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(xué)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(guān)鍵是測準(zhǔn)材料在應(yīng)力作用下的微小位移。在測量可鍛鑄鐵的楊氏模量時(shí)，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(jìn)行分析，對霍爾位置傳感器的特性進(jìn)行了定標(biāo)。在測量鑄鐵的楊氏模量時(shí)，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(shí)驗(yàn)效果。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：楊氏模量；彎曲法

2、；定標(biāo)；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(gè)重要物理參數(shù)[6]，它是標(biāo)志材料抵抗彈性形變能力的重要物理量，是選定機(jī)械構(gòu)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(xué)和工科院校物理實(shí)驗(yàn)中必做的實(shí)驗(yàn)之一[1]。該實(shí)驗(yàn)可以學(xué)習(xí)和掌握基本長度和微小位移量測量的方法和手段，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。測量楊氏模量有多種方法，比如利用動(dòng)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(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了改進(jìn)，可以改進(jìn)傳統(tǒng)梁彎曲法實(shí)驗(yàn)中的測量方法，使古老的實(shí)驗(yàn)又增添新的技術(shù)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(shí)現(xiàn)了力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量測量，可使學(xué)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(qiáng)等特點(diǎn)，

7、近年來被廣泛應(yīng)用于物理量的測量、自動(dòng)控制及信息處理等領(lǐng)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(shí)際意義?；魻栁恢脗鞲衅鞣ㄊ窃趶澢ǖ幕A(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)裝置的方法進(jìn)行了改進(jìn)，不僅具有彎曲法的思想內(nèi)容，也有它獨(dú)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(yīng)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(dòng)，或者用調(diào)節(jié)架上的套筒螺母旋動(dòng)使磁鐵上下微動(dòng)，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(fù)載的條件下儀器指示處于零值。大約預(yù)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(dòng)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(dòng)讀數(shù)旋鈕使刀口點(diǎn)的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字刻線吻合[1]。2實(shí)驗(yàn)原理2.12.1原理：原理：霍爾傳感器置于磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)，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(dòng)，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(yīng)強(qiáng)度B沿位移方向的梯度，為常數(shù)。z?dzdB為了實(shí)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(diǎn)A的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，霍爾元件處于該處時(shí)電勢應(yīng)為零。當(dāng)霍爾元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移，由于磁