Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Статическая характеристика Л = / (р) или Л = / бу) упругого чувствительного элемента в зависимости от конструкции и способа его нагруження может быть линейной и нелинейной. Обычно при проектировании упругих чувствительных элементов стремятся получить линейную их характеристику, а в случае нелинейной характеристики для получения равномерной шкалы прибора применяют различные спрямляющие устройства. Важными параметрами, определяющими рабочие качества упругого чувствительного элемента, являются его жесткость, а также чувствительность — величина, обратная жесткости.
Если статическая характеристика Лч — — / (д) или Л„== / (р) упругого чувствительного элемента линейна, то жесткость равна отношению силы д или давления к соответствующему перемещению Л я и я (10-1-1) где Ач — жесткость по силе в кгс/мм (Н/м); Ар — жесткость по давлению в кгс/см /мм (Па/м). Чувствительность упругого элемента представляет собой величину, обратную жесткости, Л, Л„ зд — — — ч и зр — -- -"-, и где з — чувствительность по силе в мм/кгс (м/Н); зр — чувствительность по давлению в мм/кгс/ем~ (м/Па).
При нелинейной статической характеристике жесткость и чувствительность упругого элемента изменяются с давлением р и определяются следующими выражениями: 0~3 Ву Аг= — и Йр пр Если перемещение определенной точки упругого чувствительного элемента под действием давления р или разности давлений р, — р, равно перемещению под влиянием сосредоточенной силы д, то имеет место равенство сил д = раз, или д =.— (рг — р~) Р,ф. (10-1-8) Здесь г, — эффективная площадь упругого чувствительного элемента. Значение эффективной площади зависит от размеров упругого чувствительного элемента и характера его деформаций под нагрузкой.
Если упругий чувствительный элемент имеет линейную характеристику по давлению, то его эффективная площадь практически остается постоянной на всем участке рабочего хода. Согласно равенствам (10-1-1) и (10-1-3) эффективную площадь можно выразить как отношение жесткости по силе к жесткости по давлению (10-1-4) Приведенные соотношения и введенное понятие эффективной площади упругого чувствительного элемента позволяют осуществлять переход от характеристики по силе к характеристике по давлению и наоборот. а) Рис. 10-1-1.
Статическая характеристика упругого чуи- стаительного элемента с гистереаисом. Для обеспечения надежной работы упругого чувствительного элемента необходимо, чтобы размер напряжений, возникающих в материале его под действием внешних и внутренних сил, не превышал предела упругости. Вследствие несовершенства упругих свойств реальных материалов ход статической характеристики Х = ) (р) чувствительного элемента при увеличении и уменьшении нагрузки в пределах упругих деформапий неоднозначен и образует так называемую п е т л ю г,и с т е р е з и с а (рис.
10-1-1, а). Размер гистерезиса является важной характеристикой, поскольку он определяет погрешность прибора. Существенное влияние иа размер гистерезиса оказывают химический состав, структура материала и значение напряжений в материале чувствительного элемента. Гистерезис выражается обычно в п оцентах: Р 6, = — "'"' 100; (10-1-5) Хааке здесь Ы„,„, и 3 , определяются, как показано на рис. 10-1-1, а. Несовершенство упругих свойств материала выражается также в том, что при постоянной нагрузке возможно изменение деформаций во времени.
Это явление называется последействием. Если после снятия нагрузки деформации по истечении некоторого времени исчезают полностью, то такое последействне называется упругим. В результате упругого последействия стрелка прибора после снятия нагрузки не сразу возвращается на нуль. Следует иметь в виду, что упругое последействие, складываясь с «чистым» гистерезисом, дает увеличение петли гистерезиса (рис. 10-1-1, б).
Поскольку имеет место одновременное проявление упругого последействия и «чистого» гистерезпса, то в практике их обычно не разделяют, а результат их совместного действия называют «и р а к т и ч е с к и м г и с т е р е з и с о м» или просто гистерезисом. Стабильность характеристик упругого чувствительного элемента во времени может измениться вследствие пластического течения ползучести материала, которое может возникнуть при нормальной температуре и напряжениях, меньших предела упругости.
Это связано с неоднородностью структуры материала и появлением в его микрообъемах остаточных напряжений при изготовлении. Пластическое течение материала во времени может проявляться в форме пластического последействия и релаксации. Под пластическим последействием понимают явление, при котором некоторая часть деформации в чувствительном элементе сохраняется при полной его разгрузке по истечении любого интервала времени. Известно, что увеличение пластической деформации приводит к уменьшению упругой деформации, а вместе с тем к уменьшению напряжений в материале чувствительного элемента. По истечении достаточно длительного времени напряжения в чувствительном элементе могут полностью исчезнуть.
Ослабление напряжений с течением времени при условии постоянной деформации называется релаксацией напряжений. Интенсивная релаксация напряжений в упругом чувствительном элементе может быть причиной выхода его из строя. Для уменыпения влияния релаксации и последействия на рабочие качества упругих чувствительных элементов они подвергаются в процессе изготовления стабилизации, т. е. специальной технологической операции, во время которой процессы пластического течения почти полностью заканчиваются. Поскольку при работе упругого чувствительного элемента возникновение заметных пластических деформаций недопустимо, рабочие напряжения должны оставаться меньше предела упругости.
Для правильно спроектированного упругого чувствительного элемента наибольшее рабочее напряжение не должно превышать и»««« = о»»1п Где очя — предельное напряжение при котором упругий элемент достйгает предельного состояния, недопустимого для его нормальной работы, а п — коэффициент запаса. Необходимое значение коэффициента запаса определяется требуемой надеж- костью упругого чувствительного элемента, условиями его работы, ~<ютоверностью данных о механических свойствах материала, точностью расчета напряжений и т.
д. 1481. Упругие чувствительные элементы обычно изготовляют из до° таточно пластичных материалов, которые в результате специальной технологической операции способны приобрести высокую упругость и прочность. Из числа применяемых материалов наилучшими технологическими и эксплуатационными свойствами обладают дисперсионно-твердеющие сплавы, например Бр.Б2; Бр.Б2,5; Н36ХТЮ и др.
При применении приборов давления следует иметь в виду, что в условиях переменной температуры изменение модуля упругости большинства материалов упругих чувствительных элементов приводит к появлению дополнительной температурной погрешности показаний прибора. В некоторых случаях дополнительная температурная погрешность может возникнуть также в результате изменения линейных размеров упругого чувствительного элемента прн его нагреве. 10-2. Упругие чувствительные элементы Ниже рассматриваются наиболее распространенные тины упругих чувствительных элементов, применяемых в приборах давления, а также в дифференциальных манометрах (гл.
12). Плоские мембраны. Плоские мембраны, изготовляемые из стали и бронзы, представляют собой круглые тонкостенные пластины постоянной толщины. Под действием равномерно распределенного давления или сосредоточенной силы заделанная по краям плоская мембрана прогибается прн наличии не только изгибных деформаций, но и растягивающих напряжений и вследствие этого имеет нелинейную статическую характеристику ) =- ) (р) (рис.
10-2-1). При использовании плоских мембран в качестве рабочего участка используется обычи Р но небольшая часть возможного хода ее. Плоские мембраны находят применение главным образом в приборах давления специальных конструкций, например ньезокварцевых, емкостных, индуктивных, с тензопреобразователями н т. д. Приборы этого типа обладают малой инерционностью и их можно использовать для измерения переменных давлений с частотой до нескольких сотен и тысяч герц.
Выпуклые мембраны. Выпуклые (хлопающие) мембраны, изготовляемые из стали или бронзы, могут быть использованы в реле Рис. 10-2-2. Выкуклаи кембрака и ее статическая характеристика. давления для сигнализации отклонения давления от заданного значения. Прн воздействии давления р на мембрану ее прогиб Х на начальном участке ока статической характеристики (рис. 10-2-2) возрастает плавно. Далее при увеличении давления происходит потеря устойчивости мембраны и она изменяет свор прогиб скачком (участок аЬ характеристики). При этом мембрана замыкает или раз- мыкает электроконтакты, показанные схеь матично на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
