弹性敏感元件是传感器中的一种关键部件，通常由弹性材料制成。这种元件能够将待测物理量如力、压力、力矩、振动等转化为应变量或位移量，随后通过其他转换元件将其转换为电信号。

形态特征

弹性敏感元件的形态多样，包括实心或空心的圆柱体、等截面圆环、等截面或等强度悬臂梁、扭管等。此外，还有弹簧管（波登管）、膜片、膜盒、波纹管、薄壁圆筒、薄壁半球等多种形式。这些元件在传感器中扮演着重要角色，其质量和性能直接决定传感器的整体表现和精确度，有时甚至成为传感器的核心组成部分。

物理特性

弹性敏感元件的物理特性主要由刚度和灵敏度两个参数衡量。刚度反映了元件在外力作用下的变形程度，即产生单位位移所需的力或压力。灵敏度则是刚度的倒数，表示单位力或压力引起的元件形变幅度。然而，实际使用的弹性材料往往表现出一定的弹性滞后和弹性后效现象。弹性滞后指在加载和卸载的过程中，位移曲线并不重合，形成一个弹性滞后环。弹性后效则是在负载停止变化后，元件仍会持续发生微小的位移，也称为弹性蠕变。这些现象会导致元件品质下降，并可能引入测量误差和零点漂移。因此，在传感器设计中，应尽可能减少这些影响。

材料选用

在设计传感器前，应优先选择具有良好特性的弹性元件材料。理想材料应具备高强度、低弹性模量温度系数、小热膨胀系数、各向同性、易于机械加工、优异的抗氧化和抗腐蚀能力以及较小的弹性滞后。尽管难以找到同时满足所有要求的材料，但在具体应用中应结合传感器的实际需求进行权衡。常见的弹性元件材料包括弹性合金、石英、陶瓷和半导体硅。其中，弹性合金可分为高弹性合金和恒弹性合金两类。早期广泛使用的铜基高弹性合金如黄铜、磷青铜、钛铜和铍青铜，但由于其耐高温和耐腐蚀性能较差，已逐步被铁基和镍基高弹性合金取代。后者具有更高的弹性和更小的滞后。对于测压敏感元件，通常采用恒弹性合金以减少因温度变化导致的误差。铌基合金是一种理想的高温恒弹性合金，具有无磁性、恒弹性、低弹性模量、高强度和耐腐蚀等特点。石英因其极低的滞后和热膨胀系数，也是优秀的弹性元件材料。陶瓷在未破裂的情况下，应力应变关系保持线性，特别适合制造耐高温的弹性元件。

参考资料

什么是弹性敏感元件，有什么作用？.电子发烧友.2024-09-14

第3章 传感器中的弹性敏感元件设计.道客巴巴.2024-09-14

弹性敏感元件的基本特性.电子发烧友.2024-09-14