弹性敏感元件课件

第2章结构型传感器掌握结构型传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路了解其典型应用河南工业职业技术学院电气工程系第2章结构型传感器掌握结构型传感器的基本特性和工作1它们以机械力或磁场力作用下产生的位移为基础，通过弹性元件或构件本身的变换可构成力、压力、加速度、转矩、液位、流量等传感器，基本上属于结构型或复合型传感器。这类传感器又都属于无源型传感器或称能量控制型传感器，必须经转换电路才能输出电量，而且都可采用电桥电路或谐振电路来转换。结构型传感器它们以机械力或磁场力作用下产生的位移为基础，通过弹性元件或构2第一讲传感器中的弹性敏感元件能将力、力矩、压力、温度等物理量变换成位移、转角或应变的弹性元件，称为弹性敏感元件。结构型传感器的组成都有弹性敏感元件。弹性敏感元件：弹簧管第一讲传感器中的弹性敏感元件能将力、力矩、3弹性敏感元件一、应力与应变二、弹性敏感元件的特性三、弹性敏感元件的类型弹性敏感元件一、应力与应变4一、应力与应变：l.应力

截面积为S的物体受到外力F的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力，记作σ，其值为应变种类示意图a)正向应力：物体两端受拉力或压力作用时，物体处于拉伸或压缩状态。拉为正，压为负；b)切向应力：物体一端固定，另一端受平行于端面的力作用时，内部任意截面上产生大小相等、方向相反的应力；图示方向的应力为正值，反之为负值。一、应力与应变：l.应力应变种类示意图a)正向应力：物体两端52.应变

应变是物体受外力作用时产生的相对变形。设物体原长度为，受力后产生Δ的变形，若Δ>0，则表示物体被拉伸；Δ<0，则表示物体被压缩。其应变ε定义为纵向应变物体纵向发生变形时，其横向发生相反变形，称为横向应变。为了区别，将前者记作，后者记作。横向应变2.应变纵向应变物体纵向发生变形时，其横向发生相反变形，称为63.虎克定律与弹性模量虎克定律：当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比。E为弹性模量或称杨氏模量，单位为N／m2；G为剪切模量或称刚性模量。3.虎克定律与弹性模量虎克定律：E为弹性模量或称杨氏模量，单7二、弹性敏感元件的特性：特性：说明弹性元件受力(输入)与其相应位移(输出)间的关系。1、刚度刚度是弹性元件在外力作用下变形大小的量度，即单位变形需要力的大小，一般用K来表示。设F为作用在弹性元件上的外力，x为弹性元件产生的变形，则有

弹性元件特性曲线二、弹性敏感元件的特性：特性：说明弹性元件受力(输入)与其相82、灵敏度

灵敏度是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小，即为刚度的倒数，用k表示。3、弹性滞后

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，如图所示。曲线1和2所包围的范围称为滞环。弹性滞后现象会给测量带来误差。xOF122、灵敏度3、弹性滞后xOF1294、弹性后效

当载荷从某一数值变化到另一数值时，弹性元件不是立即完成相应的变形，而是在一定的时间间隔中逐渐完成变形，这一现象称为弹性后效。如图所示，当作用在弹性敏感元件上的力由零增加至F0时，弹性敏感元件先变形至x1，然后在载荷未改变的情况下继续变形到x0为止。反之，如果力由减至零，弹性敏感元件变形至x2，然后继续减小变形，直到恢复原状为止。xOF弹性后效现象x0x1x2F04、弹性后效当载荷从某一数值变化到另一数值时105、固有振动频率

弹性敏感元件的动态特性与它的固有频率有很大的关系。弹性敏感元件的固有振动角频率为在实际选用或设计弹性敏感元件时，常常遇到线性度、灵敏度、固有振动频率之间相互矛盾、相互制约的问题，因此必须根据测量的对象和要求加以综合考虑。5、固有振动频率11三、弹性敏感元件的类型：

变换力的弹性敏感元件传感器弹性元件的结构形式多种多样，根据被测量大小不同，常见的有柱式、悬臂梁式、环式等等。以下仅介绍几种变换力和变换压力的弹性敏感元件。三、弹性敏感元件的类型：变换力的弹性敏感元件12

变换压力的弹性敏感元件变换压力的弹性敏感元件13两端梁悬臂梁两端梁悬臂梁14第2章结构型传感器掌握结构型传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路了解其典型应用河南工业职业技术学院电气工程系第2章结构型传感器掌握结构型传感器的基本特性和工作15它们以机械力或磁场力作用下产生的位移为基础，通过弹性元件或构件本身的变换可构成力、压力、加速度、转矩、液位、流量等传感器，基本上属于结构型或复合型传感器。这类传感器又都属于无源型传感器或称能量控制型传感器，必须经转换电路才能输出电量，而且都可采用电桥电路或谐振电路来转换。结构型传感器它们以机械力或磁场力作用下产生的位移为基础，通过弹性元件或构16第一讲传感器中的弹性敏感元件能将力、力矩、压力、温度等物理量变换成位移、转角或应变的弹性元件，称为弹性敏感元件。结构型传感器的组成都有弹性敏感元件。弹性敏感元件：弹簧管第一讲传感器中的弹性敏感元件能将力、力矩、17弹性敏感元件一、应力与应变二、弹性敏感元件的特性三、弹性敏感元件的类型弹性敏感元件一、应力与应变18一、应力与应变：l.应力

截面积为S的物体受到外力F的作用并处于平衡状态时，物体在单位面积上引起的内力称为应力，记作σ，其值为应变种类示意图a)正向应力：物体两端受拉力或压力作用时，物体处于拉伸或压缩状态。拉为正，压为负；b)切向应力：物体一端固定，另一端受平行于端面的力作用时，内部任意截面上产生大小相等、方向相反的应力；图示方向的应力为正值，反之为负值。一、应力与应变：l.应力应变种类示意图a)正向应力：物体两端192.应变

应变是物体受外力作用时产生的相对变形。设物体原长度为，受力后产生Δ的变形，若Δ>0，则表示物体被拉伸；Δ<0，则表示物体被压缩。其应变ε定义为纵向应变物体纵向发生变形时，其横向发生相反变形，称为横向应变。为了区别，将前者记作，后者记作。横向应变2.应变纵向应变物体纵向发生变形时，其横向发生相反变形，称为203.虎克定律与弹性模量虎克定律：当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比。E为弹性模量或称杨氏模量，单位为N／m2；G为剪切模量或称刚性模量。3.虎克定律与弹性模量虎克定律：E为弹性模量或称杨氏模量，单21二、弹性敏感元件的特性：特性：说明弹性元件受力(输入)与其相应位移(输出)间的关系。1、刚度刚度是弹性元件在外力作用下变形大小的量度，即单位变形需要力的大小，一般用K来表示。设F为作用在弹性元件上的外力，x为弹性元件产生的变形，则有

弹性元件特性曲线二、弹性敏感元件的特性：特性：说明弹性元件受力(输入)与其相222、灵敏度

灵敏度是弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小，即为刚度的倒数，用k表示。3、弹性滞后

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，如图所示。曲线1和2所包围的范围称为滞环。弹性滞后现象会给测量带来误差。xOF122、灵敏度3、弹性滞后xOF12234、弹性后效

当载荷从某一数值变化到另一数值时，弹性元件不是立即完成相应的变形，而是在一定的时间间隔中逐渐完成变形，这一现象称为弹性后效。如图所示，当作用在弹性敏感元件上的力由零增加至F0时，弹性敏感元件先变形至x1，然后在载荷未改变的情况下继续变形到x0为止。反之，如果力由减至零，弹性敏感元件变形至x2，然后继续减小变形，直到恢复原状为止。xOF弹性后效现象x0x1x2F04、弹性后效当载荷从某一数值变化到另一数值时245、固有振动频率

弹性敏感元件的动态特性与它的固有频率有很大的关系。弹性敏感元件的固有振动角频率为在实际选用或设计弹性敏感元件时，常常遇到线性度、灵敏度、固有振动频率之间相互矛盾、相互制约的问题，因此必须根据测量的对象和要求加以综合考虑。5、固有振动频率2