用集成开关型霍尔传感器测定弹簧的劲度系数

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1、物理实验　第20卷　第11期45用集成开关型霍尔传感器测定弹簧的劲度系数1)2)2)焦丽凤　陆申龙　曹正东(1)常熟高等专科学校2155002)复旦大学物理系上海200433)　　摘　要　介绍集成开关型霍尔传感器的优点和特性,并将其用于弹簧振子周期的测定.关键词　弹簧振子　周期测定　集成开关型霍尔传感器大后,送至施密特触发器,由触发器整形,使其1　引　言成为方波输送到OC门输出.当施加的磁场达集成霍尔传感器在科研和工业、交通、通讯到“工作点”(即Bop)时,触发器输出高电压(相等行业得到了广泛的应用.如利用集成开关型对于地电位),使三极管导通,此时,OC门输出霍尔传感器(简称集成霍尔开关)

2、测量马达转端输出低电压,通常称这种状态为“开”.当施加速、进行产品计数、车辆行程计数和液位控制的磁场达到“释放点”(即Brp)时,触发器输出低等.我们将此磁敏传感技术用于物理教学实验,电压,三极管截止,使OC门输出高电压,这时用以测量弹簧振子简谐运动周期,并作设计性称其为“关”态.这样两次高低电压变换,使霍尔开放实验.由于该集成霍尔开关结构简单、体积开关完成一次开关动作.小、测量数据稳定可靠,它还可用于单摆、扭摆、3　集成霍尔开关特性测量转动惯量、气垫导轨和液体流速测量等其它物理实验.测量装置如图2所示.将集成霍尔开关A44E的三个引脚用包塑细导线引出,分别按2　集成霍尔开关的工作原理图2

3、中电路接入.测量时,将磁铁的S极对着集如图1所示L集成霍尔开关是由稳压器A、成霍尔开关的感应面;在引脚3与1两端接一霍尔电势发生器(即硅霍尔片)B、差分放大器个2k8的负载电阻.电源输入电压为12V,集C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本成霍尔开关的输出电压由四位半直流数字电压部分组成.1,2,3代表集成霍尔开关的三个引表(PZ114型)读出,磁感应强度B用SXG2IB出端点.毫特仪测量.图1　传感器结构原理图在输入端输入电压VCC,经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器两端.根据霍尔效应原理,图2　特性测量电路图当霍尔片处于磁场中时,在垂直磁场的方向通传感器主要特性是它的输出特性,即输入以

4、电流,则与这二者相垂直的方向上将会有一磁感应强度(传感器感应面所在位置处)B与输个霍尔电势差VH输出,该VH信号经放大器放出电压V之间的关系.测量结果见表1,表中r46物理实验　第20卷　第11期为磁铁与集成霍尔开关感应面之间的距离.钢粘在砝码的边侧,S极面对准集成霍尔开关,表1　特性测量数据集成霍尔开关感应面距磁钢4mm左右.当弹簧振动时,磁钢随着砝码上下运动,致使集成霍测量值BömTVOöVrömm尔开关与磁钢两者之间的距离r发生变化.当r“工作点”Bop1512～181501143394≤4mm时,集成霍尔开关导通;当r≥5mm时,“释放点”Brp1117～13151117855集成

5、霍尔开关断开.这样,霍尔开关不断地接通磁滞BH315～51001143394

6、回VOH,输出高电压,使霍尔开关“关”断.Bop与Brp的差值一定,在此差值内,VO保持不变,因而使开关输出稳定可靠,这也就是集成霍尔开关传感器优良特性之一.图4　实验装置简图11立柱　21弹簧　31砝码　41磁钢51A44E61JSK型电子计时器412　实验结果用两种不同的方法测量同一根弹簧的劲度系数.先用焦利秤方法,测量数据见表2,表中m为弹簧下悬挂的砝码质量,x为加上砝码时图3　输出特性焦利秤的指示读数.4　用集成霍尔开关测量弹簧的劲度系数表2　焦利秤测量数据411　实验装置mög41004150510051506100615071007150如图4所示,劲度系数为k的弹簧固定在xö

7、mm1133145167181010121414191714焦利秤上,下端挂一质量为m的砝码,如果略去阻力,则砝码在弹簧的回复力作用下作周期对表2数据用逐差法处理,得为T的简谐振动.其振动周期T为$x=9115mm$(mg)m+m0依据k=,g为重力加速度,上海地区的T=2P(1)$xk2重力加速度为9179mös,可求出式中m0为弹簧的有效质量.显然,只要测得m,-32100×10×9179k=-3=2114Nömm0