在众多的工程参量中，许多被测量不可能直接变换为电贵.必须预先变换为另一种易于转变为电最的物理最之后，再被传感元件最终变换成电量信号输出。因此.传感器的基木功能环节是由敏感元件和传感元件组成(图3一1).
[attach]50377[/attach]
由于敏感元件直接感受被测物理最后再进行电觉变换，而被测物理蚤的性质是有差异的，所以敬感元件的结构、类型也各有其自身的特点。例如，力学参里的电传感器，往往是机电结构型;而温度、光、磁、化学等参兄传感器，则分别有与各种参量相适应的热电、光电、磁电、电化学等类型传感器。当然，某些电传感器.其敏感元件和传感元件是难以截然分开的.如热电偶式传感器等，但其传感变换功能的内涵却是一样的。
现以机械里测量常用的敏感元件为例来概述其感受被测物理童的工作原理，以及与后接换能元件间的参量变换关系。
工程技术领域中，检测机械虽的敏感元件很多，其中弹性元件在工程技术参数检测中应用最广.弹性元件的输人童可以是集中力F、力矩M、流体压力P和温度T等物理皿.它的输出量是弹性元件本身的变形(位移和转角)。对机械式仪表而言.弹性元件的变形可采用指针示值直接读数;而电测仪表则把弹性元件的变形作为电限、电感、电容等传感元件的输人蛋，再作进一步的信号变换，最终输出与被测物理及成比例的电最信号。
常用弹性元件及其应用方式举例如下。
1.力一位移敏感元件
弹簧是测力的常用而又最简单的一种敏感元件。若弹簧刚度A(N/m)已标定，则弹簧受力F所产生的位移，满足下列关系
[attach]50378[/attach]
显然，弹簧刚度越大，则弹簧测力的灵敏度[attach]50379[/attach]
就愈小。因此.弹簧测力的i位范围受其灵敏度的限制。
在工程检测中一般可用实心柱体的弹性元件来测最超过lOkN的力;渊最1-lokN的中等力常用空心圆柱作墩感元件;测世小力则用等强度悬背梁.梁的自由端受力产生的位移比例于作用力的大小.
2.压力一位移敏感元件
在工程检测中，广泛应用的压力弹性敏感元件有三种:膜片、波纹管和弹簧管。膜片是用极薄的弹簧钢片制成，片型有平膜片、波纹膜片和腆盒三种(图3一2).平胶片和波纹膜片用来测量压力，是灵敏度较高的敏感元件，但由于膜片输出位移有限，故其测量压力的范围小于500Pa。为了增加位移输出盆和测量压差，一般选用膜盒作敏感元件。
[attach]50380[/attach]
工程流体压力计中，常采用图3一3(a)所示的弹簧管式弹性敏感元件，其特点是挠度大，故量程范围宽广，其压力测量范围为0.5Pa^-300MPa。为了获得更大的变形，可改用多圈弹簧管结构，即可输出较大的转角40.
波纹管的特点是变形大，因而输出位移较大，但特性不好，只有与精密弹簧一起组合使用时.才能得到较高的测最精度，如图3一3(b)所示。波纹管的最佳压力范围为500Pa^-0.5MPa.
[attach]50381[/attach]
3.温度一位移敏感元件
工程技术领域的测温、控温和温度补偿环节.常应用结构简单、尺寸小的双金属敏感元件，一般有长片形(图3一4)和螺旋形。双金属敏感元件是由两层(主动层和被动层)温度膨胀系数相差很大的金属片焊接而成。
设主动层金属片2和被动层金属片I的热胀系数分别为a:和a,，且a2>a1;双金属片感
受的起始温度和终止温度分别为T,和T。当T>T,时，上层金属片的膨胀变形比下层的大，元件端面要转一角度，其变形的计算很复杂，工程应用可利用以下近似公式来计算元件端面的周边变形a
[attach]50382[/attach]
这种双金属敏感元件的灵敏度较小。从((3一2)式可知，增加灵敏度的有效措施是加大片长l，为了增加双金属片的有效长度而又不致使元件的外形尺寸过大，常常是将双金属片改做成螺旋形。
双金属敏感元件就其工作方式而言，它属于弹性变形类型，只是其产生弹性变形的原因并非力的直接作用，而是由温度变化所致。
来源：《检测技术及钻井仪表》，转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com)