弹性敏感元件在形式上可分为两大类，即将力转换为应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力转换为应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。

1)变换力的弹性敏感元件

这类弹性敏感元件大都采用等截面圆柱式、圆环式、等截面薄板式、悬臂梁式及扭转轴等结构。如图3-2 所示为几种常见变换力的弹性敏感元件结构。

图3-2　几种常见变换力的弹性敏感元件结构

(a)实心圆截面形；(b)空心圆截面形；(c)等截面圆环形；(d)变截面圆环形；(e)等截面薄板式；(f)等截面悬臂梁式；(g)等强度悬臂梁式；(h)扭转轴

(1)等截面圆柱式。等截面圆柱式弹性敏感元件，根据截面形状可分为实心圆截面形状及空心圆截面形状等，如图3-2(a)和图3-2(b)所示。它们结构简单，可承受较大的载荷，便于加工。实心圆柱形的可测量大于10kN 的力，而空心圆柱形的只能测量1 ～10kN 的力。

(2)圆环式。圆环式弹性敏感元件比圆柱式输出的位移量大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。但它的工艺性较差，加工时不易得到较高的精度。由于圆环式弹性敏感元件各变形部位应力不均匀，所以，当采用应变片测力时，应将应变片贴在其应变最大的位置上。圆环式弹性敏感元件的形状，如图3-2(c)和图3-2(d)所示。

(3)等截面薄板式。等截面薄板式弹性敏感元件如图3-2 (e) 所示。由于它的厚度比较小，故又称它为膜片。当膜片边缘被固定、膜片的一面受力时，膜片产生弯曲变形，因而产生径向和切向应变。在应变处贴上应变片，就可以测出应变量，从而可测得作用力F 的大小。也可以利用它变形产生的挠度组成电容式(或电感式)力或压力传感器。

(4)悬臂梁式。如图3-2(f)和图3-2(g)所示，它一端固定一端自由，结构简单，加工方便，应变和位移较大，适用于测量1 ～5kN 的力。

如图3-2(f)所示为等截面悬臂梁式，其上表面受拉伸，下表面受压缩。由于其表面各部位的应变不同，所以应变片要贴在合适的部位，否则将影响测量的精度。

如图3-2(g)所示为变截面等强度悬臂梁式，它的厚度相同，但横截面不相等，因而沿梁长度方向任一点的应变都相等，这给贴放应变片带来了方便，也提高了测量精度。

(5)扭转轴。扭转轴是一个专门用来测量扭矩的弹性元件，如图3-2(h)所示。扭矩是一种力矩，其大小用转轴与作用点的距离和力的乘积来表示。扭转轴弹性敏感元件主要用来制作扭矩传感器，它利用扭转轴弹性体把扭矩变换为角位移，再把角位移转换为电信号输出。

2)变换压力的弹性敏感元件

这类弹性敏感元件常见的有弹簧管、波纹管、波纹膜片、膜盒和薄壁圆筒等，它可以把流体产生的压力变换成位移量输出。

(1)弹簧管。弹簧管又称布尔登管，它是弯成各种形状的空心管，但使用最多的是C形薄壁空心管，管子的截面形状有许多种。弹簧管的结构，如图3-3 所示。

C 形弹簧管的一端封闭但不固定，成为自由端，另一端连接在管接头上且被固定。在流体压力通过管接头进入弹簧管后，在压力F 的作用下，弹簧管的横截面力图变成圆形截面，截面的短轴力图伸长。这种截面形状的改变导致弹簧管趋向伸直，一直伸展到管弹力与压力的作用相平衡为止。这样，弹簧管自由端便产生了位移。

弹簧管的灵敏度取决于管的几何尺寸和管子材料的弹性模量。与其他压力弹性元件相比，弹簧管的灵敏度要低一些，因此常用作测量较大的压力。C 形弹簧管往往和其他弹性元器件组成的压力弹性敏感元件一起使用。(www.daowen.com)

使用弹簧管时应注意以下两点：一是静止压力测量时，不得高于最高标称压力的2/3；变动压力测量时，要低于最高标称压力的1/2。二是对于腐蚀性流体等特殊测量对象，要了解弹簧管使用的材料能否满足使用要求。

(2)波纹管。波纹管是有许多同心环状皱纹的薄壁圆管，其外形如图3-4 所示。波纹管的轴向在流体压力作用下极易变形，有较高的灵敏度。在形变允许范围内，管内压力与波纹管的伸缩力成正比，利用这一特性，可以将压力转换成位移量。

图3-3　弹簧管的结构

图3-4　波纹管的外形

波纹管主要用作测量和控制压力的弹性敏感元件，其灵敏度高，在小压力和压差测量中使用较多。

(3)波纹膜片和膜盒。平膜片在压力或力作用下位移量小，因而常把平膜片加工制成具有环状同心波纹的圆形薄膜，这就是波纹膜片。其波纹形状有正弦形、梯形和锯齿形，如图3-5 所示。膜片的厚度为0.05 ～0.3mm，波纹的高度为0.7 ～1mm。

波纹膜片中心部分留有一个平面，可焊上一块金属片，便于同其他部件连接。当膜片两面受到不同的压力作用时，膜片将弯向压力低的一面，其中心部分产生位移。

为了增加位移量，可以把两个波纹膜片圆形边缘焊接在一起组成膜盒，它的挠度位移量是单个的两倍。由于安装方便，膜盒的应用比波纹膜片广泛。

波纹膜片和膜盒多用作动态压力测量的弹性敏感元件。

(4)薄壁圆筒。薄壁圆筒弹性敏感元件的结构，如图3-6 所示。圆筒的壁厚一般小于圆筒直径的1/20，当筒内腔受流体压力时，筒壁均匀受力，并均匀地向外扩张，所以在筒壁的轴线方向产生拉伸力和应变。

薄壁圆筒弹性敏感元件的灵敏度取决于圆筒的半径和壁厚，与圆筒长度无关。

图3-5　波纹膜片波纹的形状

图3-6　薄壁圆筒弹性敏感元件的结构