传感器中的弹性敏感元(I)

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1、1.1补充章节传感器中的弹性敏感元件问题的提出••物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。传感器中把用来直接感受被测量为力、力矩或压力，输出为与其成相应确定关系的应变或位移的元件称为弹性敏感元件。⎟=k=lim⎜⎝Δx⎠1.2补充章节传感器中的弹性敏感元件一、弹性敏感元件的基本特性１、刚度弹性元件受外力作用下变形大小的量度，其定义是弹性元件单位变形下所需要的力，用k表示，其数学表达式为•F——作用在弹性元件上的外力，单位为牛顿(N)；•x

2、——弹性元件所产生的变形，单位为毫米(mm).dFdx⎛ΔF⎞Δx→0（1）1.3OA补充章节传感器中的弹性敏感元件图中弹性特性曲线1上A点的刚度，可通过A点作曲线1的切线，该切线与水平线夹角的正切就代表该弹性元件在A点处的刚度，即tanθ=dF/dx。若弹性元件的特性是线性的，则其刚度是一个常数，即tanθ=F/x=常数，如图中的直线2所示。F123θθ0x图1刚度定义示意图==1.4补充章节传感器中的弹性敏感元件2、灵敏度刚度的倒数来表示弹性元件的特性，称为弹性元件的灵敏度，一般用S表示，其表达式为灵敏度就是在单位力作用下弹性元件产生变形的大小。dxd

3、FSn1k（2）1.5补充章节传感器中的弹性敏感元件3、弹性滞后弹性敏感元件从加载到卸载的正反行程中变形曲线不重合，这种现象称为弹性滞后现象。弹性滞后与材料结构、载荷特性和大小、温度等一系列因素有关系。（迟滞？）4、弹性后效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步完成变形的现象。1.6补充章节传感器中的弹性敏感元件图2弹性滞后与弹性后效性示意图1.7补充章节传感器中的弹性敏感元件5、固有振荡频率弹性敏感元件的滞后作用，与其固有振荡频率有关系，通常希望其具有较高的固有振荡频率。但实际设计时往往会存在与线性度、灵敏度相互矛盾

4、的问题，这时应该根据检测对象和具体要求综合考虑。固有频率高，灵敏度低，线性度好；固有频率低，灵敏度高，线性度差；kmc12πf=（3-3）1.8补充章节传感器中的弹性敏感元件二、弹性敏感元件的形式•弹性敏感元件的形式基本分为两大类：•一是将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件；•二是将压力（压强）变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。图3压力型敏感元件示意图1.9补充章节传感器中的弹性敏感元件三、弹性敏感元件的材料与选择••••••弹性滞后和弹性后效性要好；弹性模数的温度系数要小；线膨胀系数要小且稳定；弹性极限和强度要高；具有良好的稳定形和耐腐蚀性

5、；具有良好的机械加工和热处理能力。1.10•••••量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。补充章节传感器中的弹性敏感元件具体来讲，传感器的选择可以从以下几个方面考虑。1.根据测量对象与测量环境确定传感器的类型1.11补充章节传感器中的弹性敏感元件2．灵敏度的选择。••在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声

6、也容易混入，也会被系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入干扰信号。1.12补充章节传感器中的弹性敏感元件3．频率响应特性•••在允许频率范围内保持不失真的测量条件，延迟时间越短越好。传感器的频率响应要高。在动态测量中，应根据信号的特点选择传感器，以免产生过大的误差。1.13补充章节传感器中的弹性敏感元件4．线性范围A.线性范围越宽，则其量程越大。B.实际中，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作是线性的，这会给测量带来极大的方便。1.14补充章节传感器中的弹性敏感元件5．稳定性••传感器使用一段时间后

7、，其性能保持不变化的能力称为稳定性。要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。1.15补充章节传感器中的弹性敏感元件6．精度••••传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。如果测量的目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。为了提高测量精度，平时正常显示值要在满刻度的50%左右来选定测量范围(或

8、刻度范围)。1.16补充章节传感器中的弹性敏感元件四、几种弹性敏感