李云偉 霍爾位置傳感器法測楊氏模量 論文

1、霍爾位置傳感器法測楊氏模量霍爾位置傳感器法測楊氏模量李云偉王新春（楚雄師范學院楚雄675000）摘要：摘要：采用彎曲法測量黃銅和鑄鐵的楊氏模量，此種方法的關鍵是測準材料在應力作用下的微小位移。在測量可鍛鑄鐵的楊氏模量時，用讀數(shù)顯微鏡測量微小位移，并采用spss軟件對測量數(shù)據(jù)進行分析，對霍爾位置傳感器的特性進行了定標。在測量鑄鐵的楊氏模量時，直接利用霍爾位置傳感器特性測量位置的微小變化，得到了較好的實驗效果。關鍵詞關鍵詞：楊氏模量；彎曲法

2、；定標；霍爾位置傳感器MeasuringYoungsmoduluswithHolzerpositionsensAbstractAbstract:MeasuringtheyoungsmodulusofBrasscastironbybendingmethodthekeyofthismethodisthataccuratelymeasuresubtledisplacementofmaterialsunderstressfunction.Whe

3、npeoplemeasuretheYoungsmodulusofmalleablecastirontheycanbothusereadingmicroscopetomeasuresubtledisplacementuseSPSSsoftwaretoanalyzemeasureddataaswellasmakeacalibrationftheacteristicsoftheHolzerpositionsens.Whenpeoplemeas

4、uredtheYoungsmodulusofmalleablecastirontheygotabetterexperimentaleffectbydirectlyusingtheHolzerpositionsensacteristicsmeasuringtinychangesinposition.KeyKeywdswds:youngsmodulusbendingmethodcalibrationHolzerpositionsens.引言

5、引言楊氏模量是工程材料的一個重要物理參數(shù)[6]，它是標志材料抵抗彈性形變能力的重要物理量，是選定機械構件材料的依據(jù)之一，在工程上也作為選擇材料的依據(jù)[1]。固體材料楊氏模量的測量是綜合大學和工科院校物理實驗中必做的實驗之一[1]。該實驗可以學習和掌握基本長度和微小位移量測量的方法和手段，提高學生的實驗技能。測量楊氏模量有多種方法，比如利用動態(tài)法測楊氏模量[13]，拉伸法測楊氏模量[8]，駐波法測楊氏模量[15]，彎曲法測楊氏模量等[14

6、]。而霍爾位置傳感器法測楊氏模量，它是在彎曲法測量楊氏模量的基礎上，對實驗裝置和實驗方法進行了改進，可以改進傳統(tǒng)梁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(nèi)容。使得測量的數(shù)據(jù)更精確，測量的速度更快，利用霍爾位置傳感器測量微小位移，實現(xiàn)了力學量轉(zhuǎn)化為電學量測量，可使學生了解和掌握微小位移的非電量電測新方法，提高了測量精度和測量速度。且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，

7、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[1]。所以用霍爾位置法測定固體的楊氏模量有著重要的實際意義。霍爾位置傳感器法是在彎曲法的基礎上，對實驗裝置的方法進行了改進，不僅具有彎曲法的思想內(nèi)容，也有它獨具一格的地方：它是通過霍爾位置傳感器的輸出電壓與位移II（3）將橫梁穿在砝碼銅刀口內(nèi)，安放在兩立柱刀口的正中央位置。接著裝上銅杠桿，將有傳感器一端插入兩立柱刀口中間，該杠桿中間的銅刀口放在刀座上。圓柱型拖尖應在砝碼刀口的小圓

8、洞內(nèi)，傳感器若不在磁鐵中間，可以松弛固定螺絲使磁鐵上下移動，或者用調(diào)節(jié)架上的套筒螺母旋動使磁鐵上下微動，再固定之。注意杠桿上霍爾傳感器的水平位置（圓柱體有固定螺絲[1]）。（4）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測量儀器，另一端插在立柱另外三眼插針上；接通電源，調(diào)節(jié)磁鐵或儀器上調(diào)零電位器使在初始負載的條件下儀器指示處于零值。大約預熱十分鐘左右，指示值即可穩(wěn)定[1]。（5）調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡目鏡，直到眼睛觀察鏡內(nèi)的十

9、字線和數(shù)字清晰，然后移動讀數(shù)顯微鏡使通過其能夠清楚看到銅刀口上的基線，再轉(zhuǎn)動讀數(shù)旋鈕使刀口點的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字刻線吻合[1]。2實驗原理2.12.1原理：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(chǎn)生霍爾效應，即在與這二者相互垂直的方向上將產(chǎn)生霍爾電勢[1](1)IBKUHH?其中為霍爾傳感器的靈敏度，單位為HKTmAmV?如果保持通入霍爾元件的電流I不變，而使其在一均勻梯度的磁場中移動，則輸出

10、的霍爾電勢的變化量為[1](2)zdzdBIKUHH???其中：為位移量；為磁感應強度B沿位移方向的梯度，為常數(shù)。z?dzdB為了實現(xiàn)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(nèi)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，即霍爾元件放置兩磁鐵空隙的中心，如圖21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電勢應為零。當霍爾元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移，由于磁