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）

上节内容复习 1、什么叫传感器？有哪些作用？传感器的组成有哪几部分？ 2、传感器的分类？ 3、传感器的基本特性有哪些？ 4、误差按性质分有哪些？哪些是可以避免的？ 2.2 弹性敏感元件 要点： 应力与应变的概念 弹性敏感元件的特性 弹性敏感元件的类型 问题： 1、弹性敏感元件的作用是什么？ 2、常用的弹性敏感元件的类型有哪些？ 能将力、力矩、压力、温度等物理量变换成位移、转角或应变的弹性元件，称为弹性敏感元件。结构型传感器的组成都有弹性敏感元件。 弹性敏感元件： 弹簧管 1.弹性敏感元件 应变种类示意图 a)拉、压应力 b)剪切应力 截面积为S的物体受到外力F的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力，记作σ，其值为 a)正向应力：物体两端受拉力或压力作用时，物体处于拉伸或压缩状态。拉为正，压为负； b)切向应力：物体一端固定，另一端受平行于端面的力作用时，内部任意截面上产生大小相等、方向相反的应力；图示方向的应力为正值，反之为负值。 2.应力 应变是物体受外力作用时产生的相对变形。设物体原长度为 ，受力后产生Δ 的变形，若Δ >0，则表示物体被拉伸；Δ <0，则表示物体被压缩。其应变ε定义为 纵向应变 物体纵向发生变形时，其横向发生相反变形，称为横向应变。为了区别，将前者记作 ，后者记作 。 横向应变 3.应变 4.虎克定律与弹性模量 虎克定律： 当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比。 E为弹性模量或称杨氏模量，单位为N／m2； G为剪切模量或称刚性模量。 为切应力 5、弹性敏感元件的特性： 特性：说明弹性元件受力(输入)与其相应位移(输出)间的关系。 1)、刚度 刚度是弹性元件在外力作用下变形大小的量度，即单位变形需要力的大小，一般用K来表示。设F为作用在弹性元件上的外力，x为弹性元件产生的变形，则有 弹性元件特性曲线 灵敏度是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小，即为刚度的倒数 ，用k表示。 3）、弹性滞后 弹性元件在加、卸载的正反行程中变形曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象，如图所示。曲线1和2所包围的范围称为滞环。弹性滞后现象会给测量带来误差。 x O F 1 2 2)、灵敏度 4)、弹性后效 当载荷从某一数值变化到另一数值时，弹性元件不是立即完成相应的变形，而是在一定的时间间隔中逐渐完成变形，这一现象称为弹性后效。如图所示，当作用在弹性敏感元件上的力由零增加至F0时，弹性敏感元件先变形至x1，然后在载荷未改变的情况下继续变形到x0为止。反之，如果力由减至零，弹性敏感元件变形至x2，然后继续减小变形，直到恢复原状为止。 x O F 弹性后效现象 x0 x1 x2 F0 弹性敏感元件的动态特性与它的固有频率有很大的关系。弹性敏感元件的固有振动角频率为 在实际选用或设计弹性敏感元件时，常常遇到线性度、灵敏度、固有振动频率之间相互矛盾、相互制约的问题，因此必须根据测量的对象和要求加以综合考虑。 5)、固有振动频率 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 6、弹性敏感元件的类型： 变换力的弹性敏感元件 传感器弹性元件的结构形式多种多样，根据被测量大小不同，常见的有柱式、悬臂梁式、环式等等。以下仅介绍几种变换力和变换压力的弹性敏感元件。 变换压力的弹性敏感元件 6、弹性敏感元件的类型： 谢谢观赏！ $$