Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 87
Текст из файла (страница 87)
10-2-2. При дальнейшем увеличении давления прогиб мембраны на участке характеристики Ьс будет снова возрасгать монотонно. Если давление умень,я а шитсЯ до значениЯ Рм то мембРана также скачком возвращается на участок харак- У теристики ое. Размеры «хлопающих» мем- 1 'к 1 бран обычно подбирают опытным путем. Гофрированные мембраны и мембранные л и коробки. Гофрировка поверхностимембраны в виде кольцевых волн значительно повышает надежность ее работы и спрямляетхарактеристику мембраны.
На рис. 10-2-3 показаны наиболее распространенныеформы профилей гофрированных мембран. Гофрированные одиночные мембраны в качестве чувствительных элементов применяются редко. Наибольшее применение в приборах давления (тягомерах, напоромерах, дифманометрах и других приборах) получили мембранные коробки, образованные двумя спаянными или сваренными гофрированными мембранами (рис. 10-2-4, а), и блоки из двух или нескольких мембранных коробок (рис. 10-2-4, б). В тех случаях, когда необходимо иметь минимальный объем внутрен- а) них полостей чувствительного элемента, например при измерении пе- г9 репада давления (что является желательным особенно для дифманометров- ф расходомеров), применяют блок, состоящий из двух складь1вающихся Рис.
10-2-3. Фир™ крсфилей тсфрироиаииых мембрак. мембранных коробок с жидкостным заполнением (рис. 10-2-4, и). ТакОЙ»»'яьяяя; в — пяяьчвтья. мембранный блок, разработанный на заводе «Манометр», не теряет своих свойств в случае перегрузки давлениями р, и р,. Если фактиче. ская разность давлений р, — рк превышаег верхний предел измерений, на который рассчитан прибор, или одна из мембранных коробок находится под воздействием односторонней перегрузки давлением, повреждения мембранной коробки не произойдет, так как збе мембраны сложатся по профилю, вытеснив жидкость во вторую коробку. Для защиты мембранных коробок от возможной перегрузки давлением применяют также специальные упоры, ограничивающие деформацию мембран.
На рис. 10-2-5 представлены кривые, вление о влиянии гофрировки мембран на их статическую характеристику. Как видно из графиков, плоская мембрана, лишенная гофрировки (О = О), имеет нелинейную характеристику, а неглубокая гофрировка (О == 0,6) при- водит к значительному ее спрямленив. Дальнейшее увеличение глубины гофр приводит практически к линейной характеристике мембраны за счет большего сопротивления изгибу, чем у мембраны с мелкой гофрировкой.
С увеличением глубины гофрировки жесткость мембраны возрастает. Следует отметить, что влияние формы профиля на характеристику мембраны сравнительно невелико, поэтому принято воздействовать на эту характеристику путем изменения глубины гофрировки или толшины материала. Форму профиля и число волн обычно выбирают из технологических или конструктивных соображений. В тех случаях, когда необходимо уменьшить жесткость на некотором участке характеристики мембраны, последней придают не- ф~ большую выпуклость. Методы расчета и проектирования мембранных чувствительных элементов при различных условиях работы изложены в [501. Неметаллические мембраны.
Кроме металлических мембран в напоромерах, тягомерах, днфманометрах, измеряющих малые давления и разности давлений, применяют неметаллические (вялые) мембраны. Эти мембраны изготовляют из специальной сетчатой гкани (капрона, шелка), покрытой бензомаслостойкой резиной или пластмассой. Неметаллические мембраны, как правило, снабжаются жестким центром, диаметр которого обычно составляет примерно 0,8 рабочего (рис. 10-2-6, а). Для обеспеченич постоянства эффективной площади кольцевая часть мембраны выполняется с гофром, отфор- мованным при изготовлении ее. Мембрана с плоской кольцевой частью применяется реже, так как эффективная плошлдь такой мембраны может значительно изменяться. Иногда мембрану с плоим Х ской кольцевой частью устанавливают в корпусе прибора с неко- Э торым расслаблением, а при ра- «О 9' 0 боте она под действием давления ,„ь или разности давлений натягиваетав ся и приобретает форму, аналогичную показанной на рис.
з 10-2-6, а. Следует, однако, отметить, д+ что стабильность эффективной площади таких мембран ниже, чем у дг мембран с гофром, выполненным при изготовлении. даю дга лгл/лил Значение эффективной площади Ф > вялой меьз5раны можно определить по формуле г' и — — пяа,~, где К,и — эффективный радиус.
Характеристики вялых мембран обычно снимают экспериментально, так Рис. 10-2-5. Влиикие глубины тоф- как рассчитать их аналитически не рироики на статическую характерн- представляется возможным. Жестстику мембраны. кость неметаллической мембраны недостаточна, поэтому ее снабжают винтовой, а иногда плоской пружиной (рис. 10-2-6, б). В таком случае пружина с мембраной выполняют функции упругого элемента. Сильфоны. Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечной гофрировкой (рис. 10-2-7, а). Сильфоны применяются в напоромерах и тягомерах для измерения небольшого давления Рис. !0-2-6.
Неметаллические мембраны с жестким центром. до 4000 кгс/м' (40 000 Па), в приборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгс/см' (0,1 МПа), абсолютного давления до 25 кгс/см' (2,5 МПа), избыточного давления до 600 кгс/см' и разности давлений до 2,5 кгс/см' (0,25 МПа). Сильфоны при работе на сжатие выдерживают давление в 1,5 — 2 раза большее, чем при воздействии давления изнутри, жесткость сильфона зависит от геометрических его размеров, толщины стенок заготовки трубки и упругих свойств материала, радиуса закругления гофра Я и угла уплотнения а (рис.
10-2-7, а). В тех слУчаЯх, когда необходимо Увеличить жесткость сильфона, его снабжают винтовой цилиндрической пружиной тх, (рис. 10-2-7, 6). ф ' Ф Эффективная площадь сильфо. на Г ~ с достаточной точностью может быть определена по эмпирической формуле Е,э = и ~ " "), (10-2-1) где )г„и Я,— радиусы сильфо- тя, на, соответственно наружный и а~ внутренний. Статическая характеристика Рес Ю-2-7. Сяльфоны бесшовные.
снльфоиов Х вЂ” Г (~у) или т =. г ( линейна в относительно небольших диапазонах перемещений, эффективная же площадь сильфона отличается высокой стабильностью в пределах рабочего участка характеристики. Поэтому в приборах давления сильфоны используют в режиме небольших прогибов. Бесшовные сильфоны изготовляют гидравлическим или механогидравлическим способом из цельнотянутых тонкостенных трубок. В приборостроительной промышленности применяют также сварные сильфоны.
Эти сильфоиы изготовляют путем штамповки мембран из листового металла с последующей их сваркой по внутреннему и наружному контурам. На рис. 10-2-8 показан сварной сильфон симметричного профиля; применяют сильфоны и других типов, например соскладывающнмися гофрами.
Методы расчета и проектирования бесшовных и сварных сильфонов изложены в 1511. тли Трубчатые пружины. Трубчатые пружи- ны чаще всего выполняются в виде одновитРас. 10-2-8. Сигв4ок свар- ковых, центральная ось которых представляет собой дугу окружности с центральным углом у, равным 200- — 270' (рис. 10-2-9, а).
Из числа этих пружин наиболее широкое применение получили пружины Бурдона эллиптического (рис. 10-2-9, б) и плоскоовального (рис. 10-2-9, а, г) сечения. Большая ось 2а поперечного сечения расположена перпендикулярно радиусу кривизны Й„центРальной оси (среднему радиусу) пружины. Один конец пружины Бурдона закрепляют неподвижно, а другой — свободный, закрытый пробкой и запаянный — соединяют с механизмом прибора, передаю- щим преобразователем или другим устройством.
'1онкостенные пружины Бурдона применяют вп~иборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгс1см (0,1 МПа) и избыточного давления до 60 кгс/сма (6 МПа). Для измерения избыточного давления до 200 — 1600 кгс/сме (20 — 160 МПа) применяют толстостенные пружины овального сечения (рис. 10-2-9, в, г). Под действием давления, подаваемого во внутренн1ою полость трубки, пружина Бурдона деформируется в поперечном сечении, принимая форму, изображенную на рис. 10-2-9, б пунктиром. При этом продольное волокно хх элемента пружины, вьщеленного двумя г Г Рис.
10-2.9. Олновнтковая трубчатая пружина эллиптического н плоскооваль ного сечения. близкими поперечными сечениями, переходит на дугу большего радиуса в положение х'х', а волокно уу — в положение (г'у' на дугу меньшего радиуса (рнс. 10-2-9, д). Вследствие того что волокна стремятся сохранить свою первоначальную длину, поперечные сечения пружины Бурдона будут поворачиваться против часовой стрелки. 11ружнна будет разгибаться, и ее свободный конец совершит некоторое линейное перемещение Х.
При этом уменьшается кривизна трубки на угол Ау = у — у, (рис. 10-2-9, а). Трубчатая пружина тем чувствительнее, чем больше радиус ее кривизны гг„и чем меньше толщина б (рис, 10-2-9, б) стенок трубки. Кроме того, чувствительность пружины Бурдона, а также и ее жесткость в сильной степени зависят от отношения а!Ь осей попеечного сечения и формы сечения вблизи концов большой оси. ем большую часть сечения занимают участки вблизи концов большой оси сечения, тем значительнее сопротивление, которое будут встречать волокна, расположенные вблизи концов малой для определения некоторых основных Рве. 10-2-10. Схема перемещехаРактеРистик пРУжин БУРдона. ния свободного конца трубчзтай пружины. Относительное изменение центрального угла Лу/у тонкостенной пружины Бурдоне в зависимости ог дзвлення у определяется по формуле 1 — ! )1„7 Ьнг — =у — — "('! — ~ т Е Ьб (, он)))+иэ ' (10-2-2) где со и () — коэффициенты, зависящие от отношения о/Ь (тзбл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
