材料杨氏模量的测量

霍耳位置传感器的定标和杨氏模量的测定一、实验目的1熟悉霍耳位置传感器的特性；2掌握用弯曲法测量黄铜的杨氏模量； 3测黄铜杨氏模量的同时，对霍耳位置传感器定标 4用霍耳位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量。二、仪器和用具1. 霍耳位置传感器测杨氏模量装置一台（底座固定箱、读数显微镜、95A型集成霍耳位置传感器、磁铁两块、支架、砝码盘、砝码等）；2. 霍耳位置传感器输出信号测量仪一台（包括直流数字电压表）。三、实验原理1、霍尔元件置于磁感应强度为B的磁场中，在垂直于磁场方向通以电流I,则与这二 者垂直的方向上将产生霍尔电势差UHH：UKfB（ 1）H（1）式中K为元件的霍尔灵敏度。如果保持霍尔元件的电流I不变，而使其在一个均匀梯度 的磁场中移动时，则输出的霍尔电势差变化量为：dBAU 二 K -1 -AZHdZdB（2）式中AZ为位移量，此式说明若右为常数时，A UH与AZ成正比。dZH为实现均匀梯度的磁场，可以如图1 所示两块相同的磁铁（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，间隙越小，磁场 梯度就越大，灵敏度就越高。磁铁截面要远大于霍尔元件，以尽可能的减小边缘效应影响， 提高测量精确度。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。霍尔电势差与位移量之间存在对应关系，当位移量较小（V2mm）,这对应关 系具有良好的线性。2、在横梁弯曲的情况下，杨氏模量E可以用下式表示：d 3 - MgE =；（3）4a 3 - b - AZ其中：d为两刀口之间的距离；M为所加砝码的质量；a为梁的厚度；b为梁的宽度；AZ为 梁中心由于外力作用而下降的距离；g为重力加速度。1. 铜刀口上的基线 2.读数显微镜 3.刀口 4.横梁 5.铜杠杆(顶端装有 95A 型集成霍尔传感 器)6.磁铁盒7.磁铁(N极相对放置)8.三维调书架9.硅码四、实验内容1. 测量黄铜样品的杨氏模量和霍尔位置传感器的定标(1.) 调节三维调书架的上下前后位置的调节螺丝，使集成霍尔位置传感器探测元件处于磁铁 中间位置。(2.) 用水准器观察是否在水平位置，若偏离时可用底座螺丝调节到水平位置。(3.) 调节霍尔位置传感器的毫伏表。磁铁盒上可上下调节螺丝使磁铁上下移动，当毫伏表读 数值很小时，停止调节固定螺丝，最后调节调零电位器使毫伏表读数为零。(4.) 调节读数显微镜，使眼睛观察十字线及分划板刻度线和数字清晰。然后移动读数显微镜 前后距离，使能清晰看到铜刀上的基线。转动读数显微镜的鼓轮使刀口架的基线与读数显微 镜内十字刻度线吻合，记下初始读数值。(5.)逐次增加硅码Mi (每次增加10g硅码)，相应从读数显微镜上读出梁的弯曲位移AZ】及 数字电压表相应的读数值U.(单位mv)。以便于计算杨氏模量和霍尔位置传感器进行定冰i(6.)测量横梁两刀口间的长度d及测量不同位置横梁宽度b和横梁厚度a。2. 用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量。(1) 以逐次增加硅码M.,相应读出数字电压表读数值。由霍尔传感器的灵敏度，计算出下的i距离AZ.oi(2) 测量不同位置横梁宽度b和横梁厚度a,用逐差法按公式(3)计算可锻铸铁的杨氏模量。五、数据表格及数据处理1霍耳位置传感器的定标表 1 霍耳位置传感器静态特性测量M(g)10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.00Z(mm)U(mV)数据处理要求(1)用逐差法按公式(3)进行计算，求得黄铜材料的杨氏模量。并求出霍尔位置传感器的 灵敏度AUi/AZio(2)将测量结果与公认值进行比较。2杨氏模量的测量(1) 自行设计表格，将测量数据填入表内。(2) 用逐差法按公式(3)计算可锻铸铁的杨氏模量。六、注意事项1用千分尺测量待测样品厚度必须不同位置多点测量取平均值。测量黄铜样品时，因黄铜比 钢软，旋紧千分尺时，用力适量，不宜过猛。2用读数显微镜测量硅码的刀口架基线位置时，刀口架不能晃动。七、思考题1.弯曲法测杨氏模量实验，主要测量误差有哪些？请估算各因素的不确定度2. 用霍尔位置传感器法测位移有什么优点？