利用集成开关型霍耳传感器测定惯性质量

　　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。