傳感器中的彈性敏感元(I)

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1、1.1補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件問題的提出??物體在外力作用下而改變原來尺寸或形狀的現(xiàn)象稱為變形，而當(dāng)外力去掉后物體又能完全恢復(fù)其原來的尺寸和形狀，這種變形稱為彈性變形。具有彈性變形特性的物體稱為彈性元件。傳感器中把用來直接感受被測量為力、力矩或壓力，輸出為與其成相應(yīng)確定關(guān)系的應(yīng)變或位移的元件稱為彈性敏感元件。?=k=lim??Δx?1.2補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件一、彈性敏感元件的基本特性１、剛度彈性元件受外力作用下變形大小的量度，其定義是彈性元件單位變形下所需要的力，用k表示，其數(shù)學(xué)表達式為?F——作用在彈性元件上的外力，單位為牛頓(N)；?x

2、——彈性元件所產(chǎn)生的變形，單位為毫米(mm).dFdx?ΔF?Δx→0（1）1.3OA補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件圖中彈性特性曲線1上A點的剛度，可通過A點作曲線1的切線，該切線與水平線夾角的正切就代表該彈性元件在A點處的剛度，即tanθ=dF/dx。若彈性元件的特性是線性的，則其剛度是一個常數(shù)，即tanθ=F/x=常數(shù)，如圖中的直線2所示。F123θθ0x圖1剛度定義示意圖==1.4補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件2、靈敏度剛度的倒數(shù)來表示彈性元件的特性，稱為彈性元件的靈敏度，一般用S表示，其表達式為靈敏度就是在單位力作用下彈性元件產(chǎn)生變形的大小。dxd

3、FSn1k（2）1.5補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件3、彈性滯后彈性敏感元件從加載到卸載的正反行程中變形曲線不重合，這種現(xiàn)象稱為彈性滯后現(xiàn)象。彈性滯后與材料結(jié)構(gòu)、載荷特性和大小、溫度等一系列因素有關(guān)系。（遲滯？）4、彈性后效彈性敏感元件所加荷載改變后，不是立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定時間間隔中逐步完成變形的現(xiàn)象。1.6補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件圖2彈性滯后與彈性后效性示意圖1.7補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件5、固有振蕩頻率彈性敏感元件的滯后作用，與其固有振蕩頻率有關(guān)系，通常希望其具有較高的固有振蕩頻率。但實際設(shè)計時往往會存在與線性度、靈敏度相互矛盾

4、的問題，這時應(yīng)該根據(jù)檢測對象和具體要求綜合考慮。固有頻率高，靈敏度低，線性度好；固有頻率低，靈敏度高，線性度差；kmc12πf=（3-3）1.8補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件二、彈性敏感元件的形式?彈性敏感元件的形式基本分為兩大類：?一是將力變換成應(yīng)變或位移的變換力的彈性敏感元件；?二是將壓力（壓強）變換成應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件。圖3壓力型敏感元件示意圖1.9補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件三、彈性敏感元件的材料與選擇??????彈性滯后和彈性后效性要好；彈性模數(shù)的溫度系數(shù)要??；線膨脹系數(shù)要小且穩(wěn)定；彈性極限和強度要高；具有良好的穩(wěn)定形和耐腐蝕性

5、；具有良好的機械加工和熱處理能力。1.10?????量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件具體來講，傳感器的選擇可以從以下幾個方面考慮。1.根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型1.11補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件2．靈敏度的選擇。??在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲

6、也容易混入，也會被系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入干擾信號。1.12補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件3．頻率響應(yīng)特性???在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)要高。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點選擇傳感器，以免產(chǎn)生過大的誤差。1.13補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件4．線性范圍A.線性范圍越寬，則其量程越大。B.實際中，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會給測量帶來極大的方便。1.14補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件5．穩(wěn)定性??傳感器使用一段時間后

7、，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。1.15補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件6．精度????傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。如果測量的目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。為了提高測量精度，平時正常顯示值要在滿刻度的50%左右來選定測量范圍(或

8、刻度范圍)。1.16補充章節(jié)傳感器中的彈性敏感元件四、幾種彈性敏感