文档介绍：第3章传感器中的弹性敏感元件
引言
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
引言
一、变形
物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象。
二、弹性变形
当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和
形状,那么这种变形称为弹性变形。
三、弹性元件
具有弹性变形特性的物体称为弹性元件。
四、弹性元件类型
基本上可以分为两种类型:
弹性敏感元件和弹性支承。
五、弹性敏感元件
弹性敏感元件感受力、力矩、压力等被测参数,并通过它将被测量变换为应变、位移等。也就是通过它把被测参数由一种物理状态变换为另一种所需要的相应物理状态。它直接起到测量的作用。
六、弹性支承
弹性支承常常作为传感器中活动部分的支承,起支承导向作用,因而要求有内摩擦力小、弹性变形大等特点。以便保证传感器的活动部分得到良好的运动精度。
本章主要讨论弹性敏感元件的基本特性和各种弹性敏感元件结构形式及应用。
七、本章主要讨论的问题
弹性敏感元件的基本特性
作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变形(应变、位移或转角)之间的关系称为弹性元件的弹性特性,它可能是线性的,也可能是非线性的。
弹性特性
线性
非线性
非线性
一、刚度
刚度是弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力一般用 k 表示,其数学表达式为
F——作用在弹性元件上的外力;
x ——弹性元件产生的变形。
线性
非线性
非线性
弹性特性曲线上某点A的刚度,可通过A点作曲线的切线
A
它代表了弹性元件在A点处的刚度。
如果弹性元件的弹性特性是线性的,则其的刚度是一个常数。
线性
非线性
非线性
A
二、灵敏度
灵敏度是刚度的倒数,一般用Sn表示:
在传感器中,有时需应用几个弹性元件串联或并联。当弹性敏感元件并联时,系统的灵敏度为
当弹性敏感元件串联时,系统的灵敏度为
弹性滞后
弹性元件在弹性变形范围内,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。
弹性变形之差x叫做弹性敏感元件的滞后误差。这种滞后误差将会给测量带来误差。曲线1、2所包围的范围称为滞环。引起弹性滞后的原因,主要是由于弹性敏感元件在工作时材料分子问存在内摩擦。
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渐完成变形的现象称为弹性后效现象。
固有振动频率
弹性敏感元件的动态特性和变换时的滞后现象,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。固有频率的计算比较复杂,实际中常常通过实验来确定。但也可用下式进行估算:
——弹性敏感元件刚度;
——弹性敏感元件的等效振动质量。