S型压力传感器形变的有限元分析刘丰摘要：在系统中使用S型压力传感器时，由于传感器在受压的情况下压力传感器会发生微型形变，一般情况下，微小的形变对系统不会产生影响，但在测量物体形变精度要求非常高的情况下S型传感器自身的形变会对结果造成严重后果，文章利用COMSOL对其在受压力情况下的形变进行有限元分析。对S型压力传感器在受力面正向施加0～10kg的力，分析整体受压形变，对受力面的形变进行对比，得到形变位移最大值，同时分析出需要监测的几个点的位移情况，得出位移线型图。结果表明，位移最大点在S型的侧面，正受力点处位移的变化达到0.02mm以上。关键词：压力传感器；形变；有限元分析；位移：TB125文献标识码：A：1006-8937（2016）33-0072-02传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一，压力传感器广泛应用于工业生产的许多行业，它的误差大小直接影响到测控系统的性能。由于目前的压力传感器一般是以弹性元件的形变指示压力，因此在使用过程中整个压力传感器会产生变形，由于其制作的材料等不同其形变也不同，因此在使用之前需对其进行分析，特别是使用在测量物体形变和受力关系的系统上，其自身形变可能会导致测量结果出现严重误差。本文结合一款S型压力传感器，使用COMSOL有限元分析对其受力情况下自身的形变进行有限元分析，得出相关数据，并分析出此传感器的受压最大位移点和正向受力面的各点线型图。1传感器材料及仿真模型的建立1.1传感器材料模型S型压力传感器主要采用合金钢材料，其材料属性，见表1。1.2传感器几何模型与有限元模型传感器几何模型采用三维几何模型，用外部CAD软件绘制出尺寸一致的三维体，然后导入到COMSOL软件中，对其进行边界约束和施加载荷面等设置后，进行网格化处理。为了降低计算机的计算成本，加快模型求解速度，可采用自由四面体网格进行实体域网格划分，其三维几何模型和有限元网格，如图1所示，其中四面体单元总数为25924，三角形单元总数为9510，边单元总数为1632，顶点单元总数为56。1.3载荷和边界条件在图1（a）三维几何模型中，施加载荷面在最上方，施加方向为Z轴反方向，即力的方向为从上往下压，在后面分析形变的时候重点监测的点即为几何模型中标注的6个。施加载荷大小为传感器的测量范围：0～100N，载荷施加在三维模型的载荷施加面。在模型的最下方的为固定约束面，对其施加位移约束。2有限元分析结果通过上述模型通过COMSOL计算处理后，得到的物体形变情况，如图2所示。从形变图中可以看出，当S型传感器在受到正上方压力的时候，其形变最大点再上端侧面处，施加载荷50N时，其位移形变为17.1439um。三维模型中监测点的形变线图，如图3所示。从监测点的位移情况发现，S型压力传感器下端的变形较小，而上端变形较大，4号位置接近最大位移点，在接近最大载荷时，其形变位移达到0.03mm，最上面直接受力点2在最大载荷情况下达到0.025mm。监测点1-6的分析数据，见表2。通过上述数据和图形可以得出，在S型压力传感器上施加载荷，会使其自身产生形变，位移大小在0.03mm，即在系统中产生的位移误差为0.03mm。其位移基本呈线性状态，因此在使用此类传感器时，如果测量的精度要求很高，就可以考虑利用线性位移的特性对其形变进行数据矫正，提高系统测量数据精度，减小误差。3结语利用COMSOL有限元进行传感器特性的分析，简单有效，省去了复杂的公式推导，减少了分析的时间，降低了分析中可能出现误差的可能性。在进行传感器形变分析中可以得到形变的最大位移的位置，可以分析各点在载荷情况下的形变情况，为系统使用传感器提出指引，同时可以看出S型传感器在载荷情况下的形变线性度很好，为系统测量的后期数据处理提供帮助。参考文献：[1]李志鹏，李晓英，邵宪友.基于COMSOL声表面波扭矩传感器的有限元分析[J].重庆理工大学学报，2015，29（11）：17-22.[2]贾阳，刘金超，郭军，左胜强，余金涛.基于COMSOLMultiphysics电力电感器的有限元法仿真分析[J].传感器技术，2000，19（3）：36-37.[3]张怀亮，罗晶晶，雷亮.压力传感器线性度的有限元分析[J].中南大学学报，2004，35（3）：431-433.[4]资新运，赵姝帆，耿帅，等.应变...