弹性敏感元件

弹性敏感元件1第1页，共11页，2023年，2月20日，星期一3.1引言在外力的作用下，物体将产生尺寸和形状的变化，此过程称为物体的变形。当去掉外力后物体随即恢复其原来的尺寸和形状，此种变形就称为弹性变形。利用弹性变形进行测量和变换的元件即所谓的弹性敏感元件。弹性敏感元件直接感受被测的力、力矩或压力，并把它们转换成应变或位移。此种应变或位移又可作为输入量加给传感器的其他变换元件，弹性敏感元件在传感器技术中有重要的作用。因此，对在被测量作用下弹性敏感元件的位移、应变、应力等的变化规律进行研究，是设计、分析及应用传感器的基础工作。在传感器中常用的弹性元件结构形式有梁、柱、筒、膜片、膜盒、弹簧管及波纹管等。2第2页，共11页，2023年，2月20日，星期一3.2弹性敏感元件的基本特性弹性特性弹性滞后弹性后效与蠕变固有振动频率

3第3页，共11页，2023年，2月20日，星期一3.3弹性敏感元件所用的材料对弹性敏感元件材料的要求具有良好的机械性（强度高、抗冲击韧性好、疲劳强度高等）及良好的机械加工及热处理性能；具有良好的弹性特性（弹性极限高、弹性滞后和弹性后效小）；具有良好的温度特件（弹性模量的温度系数小而且稳定、材料的线膨胀系数小而且稳定）；具有良好的化学性能（抗氧化性和抗腐蚀性好）常用的弹性敏感元件材料金属材料有铜基高弹性合金，铁基和镍基高弹性合金、恒弹合金、铌基合金非金属材料有石英、陶瓷和半导体硅等。4第4页，共11页，2023年，2月20日，星期一3.4常用弹性敏感元件特性参数的计算弹性圆柱当=0时，力F在轴向产生的应力和应变为

而当=90时，力F在圆柱横向产生的应力和应变为5第5页，共11页，2023年，2月20日，星期一悬臂梁

等截面梁等强度梁6第6页，共11页，2023年，2月20日，星期一扭转圆柱图3-4-4扭转圆柱式中：Mt——外力偶矩；r——柱的半径；IP——横截面对圆心的极惯性矩；d——柱的直径。在与轴线成450的方向上所产生的正应力分别等于max和-max，因而这里的最大线应变为7第7页，共11页，2023年，2月20日，星期一圆形平膜片(b)径向应变分布(a)圆膜片设此载荷为压力p，膜片中心的挠度（位移）最大，将为式中：p——压力；

R——膜片的半径；

h——膜片的厚度；

ymax——膜片中心的最大挠度（位移）。在半径r处膜片的应变值为8第8页，共11页，2023年，2月20日，星期一弹簧管对于椭圆形戴面的薄壁弹簧管（管壁厚h和短半轴b之比应不超过0.7～0.8），其自由端位移d和所加压力p之间的关系具有下面的形式：9第9页，共11页，2023年，2月20日，星期一波纹管图3-4-8波纹管波纹管的轴向形变（位移）与轴向集中力的关系可由下式确定：式中：F——轴向集中力；

n——工作的波纹（皱折）数；

ho——波纹管内半径处的壁厚，即管毛坯厚度；Ao、A1、A2和Bo——取决于K和m的系数，其中：

RH——波纹管的外半径；

RB——波纹管的内半径；

R——波纹（皱折）的圆孤半径；

——波纹平面与水平面的夹角，即波纹的斜角，

10第10页，共11页，2023年，2月20日，星期一薄壁圆筒