专题二 传感器中的弹性敏感元件（教案）-浙江省职教高《传感器及应用》第2版-讲练测

专题二 传感器中的弹性敏感元件（讲义）-《传感器及应用》第2版专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 弹性敏感元件的类型和原理：考生需要了解常见的弹性敏感元件类型，如应变片和压电元件，以及它们的工作原理。需要清楚理解弹性敏感元件是如何转化物理量为电信号的。 2.弹性敏感元件的特性和参数：考生可能需要理解弹性敏感元件的特性和关键参数，例如灵敏度、线性度、温度特性等。了解这些参数如何影响传感器的性能和测量结果。 3.弹性敏感元件的应用领域：考试可能要求考生描述弹性敏感元件在实际传感器中的应用领域，如压力传感、振动计、应变测量等。需要理解弹性敏感元件在不同领域中的优势和适用性。 4.弹性敏感元件的测量技术：考生可能需要了解弹性敏感元件的测量技术，包括接线方法、电路设计、校准方法等。需要理解如何正确使用弹性敏感元件进行测量并获取准确的数据。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.弹性敏感元件的形式 传感器中弹性敏感元件的输入量通常是力(力矩) 或流体压力(统称压力)，即使其他非电被测量输入给弹性敏感元件，也是先将它们变换成力或压力再输入给弹性敏感元件。弹性敏感元件输出的是应变或位移(线位移或角位移)，即弹性敏感元件将力或压力变换成应变或位移。因此，弹性敏感元件形式上基本分成两大类，即力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁、扭转轴等。变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。 2.变换力的弹性敏感元件 等截面轴 等截面轴又称柱式弹性敏感元件可以是实心柱体或空心圆柱体，如图1-5 所示。实心等截面轴在力的作用下弹性敏感元件的位移很小，因此常用它的应变作输出量。其主要的优点是结构简单、加工方便、测量范围宽，可承受数万牛顿的载荷，但其灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度高，在同样的截面积下轴的直径可加大，可提高轴的抗弯能力，但其过载能力弱，载荷较大时会产生较明显的桶形变形，使工作段应变复杂而影响精度。 3. 变换压力的弹性敏感元件 (1) 弹簧管 弹簧管又称波登管，通常是一根弯成 C形的空心扁管，管子的截面形状有椭圆形、平椭圆形、D形、8 字形等，如图1-9 所示。弹簧管的另一端(自由端) 密封并与传感器其他部分相连。在压力 p 的作用下，弹簧管的截面有变成圆形截面的趋势，截面的短轴(26) 力图伸长，而长轴 (2a) 力图缩短，以期增加横截面的面积。截面形状的改变导致弹管管的弯曲半径变大，直至与压力的作用相平衡为止 (如图 1-9a 中的虚线所示)，结果使弹簧管的自由端产生位移，弹簧管的中心角 y 也产生一定的变化量 AY，中心角的变化量 Ay 与压力p成正比。 (a)C形弹簧管 (b)弹管截面形状旋形管 (d)C形组合弹餐管 (2) 波纹管 波纹管是一种圆柱管状的弹性敏感元件，其表面上有许多与圆柱同心的环状皱纹 (如图1-10 所示)，管的一端封闭，另一端开口并与被测压力相通。当被测压力通入波纹管内时，能产生伸缩变形，因此可利用它把压力转换成位移。波纹管自由端的位移与压力p 成正比，亦即具有线性的弹性特性。但应指出，在很大的压力作用下，波纹管的刚度会增加，从而使其线性特性遭到破坏。 (3) 等截面薄板 等截面薄板又称平膜片，是一种抗弯刚度可以忽略的周边固定的圆形薄膜，它能将输入信号(压力或压差) 转化为位移信号。当膜片的两侧面受到不同的压力时,膜片的中心将向压力低的一侧产生一定的位移，如图 1-11 所示。将应变片粘贴在薄板表面可以组成电阻应变式压力传感器，利用薄板的位移可以组成电容式、霍尔式压力传感器。 [真题练讲] 1.(2010年浙江省统一考试) 以下哪种传感器最适合用于测量环境的湿度？ A. 磁敏传感器 B. 气体传感器 C. 湿度传感器 D. 加速度传感器 解析：C. 湿度传感器最适合用于测量环境的湿度。湿度传感器是一种可以测量空气中的湿度或水分含量的传感器。 2.(2016年山东省统一考试) 以下哪个传感器可以通过检测电流的变化来测量温度？ A. 光电传感器 B. 热敏传感器 C. 声敏传感器 D. 应变片传感器 解析：B. 热敏传感器可以通过检测电流的变化来测量温度。热敏传感器是一种温度敏感元件，其电阻随温度的变化而变化。 3.(2019年青海省统一考试) 以下哪种传感器最适合用于测量液体的压力变化？ A. 加速度传感器 B. 光敏传感器 C. 液位传感器 D. 应变片传感器 解析：C. 液位传感器最适合用于测量液体的压力变化。液位传感器是一种可以测量液体高度或液体压力的传感器。 4.(2017年青海省统一考试) 以下哪种传感器属于弹性敏感元件？ A. GP