摘 要:把集成开关型霍耳传感器应用于惯性称实验中,测定物体的惯性质量,操作简便,测定精度高,同时提高了实验的现代化水平。
1 引言
集成开关型霍耳传感器简称集成霍耳开关,是一种先进的开关式磁敏器件,以其体积小、无触点、功耗低、抗干扰能力强等诸多优点,在汽车、通讯、电机、印刷、自动监测等领域得到了广泛应用[1]。本文把集成开关型霍耳传感器应用于大学物理惯性称实验中,用来测定物体的惯性质量,取得了较好的实验效果。
2 实验装置
2.1 集成开关型霍耳传感器的结构和工作原理
如图1所示,集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五部分组成[2]。根据霍耳效应[3],将霍耳片置于与磁场垂直的位置,当有电流流过导体时,霍耳电势发生器就会有一个霍耳电压输出,该电压经差分放大器放大后,送至施密特触发器。当施加的磁场达到“工作点”时,施密特触发器翻转,OC门输出端由高电平变为低电平,称这种状态为“开”。当施加的磁场达到“释放点”时,触发器再次翻转,OC 门输出端由低电平变为高电平,称这种状态为“关”。这样由于施加磁场的变化,使传感器完成了一次开关动作。
2.2 实验装置
实验装置如图2 所示,直径为 4.0mm、厚为 2.0mm 的钕铁硼小磁钢固定在惯性称称台的端面上,UGN3109型集成霍耳开关固定在距磁钢1.0cm处,霍耳开关与计时计数毫秒仪相连。
3 实验数据及数据处理
3.1 实验数据
对图2所示装置,用水准仪校准惯性称称臂水平,利用集成霍耳开关和计时计数毫秒仪测定空称的振动周期T0 ,然后依次加上惯性质量已知的片状砝码im ,测定周期iT ,加入待测圆柱体后的周期Tx1 和Tx2 。以上测量每次均测10个周期,重复6次,取平均值。用天平测得两圆柱体的引力质量分别为m'x1=188.50g,m'x2m =103.60g。实验数据见表1。
3.2 数据处理
当振幅较小时,可近似认为称台的运动是沿水平方向的简谐振动,其周期可表示为[4]
4 结论
(1)利用集成开关型霍耳传感器测量惯性称的振动周期,从而测定物体的惯性质量,测量精度高,操作简便,结果令人满意。
(2)集成开关型霍耳传感器无触点、无磨损、工作频率高、抗干扰性能好,可用于转速、流量、行程测定、自动按钮的设计、汽车点火器、液位控制器等,应用极为广泛。通过本实验,可以使学生较早接触到现代自动检测技术,留下广阔的思考和学习空间。
(3)通过A/D转换,经简单编程,连接计算机后可实现惯性质量的实时测量和计算。
参考文献:
[ 1 ] 徐晓创等. 发展中的集成霍耳传感器及在高科技领域中的应用[J].大学物理实验,2001,14(2):1~4.
[2] 张逸等.集成开关型霍耳传感器的特性测量及应用[J].大学物理实验,2000,13(2):6~14.
[3] 余成波等.传感器与自动检测技术[M].北京:高等教育出版社.2004,2,103~110.
[4] 吴泳华等.大学物理实验(第一册)[M].北京:高等教育出版.2001,6,80~84.
作者简介:杨学锋(1968 — ),男,在读硕士,高级实验师,德州学院物理实验中心副主任, 主要从事基础物理的教学和研究工作。
