔传感器的灵敏度K = -azh，并计算铁横梁样品在不同外力下降的/ Zw/ord格式-可编辑-感谢下载支持距离AZ =爭和杨氏模量Y =Kd 3 - Mg4a3 -
8、 b AZ5、整理实验台；V数据记录（表格）表1霍尔位置传感器的定标（铜）次数123456789M/g01020304050607080Z/mm1.0001.105U/mV0137表2样品的尺寸样品厚度a/mm宽度b/mm有效长度d/mm铁0.894230表3样品杨氏模量的测量（铁）M/g01020304050607080U/mV097V数据处理1、霍尔位置传感器的定标（铜）: 逐差法：10.83 x102 mV / mm,U - U 543 - 0k = 51 二i z - z 1.501 -1.0005 1, U - Uk 622 z - z6 27 U - U k 73 .3 z - z
9、7 3, U - Uk 84 .4 z - z8 47 U - Uk 94 .5 z - z kt9 4k . 10.54 x 102 mV / mmiw/ord格式-可编辑-感谢下载支持a AU即：Az =-k=0.092mm2、样品杨氏模量的测量（铁）： 10g时的杨氏模量的计算： A AU 97 - 0Az = io =10 k10.54 x102d 3 - Mg(0.23)3 x10 x 10-3 x 9.79124a3 -b-AZ 4x(0.894x 10-3)3 x23.14x10-3 x0.092x 10-3=19.83 x 1010 N / m2M/g01020304050607080U/mV z/mmY/X 10N/m2-36300-2660.09119.8310其他结果:样品的杨氏模量的最佳估计值:Y =才 Y =. = 18.38x 1010N /m2i=1(标准值:Y = 18.15 x 1010N / m2)0误差分析1、随机误差:2、系统误差:思考题评语:教师签字：年 月 日
