2.2弹性敏感元件（课件）《传感器检测技术》教学同步课件（机械工业出版社）

2.2弹性敏感元件 传感器的组成 电量 敏感元件 转换元件 基本转换电路 => 辅助电源 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某 一物理量的元件。 弹性敏感元件的基本特性 弹性敏感元件的材料 弹性敏感元件的特性参数计算 由传感器的定义可知(弹性)敏感元件是把被测参数 由一种物理状态变换为所需要的另一种物理状态，直接起到测 量作用，在传感器技术中非常重要的。弹性敏感元件可以把 力、力矩或压力变换成相应的应变和位移。 弹性元件分为： 1.弹性敏感元件 2.弹性支承其中弹性支 承是传感器活动部分的支承，起支承导向作用，不作讨论(主 要结构上考虑) 定义： 1.变形一物体因外力作用而改变原来的尺寸或形状 称为变形. 2.弹性变形—如果在外力支撑后能完全恢复其原来 的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形， 3.弹性元件一具有弹性变形的物体称为弹性元件. 4.弹性敏感元件—能感受力、力矩、压力等被测值 ,并变换成为弹性元件本身的应变位移(挠度) 等 ,也就是通过它把被测参数由一种物理状态变换成 另一种物理状态的元件. 弹性敏感元件的基本特性 3.1.1弹性特性 3.1.2.弹性滞后 3.1.3.弹性后效 3.1.4固有振动频率 弹性敏感元件的基本特性 弹性特性 弹性特性—作用在弹性敏感元件上的外力与其相应变形(应变、 位移或转角)间的关系称为弹性元件的弹性特性， 弹性特性具有线 性和非线性，如1.线性2.3.非线性 (1).刚度 刚度—弹性元件受外力作用下变形大小的量度 x—弹性元件产生的变形 F—作用在弹性元器上的外力 刚度可在弹性特性曲线上用作切线的方法求得 (2)灵敏度 灵敏度—单位力产生变形的大，且如度的倒数与寺性曲线 有关，线性为常数，非线性为变数。 弹性元件在变形范围内，弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象 称为弹性滞后现象。 曲线1.2所包围的范围称为滞环，这种误差给测量带来误差，原因是由于 弹性敏感元件在工作时分子间存在内摩擦。 当弹性元件上的力由0增加到F 时 为 1 , 由F 减到0时为2, 作用力由0-F和由F人时，弹性变形 最大之差△X称为弹性敏感元件的滞后 误差 弹性敏感元件的基本特性 弹性滞后 第8页，本讲称奥 3.1 弹性敏感元件的基本特性 3.1.3.弹性后效 当弹性敏感元件所加荷载改变后，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，称为弹 性后效现象。 当作用到弹性敏感元件上的力由0突然增加到 F₀ 时，变形为0-X;, 然后继续 变形直到X 为止。相反由F₀突然减至0,变形 由x₀-X₂ 然后继续变形直到变形为0止， 由于弹性后效存在，弹性敏感元件的变 形不能迅速地随作用力的改变而改变，使测 量造成误差，特别在动态测量中，这种现象 影响更加严重 弹性敏感元件的基本特性 固有振动频率 弹性敏感元件的动态特性和被测参数时的滞后现象，在很大程 度上与它的固有振动频率有关， 一般总希望它具有较高的固有 频率，由于计算比较复杂， 一般通过实验来确定，也可用下式 在 设计时，常遇到线性度、灵敏度，固有频率之间的矛盾，往 往是提高灵敏度，线性误差，固有频率降低，不能满足测量动 态量的要求，因此，需根据具体情况和要求加以考虑。 m 。 弹性敏感元件的等效振动质量 k 一弹性敏感元件的刚度 ☆ 来计算： 弹性敏感元件的材料 弹性敏感元件的材料 弹 性敏感元件在传感器中直接参与变换和测量，所以要求良好的弹性特性， 足 够 的精度和稳定性 基本要求是： A 弹性滞后和弹性后效要小 B弹性测量的温度系数要小 C 线膨胀系数要小且稳定 D 弹性极限和强度极限要高 E 具有良好的稳定性和耐腐蚀性 F 具有良好的机械加工和热处理性能 为 了达到要求有时须对元件的加工工艺上采取一些措施 例 如 ：进 行过载和静载处理，人工时效，消除残余机械应力，保持长 期稳定性，疲劳实验等。 第12页，本讲稿共22页 要点： 弹性敏感元件的基本特性 弹性敏感元件的材料 弹性敏感元件的特性参数 谢谢观赏！ $$