1. Принципиальная схема

В данной конструкции в качестве манометрического упругого элемента используется мембрана с жестким центром. Мембрана под действием давления прогибается на определенную величину W₀ . Толкатель, жестко прикрепленный к жесткому центру мембраны, действует на балку. Балка под действием толкателя деформируется, что в свою очередь приводит к изменению выходного напряжения мостовой схемы (рис.2), состоящей из 4-х тензорезисторов, размещенных на балке.

Рис. 1. Принципиальная схема

1 – плоская мембрана с жестким центром

2 – толкатель

3 – 4-х лучевая балка

4 - тензорезисторы

Рис. 2. Мостовая измерительная цепь

2. Структурная схема

На рис.3 представлена сткруктурная схема измерительного преобразователя давления (ИПД).

МУЕ

ИУЕ

МИС

Р_изм F ε U_вых

U_пит

Рис. 3. Структурная схема

МУЕ - манометрический упругий элемент – (мембрана)

ИУЕ - информационный упругий элемент – (4-х лучевая балка)

МИС – мостовая измерительная схема

3. Расчет упругих элементов

3.1. Расчет плоской мембраны с жестким центром

Для расчета сосредоточенного усилия , передаваемого мембраной балке зададимся необходимыми конструктивными параметрами мембраны.

Определять конструктивные параметры консольной балки будем исходя из максимального значения перемещения жесткого центра мембраны .

Основные конструктивные параметры мембраны:

Внешний радиус мембраны R=0,02 м

Радиус жесткого центра мембраны r₀=0,008 м

Толщина мембраны h=0,002 м

Материал – 36НХТЮ

Модуль упругости E= 2,1 *10¹¹ Па

Заданное давление P=3*10⁶ Па

Допустимое значение напряжения <>=970*10⁶ Па

Определяем сосредоточенное усилие 

; (1)

; (2)

Произведем расчет на прочность, для этого необходимо чтобы выполнялось условие

; (3)

где _r – радиальное напряжение мембраны с жестким центром

; (4)

где B_p – коэффициент , зависящий от значения k=R/r₀ и определяемый по формуле:

; (5)

w₀ – стрела прогиба центра мембраны , мм;

; (6)

где A_p – коэффициент , зависящий от значения k=R/r₀ и определяемый по формуле:

; (7)

р – рабочее давление

Е – модуль упругости материала мембраны;

h – толщина мембраны;

R – внешний радиус мембраны;

 - коэффициент Пуассона (для данного материала мембраны он находится в пределах (0,25 … 0,30) . Примем значение =0,28);

k – отношение внешнего радиуса мембраны к радиусу жесткого центра

Условие проверки на допустимое напряжение (3) соблюдается.