彈性敏感元件

　　基本組成

　　彈性敏感元件的形式可以是實(shí)心或空心的圓柱體、等截面圓環(huán)、等截面或等強(qiáng)度懸臂梁、扭管等，也可以是彈簧管(波登管)、膜片、膜盒、波紋管、薄壁圓筒、薄壁半球等。彈性敏感元件在傳感器中占有很重要的地位，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響傳感器的性能和精度。在很多情況下，它甚至是傳感器的核心部分。

　　基本特性

　　彈性敏感元件的基本特性可用剛度和靈敏度來(lái)表征。剛度是對(duì)彈性敏感元件在外力作用下變形大小的定量描述，即產(chǎn)生單位位移所需要的力（或壓力）。靈敏度是剛度的倒數(shù)，它表示單位作用力

　?。ɑ驂毫Γ┦箯椥悦舾性a(chǎn)生形變的大小。實(shí)際的彈性材料在不同程度上普遍存在彈性滯后和彈性后效現(xiàn)象。彈性滯后是指彈性材料在加載、卸載的正反行程中,位移曲線是不重合的,構(gòu)成一個(gè)彈性滯后環(huán)，即當(dāng)載荷增加或減少至同一數(shù)值時(shí)位移之間存在一差值(圖中Δ&owega;)。彈性滯后的存在表明在卸載過(guò)程中沒(méi)有完全釋放外力所作的功，在一個(gè)加卸載的循環(huán)中所消耗的能量相當(dāng)于滯后環(huán)包圍的面積。彈性后效是指載荷在停止變化之后，彈性元件在一段時(shí)間之內(nèi)還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生類(lèi)似蠕動(dòng)的位移，又稱(chēng)彈性蠕變。這兩種現(xiàn)象在彈性元件的工作過(guò)程中是相隨出現(xiàn)的，其后果是降低元件的品質(zhì)因素并引起測(cè)量誤差和零點(diǎn)漂移，在傳感器的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量使它們減小。

　　使用材料

　　在設(shè)計(jì)傳感器之前應(yīng)首先選擇性能良好的彈性元件材料。理想的彈性元件材料應(yīng)具備強(qiáng)度高、彈性模量溫度系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)小、各向同性和機(jī)械加工性能好、抗氧化和抗腐蝕性好、彈性滯后小等性能，但尋找同時(shí)滿足上述要求的彈性材料是困難的，只能根據(jù)傳感器的使用條件綜合考慮。彈性元件材料有彈性合金、石英、陶瓷和半導(dǎo)體硅等。常用彈性合金分為高彈性合金和恒彈性合金。銅基高彈性合金用得最早，如黃銅、磷青銅、鈦銅和鈹青銅等。由于銅基合金耐高溫和耐腐蝕性能差，因此鐵基和鎳基高彈性合金在一些應(yīng)用場(chǎng)合逐漸取而代之。它們具有彈性高、滯后小、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。高彈性合金的缺點(diǎn)是彈性模量的溫度系數(shù)大，因而帶來(lái)顯著的溫度誤差。因此測(cè)壓敏感元件（見(jiàn)壓力傳感器）普遍采用恒彈性合金材料。在一定溫度范圍內(nèi)，恒彈性合金的彈性模量溫度系數(shù)很小，一般為±10×10-6/℃（如Ni42CrTiA1）。較理想的高溫恒彈性合金是鈮基合金。它的特點(diǎn)是無(wú)磁性、恒彈性（即溫度系數(shù)小）、彈性模量低（即剛度小、可獲得高靈敏度）、強(qiáng)度高和耐腐蝕。石英也是一種優(yōu)良的彈性元件材料，其滯后僅為最佳彈性合金的1/100,而熱線脹系數(shù)為它的1/30。陶瓷在破碎之前，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系始終保持線性,最適于制作耐高溫的彈性元件。