文档介绍：第3章传感器中的弹性敏感元件设计

弹性敏感元件的基本特性
弹性特性
弹性滞后
弹性后效
固有振动频率
弹性敏感元件的材料
弹性敏感元件的特性参数计算
弹性圆柱
悬臂梁
扭转棒
平膜片
薄壁圆筒
双端固定梁
弹性元件:具有弹性变形特性的物件
变形:物体在外力作用下改变原来的尺寸或形状的现象。
弹性变形:如果外力去掉后物体能够完全恢复原来的尺寸和形状的变形。
弹性敏感元件是通过物体弹性变形这一特性,把力、力矩或压力转换成为相应的应变或位移,然后配合其它各种形式的传感元件,将被测力、力矩或压力转换成电量的一种元件。
第3章传感器中的弹性敏感元件设计
应变:单位长度上的变形
弹性敏感元件的基本特性
弹性特性
作用在弹性敏感元件上的外力与该外力引起的相应变形(应变、位移式转角)之间的关系称为弹性元件的弹性特性。
弹性特性可由刚度或灵敏度来表示。
一、刚度
F ——作用在弹性元件上的外力;
x ——弹性元件产生的变形。
刚度可以反映元件抵抗弹性变形能力的强弱。
二、灵敏度(刚度的倒数)
灵敏度就是单位力作用下产生变形的大小

m ——并联或串联弹性敏感元件的数目;
Sni——第i个弹性敏感元件的灵敏度。
并联:
串联:
弹性滞后
对弹性元件进行加载,可绘制一条弹性特性曲线,然后卸载,可绘制另一条弹性特性曲线。两条曲线往往并不重合,这种现象称为弹性滞后。
弹性变形之差,叫做弹性敏感元件的滞后误差。
曲线1、2所包围的范围称为滞环。
滞后误差
滞环
弹性后效
弹性元件上载荷发生改变时,相应的变形往往不能立即完成,而是在一个时间间隔内逐渐完成,这种现象称为弹性后效。
弹性后效会引起测量误差,
特别是在动态测量中。
固有振动频率
弹性敏感元件的动态特性和被测载荷变化时的滞后现象等,都与元件的固有振动频率有关。
固有振动频率有多阶,通常只关心其中的最低阶,且一般地总希望弹性敏感元件具有较高的固有振动频率。
固有频率的计算比较复杂,只有少数规则形状的弹性元件具有理论解,所以实际中常常通过实验来确定。
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,因此材料的选用十分重要。在任何情况下,材料应保证具有良好的弹性,足够的精度和稳定性。
通常使用的材料为合金结构钢、铜合金、铝合金等。
对弹性敏感元件材料的基本要求归纳如下:
(1)弹性滞后和弹性后效要小;
(2)弹性模量的温度系数要小;
(3)线膨胀系数要小且稳定;
(4)弹性极限和强度极限要高;
(5)具有良好的稳定性和耐腐蚀性;
(6)具有良好的机械加工和热处理性能。