霍尔位置传感器的定标和杨氏模量的测定

霍耳位置传感器法测杨氏模量一、实验目的1．了解和掌握微小位移量的非电量电测方法。

2．弯曲法测黄铜的杨氏模量。

3．对霍耳传感器进行定标,测量可锻铸铁的杨氏模量。

二、实验仪器FD-HY-I 型霍耳位置传感器测杨氏模量装置，霍耳位置传感器输出信号测量仪。

三、实验原理1．霍耳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耳电势差H U ：IB K U H 0= （1）上式中0K 为霍耳元件的灵敏度。

如果保持霍耳元件的电流I 不变，而使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则输出的霍耳电势差变化量为：Z dZ dBIK U H ∆=∆0 （2） 上式中Z ∆为位移量，此式说明若dZdB为常数时，U ∆与Z ∆成正比。

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，霍耳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耳元件，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，霍耳元件处于该处时，输出的霍耳电势差应该为零。

当霍耳元件偏离中心沿Z 轴发生位移时，由于磁感应强度不再为零，霍耳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。

由此可以将霍耳电势差为零的元件所处的位置作为位移参考零点0Z 。

霍耳电势差与位移量之间存在一一对应关系，当位移较小（< 2mm ），这一一对应关系具有良好的线性(即Z K U ∆⋅=,)0Z Z Z i -=∆)。

2．在横梁弯曲的情况下，杨氏模量E 可以用下式表示：Zb a Mgd E ∆334= （3）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；Z ∆为梁中心由于外力作用而下降的距离；g 为重力加速度。

用霍尔位置传感器测杨氏模量用霍尔位置传感器测量材料的杨氏模量利用霍尔位置传感器和弯曲法测量杨氏模量实验数据杨氏模量测量实验报告随着科技进步的蓬勃发展，微位移测量这一核心技术也日趋先进。

本次测试揭示了业界近年开发的先进霍尔位置传感器。

它通过电磁铁和集成霍尔元件之间不断变化的负载信号来测量微小的偏转。

这种控制技术主要用于杨氏弯曲法。

杨氏模量测试。

在此实验室报告中，模具的杨氏模量是使用霍尔位置传感器测量的。

合金铸铁的杨氏模量采用弯曲法测定。

除了测量铜的杨氏模量外，还要校准霍尔位置传感器以解决其精度问题。

利用霍尔位置传感器测量铁的杨氏模量等。

利用实验可以使学生增强对霍尔传感器基本原理的广泛应用、科学院新型传感器的标定、以及不同长度值的测量方法。

传感器法测量位移有什么优点霍尔位置传感器和弯曲法测量杨氏模量实验数据弯曲法测量杨氏模量实验中的主要测量值有哪些。

请计算每个环境因素的不确定性。

传感器测量位移的方法有什么特点？建议】使用千分尺时，2.使用高度计光学测量重物刀口架基线位置时，刀口架不能晃动。

4.使用霍尔位置霍尔传感器及弯曲法杨氏模量测量实验报告方法本实验在弯曲法良好基础上安装霍尔位置测量杨氏模量液态金属材料的模量。

传感器。

通过对霍尔位置传感器的输入阻抗与位移的微分关系的标定和微小位移的测量，使学生了解和掌握微小位移的非电测量新方法。

微位移测量技术也得到快速发展霍尔位置传感器标定及弯曲法测量杨氏模量误差分析SUES大学物理选修实验讲座笔记磁弯曲法测量杨氏模量及霍尔位置传感器校准随着科技进步的蓬勃发展，微挠度测量的电子技术也给经济带来了飞速的发展。

本科学实验介绍了近年来出现的新型先进霍尔位置传感器，利用负载的回波来测量电磁铁与霍尔传感器之间位置变化的微小偏移量。

该科学实验结合了电子技术测量金属梁的微小位移、霍尔位置传感器的校准和弯曲法测量铝的杨氏模量。

通过实验报告，小学生可以加深对霍尔传感器广泛应用的认识，学习新型传感器的标定、不同取值宽度的测量和不同宽度测量设备的采用。

实验6 霍尔传感器测杨氏模量杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，在工程上作为选择材料的依据之一，是工程技术中常用的参数。

利用霍尔位置传感器测量微小位移，可以改进传统粱弯曲法实验中的测量方法，使古老的实验又增添新的技术内容。

而霍尔元件及集成霍尔传感器具有尺寸小、外围电路简单、频响宽、使用寿命长，特别是抗干扰能力强等特点，近年来被广泛应用于物理量的测量、自动控制及信息处理等领域。

【实验目的】1．了解霍尔位置传感器的结构原理、特性及使用方法。

2．学习掌握粱弯曲法测量金属板的杨氏弹性模量。

3．学会确定灵敏度的方法，并确定仪器的灵敏度。

4．掌握逐差法处理数据。

【实验仪器】霍尔位置传感器、霍尔位置传感器输出信号测量仪、游标卡尺、螺旋测微器。

【实验原理】霍尔传感器置于磁感应强度为B 的磁场中，在垂直于磁场的方向通入电流I ，则会产生霍尔效应，即在与这二者相互垂直的方向上将产生霍尔电势：IB K U H H = (5.2.1)其中H K 为霍尔传感器的灵敏度，单位为T mA mV ⋅。

如果保持通入霍尔元件的电流I 不变，而使其在一均匀梯度的磁场中移动，则输出的霍尔电势的变化量为：z dzdBIK U H H ∆=∆ (5.2.2) 其中：z ∆为位移量；dzdB为磁感应强度B 沿位移方向的梯度，为常数。

为了实现上述均匀梯度磁场，选用两块相同的磁铁。

磁铁平行相对而放，即N 极相对放置。

两磁铁之间的空隙内放入霍尔元件，并使此元件平行于磁铁，且与两磁铁的间距相等，即霍尔元件放置两磁铁空隙的中心，如图6.1所示。

若间隙中心截面的中心点A 的磁感应强度为零，霍尔元件处于该处时输出的霍尔电势应为零。

当霍尔元件偏离中心沿Z 轴发生位移，由于磁感应强度不再为零，霍尔元件也就有相应电势输出，其大小可由数字电压表读出。

一般地，将霍尔电势为零时元件所处的位置作为位移参考点。

霍尔电势与位移量之间存在一一对应的关系，当位移量较小时（小于2mm ），对应关系具有良好的线性，如图6.2所示。

实验十七 用霍尔位置传感器测量杨氏模量一．实验目的1．学习用霍尔位置传感器测微小位移的方法.2．掌握用横梁弯曲法测定材料的杨氏模量。

二．实验仪器霍尔位置传感器测定杨氏模量实验仪(如下图)1．读数显微镜；2．横梁；3．刀口；4．砝码；5．有机玻璃盒(内装磁铁)；6．磁铁(两块)；7．三维调节架；8．铜杠杆(杠杆顶端贴有霍尔传感器)；9．铜刀口上刻度线三．实验原理1．横梁弯曲法测杨氏模量．一根长为L 、横截面为矩形的均匀梁水平对称地放置在相距为d 的两刀口上，一质量为M 的负载挂在梁的中心，梁发生弯曲，即自由端上升，梁的中心下垂，如下图所示。

梁的中心下垂距离ΔX 可由公式ΔX=Mgd 3/4a 3bE决定。

其中，a 为梁的厚度，b 为梁的宽度，E 为杨氏模量： 且当支点接近梁的端点时，d 可换为横梁长度。

A A x对上式变形得：E=Mgd3/4a3bΔX只要确定等式右方各相关量的量值，就可计算出E的值。

2．霍尔式微量位移传感器原理简介由霍尔效应可知，当激励电流恒定时，霍尔电压V H与磁感应强度B成正比，若磁感应强度B是位置X的函数，则霍尔电压的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。

当霍尔元件在磁场中移动时，其输出的霍尔电压V H的变化就反映了霍尔元件的位移量ΔX。

霍尔式微量位移传感器的灵敏度高，但它能检测的位移量较小，适合于微小位移量及机械振动的测量：还可进行压力或压差、加速度的测量。

四．实验内容及步骤1．按图调节仪器，并连线。

2．对霍尔传感器输出电压U定标。

仪器调节好后，逐一加上砝码(20g/次)使梁弯曲产生位移ΔX，精确测量传感器信号端输出电压U与位置X的关系(X为读数显微镜的读数)，至少记录6个点。

可以看到，U—X有着良好的线性关系。

仔细取放砝码，注意不要使中间刀口移位，这通常是主要的误差来源．2．测量黄铜或可锻铸铁的杨氏模量，并与标准值比较求相对误差。

ΔX要求用逐差法处理：d用米尺测量，b用游标卡尺测量，a用千分尺测量。

霍尔传感器在杨氏模量测量中的应用霍尔传感器（Hall Sensor）是一种基于霍尔效应工作的传感器，可用于测量磁场强度、电流、角度等多种物理量。

在杨氏模量测量中，霍尔传感器可以起到关键的作用。

本文将详细介绍霍尔传感器在杨氏模量测量中的应用。

杨氏模量是一个描述材料刚性和变形能力的物理量。

它用于评估材料在受力时的弹性性能，即在拉伸或压缩过程中材料发生弹性变形的能力。

杨氏模量可以通过多种方法进行测量，其中包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。

在传统的杨氏模量测量方法中，通常使用应变计来测量试样受力时的应变。

应变计是一种电阻性传感器，其工作原理是利用所附着的弹性金属片的电阻值随应变变化而发生改变。

然而，由于应变计本身比较脆弱且易受外界环境的影响，对测试环境的稳定性要求较高。

相比之下，霍尔传感器具有更高的稳定性和耐用性，使其在杨氏模量测量中得到广泛应用。

霍尔传感器利用霍尔效应，即磁场作用力导致电势差的发生，从而实现对磁场强度的测量。

在杨氏模量测量中，将霍尔传感器与磁体结合使用，可以测量试样受力时的变形情况。

首先，将霍尔传感器安装在试样上，使其与试样表面保持一定的接触。

然后，通过施加外力对试样进行拉伸或压缩，使试样发生弹性变形。

同时，将磁体安装在试验设备的固定部分上，并使其与霍尔传感器之间形成一定的磁场。

当试样受力变形时，试样表面的形变会影响到霍尔传感器所处的磁场，从而导致霍尔传感器输出的电压发生变化。

通过测量霍尔传感器输出的电压变化，我们可以推导出试样所受到的应力和应变情况，从而计算出杨氏模量。

这样一来，我们就能够使用霍尔传感器快速、准确地进行杨氏模量的测量。

与传统的应变计相比，霍尔传感器无需直接粘附到试样上，减少了试样表面的损伤，并且不受试验环境的影响，以及具有较低的温度和抗辐射性等优点。

除了直接测量试样的变形情况，霍尔传感器还可以用于测量试验设备本身的变形情况。

例如，在拉伸试验中，可以将霍尔传感器安装在试验设备的移动部分上，用于测量试验机械结构的位移。

《霍尔位置传感器法测量杨氏模量》实验要求与指引z 实验预习要求：（实验前完成）1、 明确本实验要求做的内容（①黄铜样品的杨氏模量Zb a Mg d E ∆⋅⋅⋅=334铜（其中ΔZ 用读数目镜测量）和对霍尔位置传感器的定标（ZUK ∆∆=）②用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量Zb a Mgd E ∆⋅⋅⋅=334铁（其中ΔZ 用定标后的霍尔位置传感器测量））；2、 阅读实验原理部分，弄懂（1）什么叫霍尔效应？（2）霍尔位置传感器测量微小位移的原理（Z K Z dZdBI K U H H ∆⋅′=′∆⋅⋅⋅=∆）；（3）横梁弯曲法测量金属材料杨氏模量的原理（Zb a gM d E ∆⋅⋅⋅⋅=334，公式中各物理量的意义，其中△Z 本实验中用什么方法测量）；【注意：实验书中，（50-3）式的Z ′∆与（50-4式的Z ∆相同吗】图50-2 霍尔位置传感器法杨氏模量实验仪的结构1．铜刀架的基线 2．读数显微镜3．立柱刀口 4．横梁 5．金属杠杆（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．调节架9．套筒螺母 10．砝3、 阅读【实验内容与步骤】，弄懂并掌握仪器的调整和测量方法和步骤；4、 阅读【注意事项】5、 写好预习报告（预先写好实验报告里的实验目的、实验仪器、实验原理（要有文字描述、有关公式）、实验主要步骤等部分以及在预习报告纸上设计画好实验数据的记录表格和做好要求做的【预备问题】的1、2、3。

z 实验测量要求1、 实验内容1（仪器调整）要求在10分钟内完成；2、 实验内容2（测量黄铜样品的杨氏模量和霍尔位置传感器的定标）要求在45分钟内完成；3、 实验内容3（用霍尔位置传感器测量可锻铸铁的杨氏模量）要求在30分钟内完成：4、 数据处理；（课后完成，写在实验报告上）按要求△Z 用逐差法数据计算，霍尔位置传感器的定标系数（霍尔位置传感器的输出灵敏度）K 要求用最小二乘法处理数据计算；5、 做思考题1、4。