彈性敏感元件課件

1、第2章 結(jié)構(gòu)型傳感器掌握結(jié)構(gòu)型傳感器的基本特 性和工作原理、典型測(cè)量電路了解其典型應(yīng)用河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系它們以機(jī)械力或磁場(chǎng)力作用下產(chǎn)生的位移為基礎(chǔ)，通過(guò)彈性元件或構(gòu)件本身的變換可構(gòu)成力、壓力、加速度、轉(zhuǎn)矩、液位、流量等傳感器，基本上屬于結(jié)構(gòu)型或復(fù)合型傳感器。這類傳感器又都屬于無(wú)源型傳感器或稱能量控制型傳感器，必須經(jīng)轉(zhuǎn)換電路才能輸出電量，而且都可采用電橋電路或諧振電路來(lái)轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)型傳感器第一講 傳感器中的彈性敏感元件 能將力、力矩、壓力、溫度等物理量變換成位移、轉(zhuǎn)角或應(yīng)變的彈性元件，稱為彈性敏感元件。結(jié)構(gòu)型傳感器的組成都有彈性敏感元件。彈性敏感元件：彈簧管彈性敏感元件一、應(yīng)力與應(yīng)變二

2、、彈性敏感元件的特性三、彈性敏感元件的類型一、應(yīng)力與應(yīng)變：l.應(yīng)力 截面積為S的物體受到外力F的作用并處于平衡狀態(tài)時(shí)，物體在單位面積上引起的內(nèi)力稱為應(yīng)力，記作，其值為應(yīng)變種類示意圖a)正向應(yīng)力：物體兩端受拉力或壓力作用時(shí)，物體處于拉伸或壓縮狀態(tài)。拉為正，壓為負(fù)；b)切向應(yīng)力：物體一端固定，另一端受平行于端面的力作用時(shí)，內(nèi)部任意截面上產(chǎn)生大小相等、方向相反的應(yīng)力；圖示方向的應(yīng)力為正值，反之為負(fù)值。2.應(yīng)變 應(yīng)變是物體受外力作用時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)變形。設(shè)物體原長(zhǎng)度為 ，受力后產(chǎn)生 的變形，若 0，則表示物體被拉伸； 0，則表示物體被壓縮。其應(yīng)變定義為縱向應(yīng)變物體縱向發(fā)生變形時(shí)，其橫向發(fā)生相反變形，稱為橫

3、向應(yīng)變。為了區(qū)別，將前者記作 ，后者記作 。橫向應(yīng)變3.虎克定律與彈性模量虎克定律： 當(dāng)應(yīng)力未超過(guò)某一限值時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。E為彈性模量或稱楊氏模量，單位為Nm2；G為剪切模量或稱剛性模量。二、彈性敏感元件的特性：特性：說(shuō)明彈性元件受力(輸入)與其相應(yīng)位移(輸出)間的關(guān)系。1、剛度 剛度是彈性元件在外力作用下變形大小的量度，即單位變形需要力的大小，一般用K來(lái)表示。設(shè)F為作用在彈性元件上的外力，x為彈性元件產(chǎn)生的變形，則有 彈性元件特性曲線2、靈敏度 靈敏度是彈性敏感元件在單位力作用下產(chǎn)生變形的大小，即為剛度的倒數(shù) ，用k表示。3、彈性滯后 彈性元件在加、卸載的正反行程中變形曲線是不重合的，

4、這種現(xiàn)象稱為彈性滯后現(xiàn)象，如圖所示。曲線1和2所包圍的范圍稱為滯環(huán)。彈性滯后現(xiàn)象會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。xOF124、彈性后效 當(dāng)載荷從某一數(shù)值變化到另一數(shù)值時(shí)，彈性元件不是立即完成相應(yīng)的變形，而是在一定的時(shí)間間隔中逐漸完成變形，這一現(xiàn)象稱為彈性后效。如圖所示，當(dāng)作用在彈性敏感元件上的力由零增加至F0時(shí)，彈性敏感元件先變形至x1，然后在載荷未改變的情況下繼續(xù)變形到x0為止。反之，如果力由減至零，彈性敏感元件變形至x2，然后繼續(xù)減小變形，直到恢復(fù)原狀為止。xOF 彈性后效現(xiàn)象x0 x1x2F05、固有振動(dòng)頻率 彈性敏感元件的動(dòng)態(tài)特性與它的固有頻率有很大的關(guān)系。彈性敏感元件的固有振動(dòng)角頻率為 在實(shí)際選用或設(shè)計(jì)彈性敏感元件時(shí)，常常遇到線性度、靈敏度、固有振動(dòng)頻率之間相互矛盾、相互制約的問(wèn)題，因此必須根據(jù)測(cè)量的對(duì)象和要求加以綜合考慮。三、彈性敏感元件的類型： 變換力的彈性敏感元件 傳感器彈性元件的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，