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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,传感器技术弹性敏感元件力学特性,79,2024/11/26,IPENG XJTU,第三章 传感器的弹性敏感元件力学特性,赵立波,2009,年,9,月,3.1,概 述,3.2,弹性敏感元件的特性,3.3,弹性敏感元件的材料,3.4,弹性敏感元件的设计,/,计算,主要内容,弹性元件,?,一般特性,位移、应变、应力特性,固有振动特性,其他特性,弹性元件的特性,3.1,概 述,弹性元件,弹性变形,真空膜盒,弹簧,电位器,电刷,壳体,引线,常用弹性敏感元件,(1),3.1,概 述,常用弹性敏感元件,(2),3.1,概 述,常用弹性敏感元件,(3),3.1,概 述,常用弹性敏感元件,(4),3.1,概 述,常用弹性敏感元件,(5),3.1,概 述,常用弹性敏感元件,(6),3.1,概 述,3.1,概 述,3.2,弹性敏感元件的特性,3.3,弹性敏感元件的材料,3.4,弹性敏感元件的设计,/,计算,主要内容,3.2.1,刚度与柔度,3.2.2,固有频率,3.2.3,弹性滞后,3.2.4,弹性后效与蠕变,3.2.5,弹性材料的机械品质因数,3.2.6,弹性元件的热特性,3.2.7,位移描述,3.2.8,应变描述,3.2.9,应力描述,3.2.10,广义虎克定律,3.2.11,弹性元件的边界条件,3.2,弹性敏感元件的基本特性,柔度,(,灵敏度,),刚度,3.2.1,刚度与柔度,3.2.2,固有频率,3.2.3,弹性滞后,3.2.4,弹性后效与蠕变,3.2.4,弹性后效与蠕变,金属弹性敏感元件长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为,蠕变,。,安全系数,3.2.4,弹性后效与蠕变,O,x,F,t,H,A,D,E,B,K,C,3.2.5,弹性材料的机械品质因数,1,、热胀冷缩,2,、热应变,3,、弹性模量温度系数,4,、频率温度系数,3.2.6,弹性元件的热特性,弹性敏感元件的位移,(,直角坐标系,),3.2.7,位移描述,弹性敏感元件的位移,(,平面极坐标系,),3.2.7,位移描述,3.2.8,应变描述,3.2.8,应变描述,3.2.8,应变描述,(,平面极坐标系,),3.2.8,应变描述,3.2.9,应力描述,直角坐标系,3.2.9,应力描述,对于硅压阻效应,3.2.9,应力描述,弹性敏感元件的应力,(,平面极坐标系,),3.2.9,应力描述,(,直角坐标系,),力平衡,3.2.9,应力描述,(,平面极坐标系,),力平衡,3.2.9,应力描述,(,直角坐标系,边界条件,),3.2.9,应力描述,胡克,1635,1703,，,1678,年弹性定律发表在他的讲演集,态势的恢复,(,针对典型弹性体,),科西,1822,年引入,“,应力,”“,应变,”,及,G.,格林的改进后才具有现代形式,(Robert Hooke),3.2.10,广义胡克定律,牛顿,万有引力的思考,3.2.10,广义胡克定律,3.2.10,广义胡克定律,(,平面应力问题,),3.2.10,广义胡克定律,(,一维应力问题,),3.2.10,广义胡克定律,固支：位移与转角为零,简支：位移与转矩为零,自由：转矩与剪力为零,3.2.11,弹性元件的边界条件,固支：位移与转角为零,3.2.11,弹性元件的边界条件,简支：位移与转矩为零,3.2.11,弹性元件的边界条件,自由：转矩与剪力为零,3.2.11,弹性元件的边界条件,3.1,概 述,3.2,弹性敏感元件的特性,3.3,弹性敏感元件的材料,3.4,弹性敏感元件的设计,/,计算,主要内容,3.3.1,弹性敏感元件材料的评价,弹性储能,(,应变能,),：,是指材料在开始塑性变形以前单位体积所吸收的最大弹性变形功。,具有良好的机械性能,具有良好的弹性性能,具有良好的温度特性,具有良好的化学性能,3.3.2,弹性敏感元件材料的要求,3.3.3,常用弹性敏感元件的材料,3.3.4,弹性敏感元件材料的处理,稳定性处理：消除残余内应力,时效,退火,反复加载和机械振动,冷处理,3.1,概 述,3.2,弹性敏感元件的特性,3.3,弹性敏感元件的材料,3.4,弹性敏感元件的设计,/,计算,主要内容,3.4.1,弹性敏感元件的型式,-1,3.4.1,弹性敏感元件的型式,-2,3.4.2,弹性敏感元件的力学特性,变形量,应力,3.4.3,弹性敏感元件的刚度系数,3.4.4,弹性敏感元件的固有频率,1,）弹性柱体,2,）弹性弦丝的固有振动,3,）悬臂梁,4,）双端固支梁,5,）周边固支圆平膜片,6,）周边固支矩形平膜片,7,）周边固支波纹膜片,8,）,E,形圆膜片,9,）薄壁圆柱壳体,3.4.5,常用弹性敏感元件的结构,1.,受压缩,(,拉伸,),的圆柱体,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,A,1,）弹性柱体,1.,受压缩,(,拉伸,),的圆柱体,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,(,续,),A,1,）弹性柱体,2.,受扭转的圆柱体,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,A,周边固支,扭矩,M,1,）弹性柱体,2.,受扭转的圆柱体,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,(,续,),A,周边固支,扭矩,M,1,）弹性柱体,拉伸,柱体的振动特性,一端固支，一端自由,扭转,1,）弹性柱体,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,2,）弹性弦丝的固有振动,1.,等截面情况,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,3,）悬臂梁,1.,等截面情况,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,(,续,),3,）悬臂梁,2.,变截面情况,(,等强度,),(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,3,）悬臂梁,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,4,）双端固支梁,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,5,）周边固支圆平膜片,(4),基本结论,(,续,),5,）周边固支圆平膜片,(4),基本结论,(,续,),5,）周边固支圆平膜片,(4),基本结论,(,续,),5,）周边固支圆平膜片,若要求非线性,1%,，则,若要求非线性,0.2%,，则,若要求非线性,0.1%,，则,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,周边固支,6,）周边固支矩形平膜片,(4),基本结论,(,续,),6,）周边固支矩形平膜片,(4),基本结论,(,续,),特例,(,方形情况,)(A,B),6,）周边固支矩形平膜片,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,周边固支,7,）周边固支波纹膜片,(4),基本结论,(,续,),周边固支,7,）周边固支波纹膜片,7,）周边固支波纹膜片,7,）周边固支波纹膜片,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,周边固支,周边固支,p,或,F,8,）,E,形圆膜片,8,）,E,形圆膜片,(1),几何描述,(2),边界条件,(3),受力状态,(4),基本结论,固支,类固支,9,）薄壁圆柱壳体,在物理量传感器中，可以利用弹性敏感元件的哪些物理特性？举例说明,(2,个,),。,说明弹性敏感元件的刚度、弹性滞后、弹性后效、蠕变的物理意义。,分析弹性敏感元件的热特性。,思考题,总结！,
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