3.1. Определение упругого последействия

Возникновение пластических деформаций при работе УЭ недопустимо, в связи с этим величина максимальных напряжений должна быть меньше предела упругости . Для УЭ ДП, применяемых в ППИ величина коэффициента запаса по пределу упругости

(3.1)

Для снижения влияния НУС материала все металлические УЭ должны подвергаться операции стабилизации, причем не только температурной для выравнивания кристаллической структуры, устранению ее дефектов и в результате этого снятию внутренних напряжений, но и тренировке УЭ в рабочем режиме (нагружение - разгрузка) при силовом факторе значение которого превышает номинальное (расчетное). В этом случае влияние ползучести может быть снижено до величин порядка 0,05-0,1%. УЭ из кварца, сапфира и кремния практически не имеют гистерезиса и последствия.

Это процесс продолжения деформации упругого элемента (УЭ) в течение нескольких часов после прекращения изменения силового фактора.

Упругое последействие (УПД) и гистерезис проявляется одновременно и их величину нельзя снизить стабилизацией.

4. Трубчатые деформационные преобразователи

Трубчатые манометрические пружины применяют в качестве чувствительного элемента для измерения избыточного давления.

Наибольшее распространение получили одновитковые трубчатые пружины Бурдона (рис.8,а), которые представляют собой полые трубки овального (рис. 8, б), плоскоовального (рис. 8, в) или фасонного (рис. 8,г, д) сечения. Трубка изогнута по дуге окружности таким образом, что малая ось ее сечения находится в плоскости кривизны трубки. В собранном виде (рис, 8, а) трубка 1 одним концом впаяна в штуцер 3, через который подается измеряемое давление, а на другом подвижном конце припаяна заглушка 2. При подаче давления в трубку она начинает разгибаться и ее верхний конец перемещается пропорционально подаваемому давлению. Манометрические пружины подобного типа позволяют измерять давление воздуха, газов или жидкостей до 0,05 -40,0 МПа.

Для измерения высоких давлений (до 2500 МПа) применяют трубки А. Г. Нагаткина двух профилей: с лыской (рис. 8, е) и со смещенным каналом (рис.8, ж). При работе такие трубки изгибаются в сторону более толстой стенки.

Б зависимости от отношения толщины стенки трубки h к длине малой полуоси b; (рис.8,б) манометрические пружины делятся па тонкостенные (h/b < 0,7) и толстостенные (h/b > 0,7), когда толщина стенки трубки становится соизмеримой с ее малой полуосью

Рис.8 Одновитковые трубчатые манометрические пружины

В зависимости от условий работы, диапазона измеряемых давлений и размеров прибора трубчатые манометрические пружины изготовляют из разных материалов. Так, при измерении давлений до 1,0 МПа используют латуни Л62, Л63, Л68 и фосфористую бронзу БрОФ4—0,25, при измерении очень малых давлений – кварц. Для измерения средних и больших давлений применяют легированные и углеродистые стали, а также бериллиевые бронзы и мельхиор. При изготовлении трубок для измерения сверхвысоких давлений (трубок А Г.Нагаткина) берут стали 18ХНВА, 50ХФА и др.

При работе в агрессивных средах используют нержавеющую сталь, а при наличии ртути и аммиака – углеродистую сталь. В случае высоких температур (до 300 С) применяют сплавы Н36ХТ и НЧ1ХТ.

Чувствительность манометрических пружин значительно меньше, чем у мембранных коробок (рис.17.) или сильфонов (рис.18.). В связи с этим для передачи движения от конца трубки к стрелке манометра применяют передаточно-множительные механизмы, состоящие, например, из трибосекторной передачи и кривошипно-шатунного механизма (рис.8, з).

Чтобы получить большую чувствительность, т. с. значительное перемещение свободного конца пружины, и обойтись без передаточно-множительного механизма, переходят к многовитковым манометрическим пружинам (рис.9, а–г). Однако их применение ограничивается из-за значительных размеров и сложности изготовления.

На рис.9, а показана геликоидальная пружина, изогнутая по винтовой линии. Профиль ее сечения может иметь форму пружин, представленных на рис.8, в, г. Пример применения геликоидальной пружины в манометре без передаточного механизма показан на рис.9, д. Максимально измеряемые давления 0,5-20,0 МПа. Изготовляют пружины из бронзы БрОФ4–0,25.

Рис.9 Многовитковые трубчатые манометрические пружины

Спиральная пружина (рис. 9, б) представляет собой трубку, изогнутую в виде плоской спирали. Сечение может иметь форму пружины, показанной на рис.8,в. Измеряемое давление до 0,4-2,0 МПа. Изготовляют из бронзы БрОФ4–0,25.

Витая трубчатая пружина (рис.9, в) имеет профиль сечения по рис.8, д, но с разными размерами по сечению. Такие пружины применяют в некоторых приборах для измерения давлений порядка нескольких десятков МПа. При работе пружина раскручивается вокруг своей оси. Изготовляется из нержавеющей стали.

S-образная пружина (рис. 9, г) имеет плоскоовальную форму сечения. При работе ее верхний конец перемещается поступательно. Верхний предел измеряемого давления 2,0–10,0 МПа. S-образные пружины, как правило, изготовляют из стали ЗОХГСА.

Наиболее точные и современные расчеты трубчатых манометрических пружин приведены в работе Л. Е. Андреевой [1].

Под действием избыточного давления подавляемого внутри трубки, ее площадь сечения стремится к окружности и в результате малые полуоси у-у увеличиваются на b, а большие х-х уменьшаются на а (рис.8,а ).

При деформации площади сечения внутренний радиус r трубки уменьшается (рис.8) на b, что приводит к сжатию внутренних волокон трубки на величину

, (4.1)

где - центральный угол трубки. Аналогично внешние волокна трубки растягиваются на эту же величину.

В результате деформации волокон возникает момент внутренних сил, вызывающих распрямление трубки, т.е. увеличение ее радиуса и уменьшение центрального угла .