购买

¥20.0

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 弹性敏感元件(完整)

弹性敏感元件(完整).ppt

弹性敏感元件(完整)

中小学精品课件
2019-02-28 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《弹性敏感元件(完整)ppt》,可适用于财会税务领域

传感器中的弹性敏感元件主要内容弹性敏感元件的基本特性弹性敏感元件的材料常用弹性敏感元件本章内容计划学时数:学时重点:弹性敏感元件的基本特性难点:弹性滞后、弹性后效的理解讲授思路:先介绍弹性元件的概念及其在传感器技术中的地位重点讲授传感器中弹性敏感元件的基本特性:弹性特性、弹性滞后、弹性后效和固有振荡频率的概念简要介绍弹性敏感元件对材料的要求最后简单描述常用的一些弹性敏感元件的用法。第一节引言变形物体在外力作用下而改变尺寸或形状的现象弹性变形当外力去掉后能完全恢复原来的尺寸和形状的变形弹性元件具有弹性变形特性的物体谈到弹性元件最容易想到的是弹簧弹簧在力的作用下可能发生拉伸或压缩的变化这样的变化就是变形但是变形不仅仅只有弹簧这样的形式其他的比如篮球健身用的握力圈扭力棒等变形的种类是繁多的弹性变形最关键的问题是这样的变形可恢复弹簧力释放后恢复原状篮球也能恢复原状用榔头把桌面敲一个坑这样的变形就不能恢复原状两车相撞这样的变形也不属于弹性变形弹性变形实际上应该是在某个特定的范围内的概念弹性变形可能转换为塑性变形如果把这样的概念延伸的话实际上意味着量程范围的问题弹性元件是具有弹性变形特性的物体当然在正常情况下这样的物体在力、力矩的作用下能够产生变形在力或力矩撤销后也能够恢复原状我们利用这样的特性来实现从力或力矩变换为应变或位移的转换这样的转换也要求弹性变形而不是变换为一次性的弹性元件的弹性变形特性必须不超越特定的界限否则就可能变形无法恢复。第一节引言弹性元件把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移再由转换元件变换成电量弹性敏感元件感受力、力矩、压力等被测参数并通过它将被测量变换为应变、位移等它直接起到测量的作用弹性支承作为传感器中活动部分的支承起支承导向作用。弹性元件在传感器技术中通常扮演敏感元件的角色她通常感受的是力、力矩、压力等这种类型的被测量并将感受的结果以另一种非电量的形式给出应变或位移也就是说她的作用实际上是从力到应变或位移的映射之所以能够完成这样的映射与弹性变形的特性是分不开的从弹性元件在传感器中的作用来看一类起到对被测量直接测量的作用当然测量的结果是变形称为弹性敏感元件另一类主要起到支撑导向作用以保证传感器的活动部分得到良好的运动精度称为弹性支承第二节弹性敏感元件的基本特性弹性特性作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变形(应变、位移或转角)之间的关系称为弹性元件的弹性特性。弹性特性可用刚度或灵敏度来表示。弹性特性可能是线性的也可能是非线性的弹性特性弹性特性是弹性敏感元件最重要的特性她表现为被测量与变形之间的关系也是弹性敏感元件能够实现敏感元件功能的基本保障不管弹性敏感元件承受压力、力还是力矩根本的一点就是受外力作用了不管变形是应变、位移或是转角根本的一点就是变形了弹性特性就是描述这样的外力与这样的变形之间的关系从弹性特性的曲线上我们可以得到力与变形的直观认识通常情况下外力越大变形也就越大但是不能超越特定的范围另外当力为的时候变形也为意味着外力撤销后变形能够恢复刚度与灵敏度是从不同侧面描述弹性特性的等价的两个指标。弹性特性我们希望是线性的但她的确可能是非线性的对于非线性的情况我们可以要求后续转换元件工作的时候将这种非线性进行修正。第二节弹性敏感元件的基本特性刚度弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力一般用k表示。刚度是从抵抗变形这个角度来描述弹性特性的:她描述的是多大的变形能够抵抗多大的外力的作用刚度越大弹性敏感元件抵抗变形的能力越大或者说越大的刚度就意味作抵抗同样的外力作用弹性敏感元件变形就越小。第二节弹性敏感元件的基本特性从弹性特性曲线求得刚度的方法做切线找夹角求正切如果弹性元件的弹性特性是线性的则其刚度为常数对于这样的一个弹性特性曲线希望大家注意到坐标的构成形式纵轴是外力而横轴是变形也就是说实际上纵轴是输入而横轴是输出因此在这样的特性曲线下刚度实际上就是曲线在某处的切线的斜率这是求曲线上某点刚度的一般性的认知。如果弹性特性是线性的当然直线的斜率就是弹性特性刚度的指标刚度在这里应该是常数第二节弹性敏感元件的基本特性灵敏度灵敏度就是单位力产生变形的大小。灵敏度是刚度的倒数一般用Sn表示。灵敏度是从单位力产生变形的角度来描述弹性敏感元件的弹性特性的也就是说她描述的是多大的力的变化会导致多大的变形而刚度描述的是多大的变形可以抵抗多大的力本质上说二者没有质的区别只是在不同的情况下有不同的便利之处而已。灵敏度与刚度实际上是互为倒数的。关于弹性敏感元件的串联与并联的问题可以这样来理解健身用的拉力器可以很好的示意并联的效果:一根弹簧与两根弹簧相比我们拉一根弹簧的时候要省力些两根弹簧要费力些那么从刚度与灵敏度的角度来看弹簧并联时我们要费力意味着抵抗变形的能力增加即刚度增加这个时候我们用同样的力去拉拉力器的时候弹簧变形变小即灵敏度减小而串联时则是刚度减小灵敏度增加第二节弹性敏感元件的基本特性关于刚度和灵敏度的理解刚度和灵敏度都是描述弹性特性的指标两者互为倒数刚度与灵敏度是从不同的侧面对同一特性的描述刚度描述的是抵抗变形的能力灵敏度描述的是变形的能力在传感器应用中弹性元件的不同联结方法对总的灵敏度影响不同弹性特性是弹性元件之所以能够成为敏感元件的原因弹性元件能够感受力并产生相应的变形这样的力与变形之间在弹性变形范围内是有特定关系的刚度描述的是抵抗变形的能力也就是说多大的变形能够承受多大的外力的问题刚度越大对同样的外力而言变形就越小刚度小则变形大灵敏度描述的是变形的能力力作用了就产生变形灵敏度大则变形大灵敏度小则变形小探讨弹性元件的不同联结方法对总的灵敏度影响的时候我们要注意同一个弹性元件她的弹性特性并没有发生变化而是这些弹性元件作为一个整体来讨论灵敏度才有变化并联增加刚度减小灵敏度而串联减小刚度增加灵敏度刚度与灵敏度实际上描述的是同一特性。第二节弹性敏感元件的基本特性弹性滞后弹性元件在弹性变形范围内弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象弹性变形之差Δx叫做弹性敏感元件的滞后误差曲线和曲线所包围的范围称为滞环弹性滞后现象描述的是弹性元件在弹性变形范围内弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象具体的体现为同样大小外力作用的时候在加载过程和卸载过程中弹性元件的变形不一样而这个变形的差称为弹性敏感元件的滞后误差弹性滞后特性与传感器的静态特性中的迟滞特性有很大的相似性那么我们有理由认为有弹性敏感元件构成的传感器中传感器作为一个整体的迟滞特性与其弹性敏感元件的弹性滞后特性有直接的关系弹性滞后的原因主要是由于弹性敏感元件在工作时其材料分子间存在内摩擦。第二节弹性敏感元件的基本特性关于弹性滞后的理解弹性滞后与传感器的迟滞特性有关弹性敏感元件的滞后误差体现的是在加载与卸载过程中同一个作用力下不同的弹性变形的情况作为敏感元件的变形的不同将导致转换元件转换结果的不同最终将体现在传感器的迟滞特性上引起弹性滞后的原因主要是由于弹性敏感元件在工作时其材料分子间存在内摩擦第二节弹性敏感元件的基本特性弹性后效弹性敏感元件所加载荷改变后不是立即完成相应的变形而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象弹性后效体现的是时间因素的影响对传感器的动态特性影响尤其明显弹性后效是指弹性变形不能及时完成这里有一个输入改变的问题改变后变形不是立即到位而是在力的作用下逐渐变形弹性后效的存在使得弹性元件对输入的变化不能够及时响应从而带来测量的误差对传感器的动态特性影响明显。第二节弹性敏感元件的基本特性弹性滞后和后效在本质上是同一类型的缺点它们与材料的结构、载荷特性以及温度等一系列的因素有关在应用中应该合理的选择材料设计最优的结构和加工方法从而最大程度地减小由弹性滞后和弹性后效现象产生的误差。第二节弹性敏感元件的基本特性固有振动频率弹性敏感元件的动态特性和变换时的滞后现象与它的固有振动频率有关。固有振动频率通常通过实验来确定。固有振动频率也可用下式进行估算第二节弹性敏感元件的基本特性关于固有振动频率的理解弹性元件的固有振动频率是描述弹性元件内在特性的重要参数它体现的是弹性元件固有的特性固有振动频率很大程度上决定弹性元件动态特性的好坏。弹性元件的动态特性和变换被测参数时的滞后作用很大程度上与固有振动频率有关可以通过提高固有振动频率来减少动态误差但固有频率会影响到元件的线性度和灵敏度实际应用中必须根据测量的对象和要求综合考虑第三节弹性敏感元件的材料弹性敏感元件对材料的基本要求是:弹性滞后和弹性后效要小弹性模数的温度系数要小线膨胀系数要小且稳定弹性极限和强度极限要高具有良好的稳定性和耐腐蚀性具有良好的机械加工和热处理性能。弹性敏感元件的基本特性决定应该要扬长避短不利的要减小重要的要保证有利的要突出弹性敏感元件直接参与变换和测量(感受被测量转换为非电量)这样的转换的精度要保证要有良好的弹性特性、足够的精度和稳定性良好的温度和时间稳定性弹性圆柱(实心、空心)特点:结构简单能承受很大载荷用途:电阻应变式拉力或压力传感器弹性圆柱(实心、空心)应力、应变公式灵敏度结构系数β应变大小决定于:圆柱的灵敏结构系数横截面积材料性质圆柱所承受的力与圆柱的长度无关。弹性圆柱(实心、空心)固有频率结论:为了提高应变量应当选择弹性模量小的材料此时虽然相应的固有频率降低了但固有频率降低的程度比应变量的提高来得小总的衡量还是有利的。不降低固有频率来提高应变量必须减小弹性元件的截面积而不降低应变值来提高固有频率必须减短圆柱的长度或选择密度低的材料。悬臂梁(等截面)一端固定一端自由的弹性敏感元件特点结构简单加工方便适于较小力的测量悬臂梁(等截面)应变关系扰度固有频率应变灵敏度结构系数悬臂梁(变截面)自由端加上作用力时在梁上各处产生的应变大小相等。灵敏度结构系数与长度方向的坐标无关都等于。各点的应变值:自由端的挠度:固有振动频率:扭转棒常用于力矩测量最大剪应力最大剪应力与作用的力矩成正比而与其横截面的极惯性矩和半径之比成反比。单位长度的扭转角:G:剪切弹性系数GJ:抗扭刚度圆形膜片和膜盒(圆形平膜片)中心扰度与压力关系小扰度:u<时:应变固有频率h:膜片厚度非线性近似线性圆形膜片和膜盒(波纹膜片)波纹形状:锯齿形、梯形、正弦形波纹高度:~mm膜片厚度:~mm弹簧管又称波登管它是弯曲成各种形状的空心管子大多数是C型弹簧管。一端固定另一端自由。在压力作用下自由端将产生位移。在流体压力测量中作为压力敏感元件将压力变换为弹簧管端部的位移弹簧管工作原理:位移与压力间的关系极限压力圆形膜片当膜片的两面受到不同的压力(或力)的作用时膜片向压力低的一面应变移动使其中心产生与压力差成一定关系的位移。膜片的形式主要有平膜片、垂链式膜片和波纹膜片三种。平膜片又可按周边是否固定支撑、中心是否开孔以及膜片区域受力分布状况的不同等分为多种形式其中最常用的是由周边固定的等截面圆形薄板构成的平膜片。垂链式膜片由靠近边缘处开槽的圆板构成其弹性应变主要发生在边缘环形槽处常用这种膜片压缩应变管或柱来达到测压目的。垂链式膜片的硬中心部分在受压移动时接近平移因此用于电容式传感器或压电式传感器效果较好。波纹膜片压有环状同心波纹。为了增加膜片中心的位移可把两个膜片焊在一起制成膜盒或进一步把数个膜盒串接成膜盒组。金属波纹膜片锡青铜、铍青铜、不锈钢金属波纹膜片:感受压力从几百帕到几十兆帕材料厚度可从mm到mm直径从十余毫米到毫米其压力位移特性可以是线性的、渐增的或渐减的精度可达千分之五。压力膜盒铍青铜、锡青铜不锈钢压力膜盒:其压力位移特性可以是线性的渐增的或渐减的精度可达千分之三。弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表,又称为波登管压力表。压力表中的弹簧的自由端是封闭的它通过拉杆带动扇形齿轮转动。测压时弹簧管在被测压力作用下产生变形因而弹簧管自由端产生位移位移量与被测压力的大小成正比使指针偏转在度盘上指示出压力值。如果表壳内通有大气压力表测出的压力为正压或负压如果将表壳密封并抽真空,压力表测出的压力就是绝对压力。弹簧管压力表带有隔离装置时尚可测量温度较高或腐蚀性、粘稠状、易结晶和粉尘状介质的压力。在精确度较高(如级以上)的弹性式压力测量仪表中弹性元件多用恒弹性合金以至石英玻璃制成。传动机构的轴孔中镶嵌宝石轴承或滚动轴承。度盘标尺长有的还能进行数字显示。波纹管波纹管是一种表面上有许多同心环状形波形皱纹的薄壁圆管波纹管的自由端位移Y与作用于波纹管的压力P的关系为:波纹管的灵敏度与工作波纹数目成正比与壁厚度的三次方成反比与内、外径比的平方成正比。薄壁圆筒应变关系:灵敏度结构系数:固有频率:波纹管柔性联轴器不锈钢波纹管柔性连轴器:是以弹性元件波纹管为核心的联轴器,用在精密仪器和自动控制装置中,在传递扭矩的同时,消除横向、角向位移或安装误差带来的不利影响,结构精巧,安装简便,在精密传动方面,有着不可替代的作用。环行金属波纹管材质:黄铜、锡青铜、铍青铜、弹性合金、不锈钢、高温合金。其中黄铜系列和不锈钢系列广泛用于阀门阀芯配套等电子秤电子地磅电子秤系统基本原理气体压力传感器膜盒的下半部与壳体固接上半部通过连杆与磁芯相连磁芯置于两个电感线圈中后者接入转换电路。这里的膜盒就是敏感元件其外部与大气压力相通内部感受被测压力当变化时引起膜盒上半部移动即输出相应的位移量。本章内容计划学时数:学时重点:弹性敏感元件的基本特性难点:弹性滞后、弹性后效的理解讲授思路:先介绍弹性元件的概念及其在传感器技术中的地位重点讲授传感器中弹性敏感元件的基本特性:弹性特性、弹性滞后、弹性后效和固有振荡频率的概念简要介绍弹性敏感元件对材料的要求最后简单描述常用的一些弹性敏感元件的用法。谈到弹性元件最容易想到的是弹簧弹簧在力的作用下可能发生拉伸或压缩的变化这样的变化就是变形但是变形不仅仅只有弹簧这样的形式其他的比如篮球健身用的握力圈扭力棒等变形的种类是繁多的弹性变形最关键的问题是这样的变形可恢复弹簧力释放后恢复原状篮球也能恢复原状用榔头把桌面敲一个坑这样的变形就不能恢复原状两车相撞这样的变形也不属于弹性变形弹性变形实际上应该是在某个特定的范围内的概念弹性变形可能转换为塑性变形如果把这样的概念延伸的话实际上意味着量程范围的问题弹性元件是具有弹性变形特性的物体当然在正常情况下这样的物体在力、力矩的作用下能够产生变形在力或力矩撤销后也能够恢复原状我们利用这样的特性来实现从力或力矩变换为应变或位移的转换这样的转换也要求弹性变形而不是变换为一次性的弹性元件的弹性变形特性必须不超越特定的界限否则就可能变形无法恢复。弹性元件在传感器技术中通常扮演敏感元件的角色她通常感受的是力、力矩、压力等这种类型的被测量并将感受的结果以另一种非电量的形式给出应变或位移也就是说她的作用实际上是从力到应变或位移的映射之所以能够完成这样的映射与弹性变形的特性是分不开的从弹性元件在传感器中的作用来看一类起到对被测量直接测量的作用当然测量的结果是变形称为弹性敏感元件另一类主要起到支撑导向作用以保证传感器的活动部分得到良好的运动精度称为弹性支承弹性特性是弹性敏感元件最重要的特性她表现为被测量与变形之间的关系也是弹性敏感元件能够实现敏感元件功能的基本保障不管弹性敏感元件承受压力、力还是力矩根本的一点就是受外力作用了不管变形是应变、位移或是转角根本的一点就是变形了弹性特性就是描述这样的外力与这样的变形之间的关系从弹性特性的曲线上我们可以得到力与变形的直观认识通常情况下外力越大变形也就越大但是不能超越特定的范围另外当力为的时候变形也为意味着外力撤销后变形能够恢复刚度与灵敏度是从不同侧面描述弹性特性的等价的两个指标。弹性特性我们希望是线性的但她的确可能是非线性的对于非线性的情况我们可以要求后续转换元件工作的时候将这种非线性进行修正。刚度是从抵抗变形这个角度来描述弹性特性的:她描述的是多大的变形能够抵抗多大的外力的作用刚度越大弹性敏感元件抵抗变形的能力越大或者说越大的刚度就意味作抵抗同样的外力作用弹性敏感元件变形就越小。对于这样的一个弹性特性曲线希望大家注意到坐标的构成形式纵轴是外力而横轴是变形也就是说实际上纵轴是输入而横轴是输出因此在这样的特性曲线下刚度实际上就是曲线在某处的切线的斜率这是求曲线上某点刚度的一般性的认知。如果弹性特性是线性的当然直线的斜率就是弹性特性刚度的指标刚度在这里应该是常数灵敏度是从单位力产生变形的角度来描述弹性敏感元件的弹性特性的也就是说她描述的是多大的力的变化会导致多大的变形而刚度描述的是多大的变形可以抵抗多大的力本质上说二者没有质的区别只是在不同的情况下有不同的便利之处而已。灵敏度与刚度实际上是互为倒数的。关于弹性敏感元件的串联与并联的问题可以这样来理解健身用的拉力器可以很好的示意并联的效果:一根弹簧与两根弹簧相比我们拉一根弹簧的时候要省力些两根弹簧要费力些那么从刚度与灵敏度的角度来看弹簧并联时我们要费力意味着抵抗变形的能力增加即刚度增加这个时候我们用同样的力去拉拉力器的时候弹簧变形变小即灵敏度减小而串联时则是刚度减小灵敏度增加弹性特性是弹性元件之所以能够成为敏感元件的原因弹性元件能够感受力并产生相应的变形这样的力与变形之间在弹性变形范围内是有特定关系的刚度描述的是抵抗变形的能力也就是说多大的变形能够承受多大的外力的问题刚度越大对同样的外力而言变形就越小刚度小则变形大灵敏度描述的是变形的能力力作用了就产生变形灵敏度大则变形大灵敏度小则变形小探讨弹性元件的不同联结方法对总的灵敏度影响的时候我们要注意同一个弹性元件她的弹性特性并没有发生变化而是这些弹性元件作为一个整体来讨论灵敏度才有变化并联增加刚度减小灵敏度而串联减小刚度增加灵敏度刚度与灵敏度实际上描述的是同一特性。弹性滞后现象描述的是弹性元件在弹性变形范围内弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象具体的体现为同样大小外力作用的时候在加载过程和卸载过程中弹性元件的变形不一样而这个变形的差称为弹性敏感元件的滞后误差弹性滞后特性与传感器的静态特性中的迟滞特性有很大的相似性那么我们有理由认为有弹性敏感元件构成的传感器中传感器作为一个整体的迟滞特性与其弹性敏感元件的弹性滞后特性有直接的关系弹性滞后的原因主要是由于弹性敏感元件在工作时其材料分子间存在内摩擦。弹性后效是指弹性变形不能及时完成这里有一个输入改变的问题改变后变形不是立即到位而是在力的作用下逐渐变形弹性后效的存在使得弹性元件对输入的变化不能够及时响应从而带来测量的误差对传感器的动态特性影响明显。弹性敏感元件的基本特性决定应该要扬长避短不利的要减小重要的要保证有利的要突出弹性敏感元件直接参与变换和测量(感受被测量转换为非电量)这样的转换的精度要保证要有良好的弹性特性、足够的精度和稳定性良好的温度和时间稳定性

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

评分:

/40

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利