弹性敏感元件.ppt

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1、传感器中的弹性敏感元件主要内容弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的材料常用弹性敏感元件第一节引言变形物体在外力作用下而改变尺寸或形状的现象弹性变形当外力去掉后能完全恢复原来的尺寸和形状的变形弹性元件具有弹性变形特性的物体第一节引言弹性元件把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移，再由转换元件变换成电量弹性敏感元件感受力、力矩、压力等被测参数，并通过它将被测量变换为应变、位移等，它直接起到测量的作用弹性支承作为传感器中活动部分的支承，起支承导向作用。第二节弹性敏感元件的基本特性2.1弹性特性作用在弹性敏感元件

2、上的外力与其引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系称为弹性元件的弹性特性。弹性特性可用刚度或灵敏度来表示。弹性特性可能是线性的，也可能是非线性的弹性特性第二节弹性敏感元件的基本特性刚度弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力，一般用k表示。第二节弹性敏感元件的基本特性从弹性特性曲线求得刚度的方法做切线找夹角求正切如果弹性元件的弹性特性是线性的，则其刚度为常数第二节弹性敏感元件的基本特性灵敏度灵敏度就是单位力产生变形的大小。灵敏度是刚度的倒数，一般用Sn表示。第二节弹性敏感元件的基本特性关于刚度和灵敏度

3、的理解刚度和灵敏度都是描述弹性特性的指标，两者互为倒数刚度与灵敏度是从不同的侧面对同一特性的描述刚度描述的是抵抗变形的能力灵敏度描述的是变形的能力在传感器应用中，弹性元件的不同联结方法对总的灵敏度影响不同第二节弹性敏感元件的基本特性2.2弹性滞后弹性元件在弹性变形范围内，弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象弹性变形之差Δx叫做弹性敏感元件的滞后误差曲线1和曲线2所包围的范围称为滞环第二节弹性敏感元件的基本特性关于弹性滞后的理解弹性滞后与传感器的迟滞特性有关弹性敏感元件的滞后误差体现的是在加载与卸载过程

4、中同一个作用力下不同的弹性变形的情况作为敏感元件的变形的不同将导致转换元件转换结果的不同，最终将体现在传感器的迟滞特性上引起弹性滞后的原因，主要是由于弹性敏感元件在工作时其材料分子间存在内摩擦第二节弹性敏感元件的基本特性2.3弹性后效弹性敏感元件所加载荷改变后，不是立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象弹性后效体现的是时间因素的影响，对传感器的动态特性影响尤其明显第二节弹性敏感元件的基本特性弹性滞后和后效在本质上是同一类型的缺点，它们与材料的结构、载荷特性以及温度等一系列的因素有关，在

5、应用中，应该合理的选择材料，设计最优的结构和加工方法，从而最大程度地减小由弹性滞后和弹性后效现象产生的误差。第二节弹性敏感元件的基本特性3.2.4固有振动频率弹性敏感元件的动态特性和变换时的滞后现象，与它的固有振动频率有关。固有振动频率通常通过实验来确定。固有振动频率也可用下式进行估算第二节弹性敏感元件的基本特性关于固有振动频率的理解弹性元件的固有振动频率是描述弹性元件内在特性的重要参数，它体现的是弹性元件固有的特性固有振动频率很大程度上决定弹性元件动态特性的好坏。弹性元件的动态特性和变换被测参数时的滞后

6、作用，很大程度上与固有振动频率有关可以通过提高固有振动频率来减少动态误差，但固有频率会影响到元件的线性度和灵敏度，实际应用中必须根据测量的对象和要求，综合考虑第三节弹性敏感元件的材料弹性敏感元件对材料的基本要求是：弹性滞后和弹性后效要小；弹性模数的温度系数要小；线膨胀系数要小且稳定；弹性极限和强度极限要高；具有良好的稳定性和耐腐蚀性；具有良好的机械加工和热处理性能。弹性圆柱（实心、空心）特点：结构简单能承受很大载荷用途：电阻应变式拉力或压力传感器弹性圆柱（实心、空心）应力、应变公式灵敏度结构系数β应变大小

7、决定于：圆柱的灵敏结构系数横截面积材料性质圆柱所承受的力与圆柱的长度无关。弹性圆柱（实心、空心）固有频率结论：为了提高应变量，应当选择弹性模量小的材料，此时虽然相应的固有频率降低了，但固有频率降低的程度比应变量的提高来得小，总的衡量还是有利的。不降低固有频率来提高应变量必须减小弹性元件的截面积，而不降低应变值来提高固有频率必须减短圆柱的长度或选择密度低的材料。悬臂梁（等截面）一端固定一端自由的弹性敏感元件特点结构简单，加工方便，适于较小力的测量悬臂梁（等截面）应变关系扰度固有频率应变灵敏度结构系数悬臂梁（

8、变截面）自由端加上作用力时，在梁上各处产生的应变大小相等。灵敏度结构系数与长度方向的坐标无关，都等于6。各点的应变值：自由端的挠度：固有振动频率：扭转棒常用于力矩测量最大剪应力最大剪应力与作用的力矩成正比，而与其横截面的极惯性矩和半径之比成反比。单位长度的扭转角：G：剪切弹性系数GJ：抗扭刚度圆形膜片和膜盒（圆形平膜片）中心扰度与压力关系小扰度：u<0.3时：应变固有频率h：膜片厚度非线性近似线性圆形膜片和膜盒（波纹膜片）波纹