實驗一霍爾位置傳感器彎曲法楊氏模量測定匯編

1、實驗一霍爾地點傳感器及曲折法楊氏模量的測定匯編實驗一霍爾地點傳感器及曲折法楊氏模量的測定匯編11/11實驗一霍爾地點傳感器及曲折法楊氏模量的測定匯編實驗一霍爾地點傳感器及曲折法楊氏模量的測定實驗?zāi)康恼莆沼妹壮?、游標卡尺、螺旋測微器、讀數(shù)顯微鏡丈量長度的方法熟習(xí)霍爾地點傳感器的特色；曲折法丈量黃銅（或可鍛鑄鐵）的楊氏模量，并對霍爾地點傳感器定標；儀器和器具楊氏模量測定儀主體裝置如圖1-1所示圖1-11.銅刀口上的基線2.讀數(shù)顯微鏡3.刀口4.橫梁5.銅杠桿（頂端裝有95A型集成霍爾傳感器）6.磁鐵盒7.磁鐵（N極相對擱置）8.調(diào)理架9砝碼圖1-2實驗裝置的實物照片2、其余用器具米尺，游標卡尺，螺

2、旋測微儀，砝碼，待測資料（一根黃銅、一根可鑄鍛鐵）實驗原理1.霍爾地點傳感器霍爾元件置于磁感覺強度為B的磁場中，在垂直于磁場方向通以電流I，則與這二者相垂直的方向大將產(chǎn)生霍爾電勢差UH:UHKIB（1-1）（1-1）式中K為元件的霍爾敏捷度。假如保持霍爾元件的電流I不變，而使其在一個均勻梯度的磁場中挪動時，則輸出的霍爾電勢差變化量為：UHKIdB（1-2）ZdZ（1-2）式中Z為位移量，此式說明若dBUH與Z成正比。為常數(shù)時，dZ圖1-3為實現(xiàn)均勻梯度的磁場，能夠如圖1-3所示，兩塊同樣的磁鐵（磁鐵截面積及表面磁感應(yīng)強度同樣）相對擱置，即N極與N極相對，兩磁鐵之間留一等間距空隙，霍爾元件平行于

3、磁鐵放在該空隙的中軸上。空隙大小要依據(jù)丈量范圍和丈量敏捷度要求而定，空隙越小，磁場梯度就越大，敏捷度就越高。磁鐵截面要遠大于霍爾元件，以盡可能的減小邊沿效應(yīng)影響，提升丈量精準度。若磁鐵空隙內(nèi)中心截面處的磁感覺強度為零，霍爾元件處于該處時，輸出的霍爾電勢差應(yīng)當為零。當霍爾元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移時，因為磁感覺強度不再為零，霍爾元件也就產(chǎn)生相應(yīng)的電勢差輸出，其大小能夠用數(shù)字電壓表丈量。由此能夠?qū)⒒魻栯妱莶顬榱銜r元件所處的地點作為位移參照零點?；魻栯妱莶钆c位移量之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，當位移量較?。?mm），這一對應(yīng)關(guān)系擁有優(yōu)秀的線性。2、楊氏模量固體、液體及氣體在受外力作用時，形狀或體積會發(fā)生或大

4、或小的改變，稱之為形變。當外力不太大時，惹起的形變也不會太大，若撤掉外力，形變隨之會消逝，這類形變稱為彈性形變。如一段固體棒，在其兩頭沿軸方向施加大小相等，方向相反的外力F，其長度l發(fā)生改變11,以S表示橫截面面積,稱F/S為應(yīng)力,相對長變(!l/l)為應(yīng)變,在彈性限度內(nèi),依據(jù)胡克定律有l(wèi)YSlY稱為楊氏模量，其數(shù)值與資料性質(zhì)相關(guān)。如圖2所示，在待測樣品發(fā)生微小曲折時，梁中存在一此中性面，面以上的部發(fā)散生壓縮，面以下的部發(fā)散生拉伸。整體來說，待測樣品將發(fā)生應(yīng)變，可用楊氏模量來描繪資料的性質(zhì)，楊氏模量為公式此中：d為兩刀口之間的距離，M為所加砝碼的質(zhì)量，a為梁的寬度，戴爾特Z為梁中心因為外力作用

5、而降落的距離，g為重力加快度。實驗內(nèi)容1基本內(nèi)容：丈量黃銅樣品的楊氏模量和霍爾地點傳感器的定標。（1）調(diào)理三維調(diào)理架的調(diào)理螺絲，使集成霍爾地點傳感器探測元件處于磁鐵中間的位置。（2）用水平器察看能否在水平川址，若偏離時能夠用底座螺絲調(diào)理。3）調(diào)理霍爾地點傳感器的毫伏表。磁鐵盒下的調(diào)理螺絲能夠使磁鐵上下挪動，當毫伏表數(shù)值很小時，停止調(diào)理固定螺絲，最后調(diào)理調(diào)零電位器使毫伏表讀數(shù)為零。4）調(diào)理讀數(shù)顯微鏡，使眼鏡察看十字線及分劃板刻度線和數(shù)字清楚。此后挪動讀數(shù)顯微鏡前后距離，使能夠清楚看到銅架上的基線。轉(zhuǎn)動讀數(shù)顯微鏡的鼓輪使刀口架的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字刻度線符合，記下初始讀數(shù)值。（5）逐次增添砝碼（

6、每次增添10g砝碼），相應(yīng)從讀數(shù)顯微鏡上讀出梁的曲折位移及數(shù)字電壓表相應(yīng)的讀數(shù)值（單位mV）。以便于計算楊氏模量和霍爾地點傳感器進行定標。在進行丈量以前，要求符合上述安裝要求，而且檢查杠桿的水平、刀口的垂直、掛砝碼的刀口處于梁中間，要防備外加風(fēng)的影響，杠桿部署在磁鐵的中間，注意不要與金屬外殼接觸，全部正常后加砝碼，使梁曲折產(chǎn)生位移；精準丈量傳感器信號輸出端的數(shù)值與固定砝碼架的地點Z的關(guān)系，也就是用讀數(shù)顯微鏡對傳感器輸出量進行定標，查驗的關(guān)系。（6）丈量橫梁兩刀口間的長度d及丈量不同樣地點橫梁寬度b和梁厚度a。（7）用逐差法依據(jù)公式（3）進行計算，求得黃銅資料的楊氏模量，并求出霍爾地點傳感器的敏

7、捷度，并把丈量值與公認值進行比較。2選作內(nèi)容：用霍爾地點傳感器丈量可鍛鑄鐵的楊氏模量。查：數(shù)據(jù)記錄與辦理1霍爾地點傳感器的定標利用讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)和地點傳感器輸出電壓U，用圖解法求出霍爾地點傳感器的敏捷度公式表1霍爾地點傳感器靜態(tài)特色丈量序號i12345678M(g)405060708090100110Z(mm)U(mV)丈量楊氏模量2.1用逐差法求出加砝碼質(zhì)量M時，對應(yīng)的梁中心因為外力作用而降落的距離戴爾特Z。序號i1234均勻值公式2.2計算均勻值及不確立度：公式2.3其余量：d=序號12345678910梁寬b（mm）b=d=序號12345678910梁厚a（mm）2.4利用式（4）計算

8、，求得黃銅資料的楊氏模量及總不確立度公式2.5把丈量結(jié)果與公認值（數(shù)值）進行比較【注意事項】（1）梁的厚度必然測正確。在用千分尺丈量黃銅厚度a時，將千分尺旋轉(zhuǎn)時，當將要與金屬接觸時，必然用微調(diào)輪。當聽到答答答三聲時，停止旋轉(zhuǎn)。有個別學(xué)生實驗偏差較大，其原由是千分尺使用不妥，將黃銅梁厚度測得偏??；2）讀數(shù)顯微鏡的準絲瞄準銅掛件（有刀口）的標記刻度線時，注意要差別是黃銅梁的邊沿，仍是標記線；3）霍爾地點傳感器定標前，應(yīng)先將霍爾傳感器調(diào)整到零輸出地點，這時可調(diào)理電磁鐵盒下的起落桿上的旋鈕，達到零輸出的目的，其余，應(yīng)使霍爾地點傳感器的探頭處于兩塊磁鐵的正中間稍偏下的地點，這樣丈量數(shù)據(jù)更靠譜一些；4）加

9、砝碼時，應(yīng)當輕拿輕放，盡量減小砝碼架的晃動，這樣能夠使電壓值在較短的時間內(nèi)達到堅固值，節(jié)儉了實驗時間；5）實驗開始前，必然檢查橫梁能否有曲折，若有，應(yīng)改正?！舅紤]題】曲折法測楊氏模量實驗，丈量偏差主要有哪些？預(yù)計各要素的不確立度利用霍爾傳感器法測位移有什么長處？曲折法測楊氏模量實驗，主要丈量偏差有哪些？請預(yù)計各丈量的不確立度在本實驗中最需要保證的實驗條件是什么？為何要有限制的增添砝碼？實驗中怎樣確立支撐橫梁的兩刀口能否平行？【參照資料】1漆安慎杜嬋英力學(xué)高等教育第一版社2方佩敏新編傳感器原理、應(yīng)用、電路詳解電子工業(yè)第一版社3游大海趙在忠陸申龍霍爾地點傳感器丈量固體資料的楊氏模量物理實驗，第20

10、卷第8期4龔鎮(zhèn)雄一般物理實驗人民教育第一版社【附錄】曲折法丈量楊氏模量公式的推導(dǎo)固體、液體及氣體在受外力作用時，形狀與體積會發(fā)生或大或小的改變，這統(tǒng)稱為形變。當外力不太大，因此惹起的形變也不太大時，撤掉外力，形變就會消逝，這類形變稱之為彈性形變。彈性形變分為長變、切變和體變?nèi)N。一段固體棒，在其兩頭沿軸方向施加大小相等、方向相反的外力F，其長度l發(fā)生改變l，以S表示橫截面面積，稱F為應(yīng)力，相對長變l為應(yīng)變。在彈性限度內(nèi)，依據(jù)胡克Sl定律有：FYl（1-3）Sl稱為楊氏模量，其數(shù)值與資料性質(zhì)相關(guān)。在橫梁發(fā)生微小曲折時，梁中存在一此中性面，面上部發(fā)散生壓縮，面下部發(fā)散生拉伸，因此整體說來，能夠理解

11、橫梁發(fā)生長變，即能夠用楊氏模量來描繪資料的性質(zhì)。如圖1-4所示，虛線表示曲折梁的中性面，易知其既不拉伸也不壓縮，取曲折梁長為dx的一小段：圖1-4設(shè)其曲率半徑為R(x)，所對應(yīng)的張角為d，再取中性面上部距為y厚為dy的一層面為研究對象，那么，梁曲折后其長變成(R(x)y)d，因此，變化量為：(R(x)y)ddxddxR(x)；又(R(x)y)ddx(R(x)y)dxdxydx因此R(x)R(x)；y因此應(yīng)變成：R(x)；dFyY依據(jù)虎克定律有：dSR(x)；又dSbdy；dF(x)Ybydy因此R(x)；d(x)對中性面的轉(zhuǎn)矩為：(x)積分得：1R(x)對梁上各點，有：因梁的曲折微?。簓(x)R(x)因此有：梁均衡時，梁在x處的轉(zhuǎn)矩應(yīng)與梁右端支撐力(x)因此有：依據(jù)（3）、（4）、（5）式能夠獲得：dFyYby2dyR(x)；2aYby2dyYba32aR(x)12R(x)