1、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,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，
2、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,霍尔位置传感器,（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：,（2）,如果 为常数，即磁场为均匀梯度的磁场时， 与 成正比。,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
3、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
4、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。,2.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,霍尔位置传感器的定标 弯曲法测金属黄铜的杨氏模量,实验步骤,调节杨氏模量测试仪水平； 让传感器探测元件处于磁铁中间位置； 调节霍耳位置传感器的毫伏表； 调节读数显微镜，并记下初始读数值； 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； 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X还可以用哪些方法来测量?,谢谢！,
