35
36
所以
D4Fd2
37
弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性都有影响。由材料力学可知，高度对沿
其横截面的变形有影响。当高度与直径的比值HD〉〉1时，沿其中间断面上的应力状
态和变形状态与其端面上作用的载荷性质和接触条件无关。试验研究的结果建议采用
H2DL
38
式中L为应变片的基长。对于空心的圆柱为
H≥DdL
39
此外，
因此，经比较分析选取空心圆柱作为弹性体。
电路转换部分
一般电桥的输出电压为
Uo
Ui
R1R4R2R3R1R2R3R4
如图32，两臂差动电桥电路的电压输出为
310
Uo

U
i
（R1R1）R4R1R1R2
R2R2R3R2R3R4
…
（311
设初始时R1R2R3R4R工作时一片受拉一片受压，即R1R2R则式
f（311）可以简化为
Uo

Ui2

RR

Ui2

差动电桥电压灵敏度为
（312）
U
Ui2
（313）
同理若采用四臂电桥，如图32所示并设初始时R1R2R3R4R，工作时
R1R4R3R2R时，输出为
Uo

RRUi

Ui
四臂电桥的电压灵敏度为
UUi
（314）（315）
通过比较其电压灵敏度知四臂电桥（全桥）电路的灵敏度高，故选用四臂电桥电路。
4、材料的选择
f41弹性元件
弹性敏感元件在传感器技术中占有极为重要的地位。在传感器工作过程中，一般是由弹性敏感元件首先把各种形式的非电物理量变换成应变量或位移量等，然后配合各种形式的转换元件，把非电量转换成电量。所以在传感器中弹性元件是应用最广泛的元件。
411弹性元件材料
在设计传感器以前，首先应选择好弹性元件材料。对弹性元件材料提出以下要求：
1强度高，弹性极限高；
2具有高的冲击韧性和疲劳极限；
3弹性模量温度系数小而稳定；
4热处理后应有均匀稳定的组织，且各向同性；
5热膨胀系数小；
6具有良好的机械加工和热处理性能；
7具有高的抗氧化、抗腐蚀性能；
8弹性滞后应尽量小。
常用材料：结构钢CrNiMo30CrM
SiNi2A）、铝合金、钛合金……。
材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数如下表所示
材料名称弹性模量E（GPa）
泊松比
密度（kgm3）热膨胀系数
结构钢
190210
027030
7850
12
铝合金
70－79
033
26002800
23
钛合金
100120
033
4500
8111
表41常用材料弹性模量泊松比
经过比较知结构钢的弹性模量最大，热膨胀系数最小，适合应用制作负重大的传感器，
故本次课程设计选用结构钢30CrM
SiNi2A
412弹性元件的参数计算
由41知本次课程设计采用的是结构钢30CrM
SiNi2A，查表得E200Gpa，b1080MPa
取03，g98ms2
根据许用应力计算公式σs
sr