1、實驗二霍爾傳感器測楊氏模量彈性模量是反應材料抵抗形變能力的物理量，在工程上作為選擇材料的依據之一。利用霍爾位置傳感器測量微小位移，可以改進傳統粱彎曲法實驗中的測量方法，使古老的實驗又增添新的技術內容。而霍爾元件及集成霍爾傳感器具有尺寸小、外圍電路簡單、頻響寬、使用壽命長，特別是抗干擾能力強等特點，近年來被廣泛應用于物理量的測量、自動控制及信息處理等領域。【實驗目的】1 了解霍爾位置傳感器的結構原理、特性及使用方法。2 學習掌握粱彎曲法測量金屬板的楊氏彈性模量。3 學會確定靈敏度的方法，并確定儀器的靈敏度。4 掌握逐差法處理數據。【實驗儀器】霍爾位置傳感器、霍爾位置傳感器輸出信號測量儀、游標卡尺

2、、螺旋測微器。【實驗原理】霍爾傳感器置于磁感應強度為B的磁場中，在垂直于磁場的方向通入電流I，則會產生霍爾效應，即在與這二者相互垂直的方向上將產生霍爾電勢：(521)Uh =KhIB其中Kh為霍爾傳感器的靈敏度，單位為 mV.，mA T 。如果保持通入霍爾元件的電流 霍爾電勢的變化量為：I不變，而使其在一均勻梯度的磁場中移動，則輸出的dBUh 二 KhIz(5.2.2)dz其中：厶z為位移量；為磁感應強度 B沿位移方向的梯度，為常數。dz為了實現上述均勻梯度磁場，選用兩塊相同的磁鐵。磁鐵平行相對而放，即N極相對放置。兩磁鐵之間的空隙內放入霍爾元件，并使此元件平行于磁鐵， 且與兩磁鐵的間距相等,

3、即霍爾元件放置兩磁鐵空隙的中心，如圖所示。若間隙中心截面的中心點 A的磁感應強度為零，霍爾元件處于該處時輸出的霍爾電勢應為零。當霍爾元件偏離中心沿 Z軸發生位移，由于磁感應強度不再為零，霍爾元件也就 有相應電勢輸出，其大小可由數字電壓表讀出。 一般地，將霍爾電勢為零時元件所處的位置 作為位移參考點。2mm),對應關霍爾電勢與位移量之間存在一一對應的關系，當位移量較小時(小于 系具有良好的線性，如圖 所示。圖 5.2.1圖522在粱彎曲的情況下，楊氏模量E用下列公式計算:.3(523)d mgE 34a3b 心 z式中：d為兩刀口間的距離，a為粱的厚度，b為粱的寬度， m為砝碼的質量，g為重力加

4、速度(g =9.294m/s2)，Az為粱中心由于外力的作用而下降的距離。【實驗裝置】楊氏模量實驗裝置如圖5.2.3所示。【實驗內容及步驟】1.實驗內容(1) 用霍爾位置傳感器測量黃銅板的 楊氏模量，并確定該儀器的靈敏度Kh = !U，z。(2) 用霍爾位置傳感器測鍛鑄鐵板的楊氏模量。2.實驗步驟(1)調節實驗儀器 將圖中橫梁黃銅板2穿在砝碼銅刀口 9內，安放在兩立柱刀口中間。砝碼 刀口應在兩支柱刀口的正中央。再裝上銅杠桿1.讀數顯微鏡2 .橫梁3 .刀口 4.砝碼 5.磁鐵固定金屬架 6 .磁鐵(兩塊)7.磁 鐵支架套筒螺母8 .銅杠桿(頂端裝有霍爾傳感器)9 .銅方框上的基線10 .讀數顯

5、微鏡支架套筒螺母11.固定螺絲圖 5.2.38,有傳感器的一端插入磁鐵的中間，該杠桿中間的銅刀口放在刀座上。圓柱形托尖應在砝碼刀口的小圓洞內，傳感器若不在磁鐵中間, 可松弛固定螺絲使磁鐵上下移動，或用調節架上的套筒螺母旋轉使磁鐵上下移動，再固定,然后用水平儀觀察磁鐵是否在水平位置，如不在，可用底座螺絲調節，但同時應注意杠桿水平。 將銅杠桿上的三眼插座插在立柱的三眼插針上，用儀器電纜一端連接輸出信號 測量儀， 另一端插在立柱的另一三眼插針上， 接通電源， 調節磁鐵或儀器上調零電位器使在 初始負載的情況下儀器指示為零點。 注意： 儀器大約預熱 10分鐘左右后， 指示值即可穩定。 調節讀數顯微鏡，使

6、得用眼睛能觀察到鏡內的十字劃絲和坐標刻度，然后移動 讀數顯微鏡距離， 使其能清楚地看到銅刀口 9 上的基線。 再轉動旋鈕使刀口點的基線與讀數 顯微鏡內十字劃線刻度吻合，并計下初始值。(2) 測銅樣品的楊氏模量。 當儀器大約預熱完成后，計下讀數顯微鏡初始值和電壓初始值(一般是零) ； 在掛鉤下輕輕的加上 20 克砝碼，調節讀數顯微鏡微分旋鈕，使基線與讀數顯微 鏡內十字劃線刻度吻合，計錄下讀數顯微鏡讀數和電壓值； 重復步驟，記錄下加砝碼 40g、60g、80g、100g的讀數顯微鏡讀數和電壓值； 測量銅樣品的幾何參量：銅樣品的寬與厚； 測量支架兩刀口間的距離； 記錄游標卡尺和螺旋測微器零點誤差。(3) 測鍛鑄鐵板的楊氏模量 (參照測銅樣品的楊氏模量實驗步驟， 自行寫出實驗步驟。 )【注意事項】1 儀器調零時，儀器上調零電位器旋鈕應處于中間狀態。2測量前，應側重檢查：杠桿的水平、刀口的垂直、掛砝碼的刀口處于粱的中間等 方面。要防止外部空氣流動的影響。杠桿安放在磁鐵中間，注意不要與有機玻璃外殼接觸。3在加砝碼時，動作要輕，不能使砝碼盤晃動過大。4讀數時，一定要使觀察鏡內的十字劃線