Упругие элементы датчиков давления

 

Упругие элементы характеризуются чувствительностью,

упругой характеристикой, жесткостью, эффективной площадью (для мембран и сильфонов), резонансными частотами и точностью преобразования измеряемого параметра.

Упругой характеристикой принято называть зависимость между перемещением λ определенной (измерительной) точки упругого элемента и величиной нагрузки Р (давление). Конструкция, способ заделки и вид нагружения упругого элемента определяют его характеристику, которая может быть линейной и нелинейной, возрастающей или затухающей.

Нелинейностью η характеристики называют наибольшее отклонение Δmax действительной характеристики (полученной экспериментально) от теоретической линейной, отнесенное к наибольшему перемещению измерительной λmax точки упругого элемента, обычно выражаемое в процентах:

. (5.1)

Чувствительность S упругого элемента является одним из основных его параметров и выражается отношением:

. (5.2)

Для упругих элементов с линейной характеристикой:

. (5.3)

Понятие эффективной площади вводят для мембран и сильфонов:

. (5.4)

где Q – сила, которую развивает мембрана или сильфон в измерительной точке под воздействием давления р.

Эффективную площадь определяют по приближенным формулам.

Резонансные частоты колебаний упругих элементов датчиков в значительной степени определяют их динамические характеристики и запаздывание в преобразовании измеряемого давления. В практике резонансные частоты определяют в основном экспериментальным путем.

В различных типах датчиков могут применяться самые разнообразные типы упругих элементов, а также конструктивные схемы их выполнения. Существуют полуэмпирические зависимости между конструктивными параметрами упругих элементов, приложенным давлением и перемещением жесткого центра.

Некоторые зависимости приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1.

Типы упругих элементов

Типы упругих элементов. Конструктивная схема	Наименование	Тип датчика Расчетные зависимости Габаритные размеры, мм
	Балка, заделанная с двух сторон	Тензорезисторные датчики контактных давлений: ; . h = 0.1 - 0.3, l = 2 - 5, b = 2 - 4
	Цилиндрическая пружина сжатия	Гальваномагнитные датчики давления. . где С – жесткость; n – число рабочих витков. Dср = 2 - 3,d = 0.1 - 0.2,h = 6 -15
	Струна	Частотные датчики давления   ; ; . d = 0.05 - 0.2, l = 40 – 100

Продолжение таблицы 5.1.

Конструктивная схема	Наименование	Тип датчика Расчетные зависимости Габаритные размеры, мм.
	Плоская мембранная плита, выполненная за одно целое с корпусом датчика.	Применяется в емкостных датчиках, рассчитанных на высокие давления. . D=11, h=1
	Плоская мембранная плита с жестким центром.	Емкостные на высокие давления. . D=11, d=1 - 2, h=1
	Плоская мембрана, защемленная с двух сторон в корпус датчика.	Полупроводниковые Датчики давления . D=2.5 - 10, h=0.2 - 05
	Плоская сварная мембрана	Тензорезисторные, гальваномагнитные и емкостные датчики давления. . D=5 - 20, h=0.1 - 0.4
	Плоская мембрана с выпуклым жестким центром.	Тензорезисторные датчики контактных давлений   D=2.5 - 4, h=0.1- 0.2

Продолжение таблицы 5.1.

Конструктивная схема	Наименование	Тип датчика Расчетные зависимости Габаритные размеры, мм.
	Плоская колпачковая мембрана	Тензорезисторные датчики давления   D = 3 – 10, h = 0.05 – 0.17
	Гофрированная мембрана с тороидальным краевым гофром и линейной характеристикой.	Тензорезисторные и гальваномагнитные датчики давления   D = 20 - 35, h = 0.05 – 0.1
	Малогабаритный сварной сильфон.	Гальваномагнитные датчики давления   D = 3 –5, l = 5 - 10
	Точечный сильфон с одним гофром, работающий на изгиб.	Струнные датчики давления   D=12, h=0.2
	Обычный малогабаритный сильфон	Гальваномагнитные датчики давления   D = 10 - 40, h = 0.1 - 0.2
	Балка равного сопротивления	Тензорезисторные датчики давления   h = 0.1 - 0.5, l = 10 - 20