c）由公式求弹簧倔强系数K。
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数据表格
表 1 位移法数据表格
M∕g
11
12
பைடு நூலகம்
13
14
15
16
17
18
19
20
Y1∕mm Y2∕mm Y 平均∕mm
表 2 周期法数据表格(霍尔开关)
次数
1
2
3
4
5
6
T50 ∕s T ∕s
T ∕s
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思考题
1. 实验中除了可由M-Y曲线判断弹簧的弹性回复力与弹簧偏离 平衡位置的位移成线性关系外，还可以由什么来判断这一关 系？
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实验内容
2. 测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数K (1) 用电子秒表测弹簧振子振动50个周期的时间，求得弹簧振子的周期T，
利用公式求得弹簧倔强系数K。 (2) 用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。
a）测量集成开关霍尔传感器的参数。 • 如图，把小块钕铁硼磁钢粘在固定支架上，
T 2 M K
• 实际上弹簧本身具有质量M0，它必对周期产生影响，可修正 为
T2M PM 0或 K4（ 2M PM 0）
K
T2
• 式中P是一个介于0与1之间的系数（0<P<1），其准确值可以通过实验予
以确定，对柱形弹簧P1/3。PM0称为弹簧的有效质量（亦称折合质量）
。
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实验原理
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实验内容
b）用集成霍尔开关测量弹簧振动周期。 • 如图，将钕铁硼磁钢粘于20g砝码下端使S
极面向下。把集成霍尔开关感应面对准S 极，使它与磁钢的间距适当。将集成霍尔 开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪 相接。轻轻拉动弹簧使其振动（振幅不宜 太大，也不宜太小，要保证霍尔开关能够 翻转），记录振动50次的时间，求出弹簧 振子周期。
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实验原理
• 开关型霍尔传感器（集成霍尔开关）是把霍尔片产生的霍尔电压VH放大 后驱动触发电路，输出电压是能反映B的变化的方脉冲。集成霍尔开关
由稳压器、霍尔电势发生器（即硅霍尔片）、差分放大器、施密特触发 器和OC门输出五个基本部分组成。在输入端（1、2之间）输入电压Vcc ，经稳压器稳压后加在霍尔发生器的两电流端。根据霍尔效应原理，当 霍尔片处于磁场中时，霍尔发生器的两电压端将会有一个霍尔电势差VH 输出。VH 经放大器放大以后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送 到OC门输出。
• Bop与Brp是有一定差值的，此差值BH=Bop-Brp称为霍尔开关的 磁滞。B的变化不超过BH，霍尔开关不翻转，这就使得开关 输出稳定可靠。集成霍尔开关传感器的输出特性如图(2)。
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实验内容
1. 用位移法测定弹簧倔强系数K。
• 实验装置如图所示。游标卡尺3固定在
支架上，在游标卡尺的活动爪上装有一
Vcc 1
稳 压
2
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输出 3
霍
+
尔 片
-
施密特触发器
2
V0/V 12
9
6
释放点
3
(OFF)
工作点 (ON)
0 5 10 15 20
B/mT
图 2 开关型霍尔传感器原理和输出特性
实验原理
• 当外磁场B达到“工作点”Bop时，触发器输出高电平（相对 于地电位），三极管导通，此时，OC门输出端输出低电平 ，通常称这种状态为“开”；当外磁场B达到“释放点”Brp 时，触发器输出低电平，三极管截止，OC门输出高电平， 这时称其为“关”状态。本实验就是利用磁钢与霍尔传感器 之间的距离周期性改变来测量弹簧的振动周期的，把这些开 关信号（方脉冲）送入计数器计数就能测出振动的周期数。
实验内容
(1) 调节支架的底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直。 (2) 将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上。旋转悬臂，使挂于弹簧下
方的砝码盘的尖针靠拢游标尺上的小镜。 (3) 法码盘中放置一定质量的砝码后，弹簧伸长。调节游标尺的
活动爪，使砝码托盘末端的针尖对准小镜上的刻线，记录M 及游标尺上相应的读数Y。 (4) 改变M，测量不同的M对应的Y（参看数据记录表，加砝码 过程测一次为Y1；减砝码过程再测一次为Y2，取平均）。 (5) 作M-Y图，验证M-Y的线性关系，并求曲线的斜率k，k=k·g 即为弹簧的倔强系数。 (6) 同时用逐差法求K和K，并与作图法的计算结果比较。
• 本实验将学习集成开关型霍尔传感器的特性，并用该传感器 测量弹簧振子的振动周期。集成开关型霍尔传感器测量周期 的优点是装置体积小，可靠性强，价格低廉，特别是它隔着 介质（非磁介质）仍能工作，这些是光电传感器很难做得到 的，因而有广泛的应用前景。
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实验目的
• 通过测量弹簧振子振动周期，掌握霍尔传感器的特 性。了解其在自动测量和自动控制中的应用。
集成开关型霍尔传感器特性 与简谐振动实验
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• 随着科学技术的发展，测量方法也不断进步，70年代初，光 电技术迅速发展，光敏传感器计时技术在工业和家用电器中 得到大量应用。90年代初，集成霍尔传感器技术得到了迅猛 发展。各种性能的集成霍尔传感器不断涌现，在工业、交通 、通信等领域的自动控制中得到广泛的应用。
3. 霍尔效应及集成开关型霍尔传感器原理
• 一般霍尔器件是四端器件， 有两个电流控制极和两个输
出极。两个电流控制极分别 焊接在霍尔片与y 轴平行的 两个侧面上，而两个输出极 则在与x 轴平行的两侧面中 央焊接引出。
Z IC
Y B
VH X
图 1 霍耳效应原理
• 如果给霍尔器件的电流控制极通以控制电流IC ，并在其所在 平面的法线方向（即z 轴方向）上加以磁应强度为B 的磁场 ，那么载流子受洛伦兹力作用在两侧面间产生电位差VH，称 为霍尔电压或霍尔电势。这种现象称为霍尔效应。
使小磁钢的S极正对霍尔开关的霍尔片的感应 面（有文字面）。将集成霍尔片沿磁钢的轴 线移动，使霍尔片与磁钢产生间距d。测出工 作距离dop和释放距离drp，然后用95A型集成 线性霍尔传感器测量dop处的磁感应强度Bop和 drp处的磁感应强度Brp。求出集成霍尔开关的 特性参数：工作点Bop及工作距离dop，释放点 Brp及释放距离drp，计算磁滞BH。
2. 集成霍尔开关有哪些主要特性参数？怎样测量这些特性参数 ？
3. 如何用集成霍尔开关测量周期或转速？试作出一个设计方案 。
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• 测量弹簧的倔强系数，研究弹簧振子运动规律。 • 测量集成开关型霍尔传感器的特性，掌握集成霍尔
传感器的使用方法。 • 用集成开关型霍尔传感器设计测量角度、转速、产
品计数、液位控制等有关应用性实验。
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实验原理
2. 周期法测弹簧倔强系数
• 质量为M的物体系于一轻弹簧的自由端，并放置在光滑的水 平台面上，弹簧的另一端固定，这就构成一个弹簧振子。弹 簧振子将在平衡点附近来回作简谐振动，其周期为：
面小反射镜1，镜上有一条刻度线。利
2
用1的帮助（主要是为了消除视差）可
3
以用游标卡尺准确读出砝码托盘2末端
的位置。在砝码盘中放置质量为M的砝
码，则M产生的作用力F=Mg。设在放置
1
M前砝码托盘末端的位置读数为Y0，放 置后为Y，利用(1)式可得：
Ｍg=k(Y-Y0)
式中g为重力加速度。
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