李云偉 霍爾位置傳感器法測(cè)楊氏模量 論文

1、霍爾位置傳感器法測(cè)楊氏模量霍爾位置傳感器法測(cè)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(cè)量黃銅和鑄鐵的楊氏模量，此種方法的關(guān)鍵是測(cè)準(zhǔn)材料在應(yīng)力作用下的微小位移。在測(cè)量可鍛鑄鐵的楊氏模量時(shí)，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量微小位移，并采用spss軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)霍爾位置傳感器的特性進(jìn)行了定標(biāo)。在測(cè)量鑄鐵的楊氏模量時(shí)，直接利用霍爾位置傳感器特性測(cè)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(cè)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(zhǎng)度和微小位移量測(cè)量的方法和手段，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。測(cè)量楊氏模量有多種方法，比如利用動(dòng)態(tài)法測(cè)楊氏模量[13]，拉伸法測(cè)楊氏模量[8]，駐波法測(cè)楊氏模量[15]，彎曲法測(cè)楊氏模量等[14

6、]。而霍爾位置傳感器法測(cè)楊氏模量，它是在彎曲法測(cè)量楊氏模量的基礎(chǔ)上，對(duì)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(cè)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(cè)量的數(shù)據(jù)更精確，測(cè)量的速度更快，利用霍爾位置傳感器測(cè)量微小位移，實(shí)現(xiàn)了力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量測(cè)量，可使學(xué)生了解和掌握微小位移的非電量電測(cè)新方法，提高了測(cè)量精度和測(cè)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(jiǎn)單、頻響寬、使用壽命長(zhǎng)，特別是抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，

7、近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于物理量的測(cè)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(cè)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(duì)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(guò)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(cè)量?jī)x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(guò)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(chǎng)中，在垂直于磁場(chǎng)的方向通入電流I，則會(huì)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(shì)[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(chǎng)中移動(dòng)，則輸出

10、的霍爾電勢(shì)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(chǎng)，選用兩塊相同的磁鐵。磁鐵平行相對(duì)而放，即N極相對(duì)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(shì)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