彈性敏感元件是傳感器中的一種關(guān)鍵部件，通常由彈性材料制成。這種元件能夠?qū)⒋郎y物理量如力、壓力、力矩、振動等轉(zhuǎn)化為應變量或位移量，隨后通過其他轉(zhuǎn)換元件將其轉(zhuǎn)換為電信號。
形態(tài)特征
彈性敏感元件的形態(tài)多樣，包括實心或空心的圓柱體、等截面圓環(huán)、等截面或等強度懸臂梁、扭管等。此外，還有彈簧管（波登管）、膜片、膜盒、波紋管、薄壁圓筒、薄壁半球等多種形式。這些元件在傳感器中扮演著重要角色，其質(zhì)量和性能直接決定傳感器的整體表現(xiàn)和精確度，有時甚至成為傳感器的核心組成部分。
物理特性
彈性敏感元件的物理特性主要由剛度和靈敏度兩個參數(shù)衡量。剛度反映了元件在外力作用下的變形程度，即產(chǎn)生單位位移所需的力或壓力。靈敏度則是剛度的倒數(shù)，表示單位力或壓力引起的元件形變幅度。然而，實際使用的彈性材料往往表現(xiàn)出一定的彈性滯后和彈性后效現(xiàn)象。彈性滯后指在加載和卸載的過程中，位移曲線并不重合，形成一個彈性滯后環(huán)。彈性后效則是在負載停止變化后，元件仍會持續(xù)發(fā)生微小的位移，也稱為彈性蠕變。這些現(xiàn)象會導致元件品質(zhì)下降，并可能引入測量誤差和零點漂移。因此，在傳感器設計中，應盡可能減少這些影響。
材料選用
在設計傳感器前，應優(yōu)先選擇具有良好特性的彈性元件材料。理想材料應具備高強度、低彈性模量溫度系數(shù)、小熱膨脹系數(shù)、各向同性、易于機械加工、優(yōu)異的抗氧化和抗腐蝕能力以及較小的彈性滯后。盡管難以找到同時滿足所有要求的材料，但在具體應用中應結(jié)合傳感器的實際需求進行權(quán)衡。常見的彈性元件材料包括彈性合金、石英、陶瓷和半導體硅。其中，彈性合金可分為高彈性合金和恒彈性合金兩類。早期廣泛使用的銅基高彈性合金如黃銅、磷青銅、鈦銅和鈹青銅，但由于其耐高溫和耐腐蝕性能較差，已逐步被鐵基和鎳基高彈性合金取代。后者具有更高的彈性和更小的滯后。對于測壓敏感元件，通常采用恒彈性合金以減少因溫度變化導致的誤差。鈮基合金是一種理想的高溫恒彈性合金，具有無磁性、恒彈性、低彈性模量、高強度和耐腐蝕等特點。石英因其極低的滯后和熱膨脹系數(shù)，也是優(yōu)秀的彈性元件材料。陶瓷在未破裂的情況下，應力應變關(guān)系保持線性，特別適合制造耐高溫的彈性元件。
參考資料 >
什么是彈性敏感元件，有什么作用？.電子發(fā)燒友.2024-09-14
第3章 傳感器中的彈性敏感元件設計.道客巴巴.2024-09-14
彈性敏感元件的基本特性.電子發(fā)燒友.2024-09-14