5.霍尔位置传感器的定标和杨氏模量的测定

۩大学物理实验霍尔位置传感器的定标和杨氏模量的测定武汉科技学院理学院物理实验教学中心简介德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现，任何导体通过电流时，若存在垂直于电流方向的磁场，则导体内部产生与电流和磁场都垂直的电场，这一现象称为霍尔效应，它是一种磁电效应（磁能转换为电能）。人们在研究材料的弹性性质时，提出了应力F/S（即力与力所作用的面积之比）和应变△L/L（即长度或尺寸的变化与原来的长度或尺寸之比）的概念。在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常数，即/(/)FSYLLY被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关，其大小标志了材料的刚性。熟悉霍尔位置传感器的特性；弯曲法测量黄铜的杨氏模量；测黄铜杨氏模量的同时，对霍尔位置传感器定标；用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量。实验目的实验原理1.霍尔位置传感器HUkIB（1）一块霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中，当电流通过霍尔元件时，载流子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，从而在侧面形成电势差（霍尔电压）。如果保持霍尔元件的电流不变，则输出的霍尔电势差变化量为：HdBUkIZdZ（2）如果为常数，即磁场为均匀梯度的磁场时，与成正比。dBdZHUZHdBUkIZKZdZHUKZ它将一个微小位移量转换成了一个电学量，从而可以通过间接测量得到微小长度变化量。两块相同的磁铁（磁铁截面积及表面磁感应强度相同）相对放置，即N极与N极相对，两磁铁之间留一等间距间隙，霍尔元件平行于磁铁放在该间隙的中轴上，间隙大小要根据测量范围和测量灵敏度要求而定。如何实现均匀梯度的磁场？若磁铁间隙内中心截面处的磁感应强度为零，霍尔元件处于该处时，输出的霍尔电势差应该为零。当霍尔元件偏离中心沿Z轴发生位移时，由于磁感应强度不再为零，霍尔元件也就产生相应的电势差输出，其大小可以用数字电压表测量。由此可以将霍尔电势差为零时元件所处的位置作为位移参考零点。我们是用弯曲法测杨氏模量，在横梁弯曲的情况下，杨氏模量可以用下式表示：(3)其中：为两刀口之间的距离，为所加砝码的质量，为梁的厚度，为梁的宽度，为梁中心由于外力作用而下降的距离，为重力加速度g=9.799m/s2，按常数处理。YZbaMgdY334dMabZg2.杨氏模量实验仪器砝码显微镜铜杠杆（杠杆顶端贴有霍耳传感器）横梁刀口磁铁数字电压表实验内容1.霍尔位置传感器的定标2.弯曲法测金属黄铜的杨氏模量实验步骤1.调节杨氏模量测试仪水平；2.让传感器探测元件处于磁铁中间位置；3.调节霍耳位置传感器的毫伏表；4.调节读数显微镜，并记下初始读数值；5.逐次增加砝码（每次增加10.00g），记录梁中心的位置及毫伏表的读数；6.在不同的位置测量多次（5次）测量两刀口间的距离d及横梁宽度b和厚度a。调节底座螺丝使仪器到水平位置注意事项加放砝码时动作一定要轻，不能碰动铜刀架用读数显微镜测量时，刀口架不能晃动思考题用霍尔位置传感器法测位移有什么有点？如何利用实验数据，采用作图法求杨氏模量？实验中杨氏模量的测量公式成立的条件是什么?本实验中的ΔX还可以用哪些方法来测量?