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2.1 弹性敏感元件 引例： 力敏感元件 转换元件 显示设备 图2.2 力传感器的测量示意图 2.1 弹性敏感元件 2.1 弹性敏感元件 原理：作用在弹性敏感元件上的力或压力，引起弹性敏感元件的变形转换成了应变或位移，然后再由传感器将应变或位移转换成电信号。 2.1 弹性敏感元件 2.1.1 弹性敏感元件的特征 1. 刚度 弹性元件在外力作用下变形大小的量度，一般用k表示 F——作用在弹性元件上的外力； X——弹性元件产生的变形。 2.1 弹性敏感元件 2. 灵敏度 灵敏度是指弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小，在弹性力学中称为弹性元件的柔度。它是刚度的倒数，用K表示 2.1 弹性敏感元件 3. 弹性滞后 实际的弹性元件在加／卸载的正反行程中变形曲线是不重合的，这种现象称为弹性滞后现象，它会给测量带来误差。 产生弹性滞后的主要原因是：弹性敏感元件在工作过程中分子间存在内摩擦，当比较两种弹性材料时，应都用加载变形曲线或都用卸载变形曲线，这样才有可比性。 2.1 弹性敏感元件 4. 弹性后效 当载荷从某一数值变化到另一数值时，弹性元件变形不是立即完成相应的变形，而是经一定的时间间隔逐渐完成变形的，这种现象称为弹性后效。 2.1 弹性敏感元件 5. 固有振荡频率 弹性敏感元件都有自己的固有振荡频率f0，它将影响传感器的动态特性。传感器的工作频率应避开弹性敏感元件的固有振荡频率，往往希望f0较高。 2.1 弹性敏感元件 2.1.2 弹性敏感元件的结构形式 弹性敏感元件在形式上可分为两大类 （1）将力转换为应变或位移的变换力的弹性敏感元件； （2）将压力转换为应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 2.1 弹性敏感元件 1. 变换力的弹性敏感元件 图2.3一些变换力的弹性敏感元件形状 （a）实心柱形 （b）空心圆柱形 （c）等截面圆环形 （d）变截面圆环形 （e）等截面薄板 （f）等截面悬臂梁 （g）等强度悬臂梁 （h）扭转轴 2.1 弹性敏感元件 （1）等截面圆柱式 等截面圆柱式弹性敏感元件，根据截面形状可分为实心圆截面形状及空心圆截面形状等，如图2.3（a）、图2.3（b）所示。它们结构简单，可承受较大的载荷，便于加工。实心圆柱形的可测量大于10kN的力，而空心圆柱形的只能测量l ~ 10kN的力。 （2）圆环式 圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。但它的工艺性较差，加工时不易得到较高的精度。由于圆环式弹性敏感元件各变形部位应力不均匀，采用应变片测力时，应将应变片贴在其应变最大的位置上。 圆环式弹性敏感元件的形状如图2.3（c）、图2.3（d）所示。 2.1 弹性敏感元件 （3）等截面薄板式 等截面薄板式弹性敏感元件如图2.3（e）所示。由于它的厚度比较小，故又称它为膜片。当膜片边缘固定，膜片的一面受力时，膜片产生弯曲变形，因而产生径向和切向应变。在应变处贴上应变片，就可以测出应变量，从而可测得作用力F的大小。也可以利用它变形产生的挠度组成电容式或电感式或压力传感器。 （4）悬臂梁式 如图2.3（f）、图2.3（g）所示，它一端固定，一端自由，结构简单，加工方便，应变和位移较大，适用于测量1 ~ 5KN的力。 图2.3（f）为等截面悬臂梁，其上表面受拉伸，下表面受压缩。由于其表面各部位的应变不同，所以应变片要贴在合适的部位，否则将影响测量的精度。 2.1 弹性敏感元件 图2.3（g）为变截面等强度悬臂梁，它的厚度相同，但横截面不相等。因而沿梁长度方向任一点的应变都相等，这给贴放应变片带来了方便，也提高了测量精度。 （5）扭转轴 扭转轴是一个专门用来测量扭矩的弹性元件，如图2.3（h）所示。扭矩是一种力矩，其大小用转轴与作用点的距离和力的乘积来表示。扭转轴弹性敏感元件主要用来制作扭矩传感器，它利用扭转轴弹性体把扭矩变换为角位移，再把角位移转换为电信号输出。 2.1 弹性敏感元件 2. 变换压力的弹性敏感元件 这类弹性敏感元件常见的有弹簧管、波纹管、波纹膜片、膜盒和薄壁圆筒等。它可以把流体产生的压力变换成位移量输出。 图2.4 弹簧管的结构 2.1 弹性敏感元件 图2..5波纹管的外形 波纹管的轴向在流体