В. А. Никитин с. В. Бойко

Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления

Принцип действия деформационных средств измерений давления основан на использовании упругой деформации чувствительного элемента (ЧЭ) или развиваемой им силы. Мерой измеряемого давления в средствах измерений данного вида является деформация упругого ЧЭ или развиваемая им сила. Различают три основные формы ЧЭ, получивших распространение в практике измерения: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны.

Трубчатые пружины. Трубчатая пружина (манометрическая трубка, пружина Бурдона) - упругая криволинейная металлическая полая трубка, один из концов которой имеет возможность перемещаться, а другой - жестко закреплен. Трубчатые пружины используются в основном для преобразования измеряемого давления, поданного во внутреннее пространство пружины, в

пропорциональное перемещение ее свободного конца. Наиболее распространена одновитковая трубчатая пружина, представляющая собой изогнутую по дуге окружности трубку с обычно овальным поперечным сечением (рисунок 14.117 а).
Под влиянием поданного избыточного давления трубка раскручивается, а под действием разрежения скручивается. Такое направление перемещения трубки объясняется тем, что под влиянием внутреннего, избыточного давления малая ось трубки (ось b) увеличивается, в то время как длина трубки остается постоянной. длина трубки также изменяется, но эти изменения столь малы по сравнению с длиной, что на общее перемещение трубки оно не оказывает существенного влияния.
Для тонкостенных трубок изменение центрального угла трубки под действием внутреннего, избыточного давления Р описывается выражением (14.15) /8/

 

_ 1 ² R²
_ b² 


(14.15)

P (1
E bh
a^{2 )}  ^{2 ,}

где  - центральный угол трубки;
 - коэффициент Пуассона;
Е - модуль упругости материала трубки;
R - радиус кривизны центральной оси трубки (центральная ось— геометрическое место центров тяжести поперечных сечений);
Н - толщина стенки;
а и b - большая и малая полуоси овального сечения, измеренные по среднему контуру;
 и  - эмпирические коэффициенты, зависящие от формы поперечного сечения трубки;
=R h / а² - главный параметр трубки.
Составляющая сила в направлении касательной к оси на свободном конце тонкостенной трубки (у тонкостенных трубок отношение h/b = 0,60,7) может быть найдена из выражения (14.16) /8/

_{N  Pab(1 } b² ₎ 48S   sin 


(14.16)

t _{a 2}
 ^{2 3}

• 
  4 sin 
  

• 
  sin  cos
  

Сила в радиальном направлении вычисляется по формуле (14.17) /8/

_{N  Pab (1 } b ² ₎ 48S 1  cos 