Упругий чувствительный элемент преобразователя давления

 

Применение биметаллического элемента в качестве упругого чувствительного элемента преобразователя давления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК о 01 Ь 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCNOMV СЕИДатГЛьствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21 ) 2917250/18-10 ,(22} 28.04.80 (46) 07.01.84..Бюл. 9 1 (72) Э.Я. Веселов (53) 531.787 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 538251, кл. G 01 L 7/02, 27 06.75.

2. Авторское свидетельство СССР

В 696316, кл. G 01 L 7/04, 23.11.77 (прототип).

3. Асс B.A. u йукова Н.М. Детали . и-узлы авиационных приборов н их

; расчет. М., "Оборонгиз", 1960, .c.. 95-105 °

„„SU„„1065700 А (54) УПРУГИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

:ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ. (57) Применение биметаллического элемента в качестве упругого чувствительного элемента преобразователя давления.

1065700

Целью изобретения является обеспечение проведения непосредственного измерения локальных давлений в заданной области исследуемого объема и повышение точности измерения нестационарных давлений.

Поставленная цель достигается применением биметаллического элемен та в качестве упругого чувствительного элемента преобразователя давления.

Исключительными достоинствами биметаллических элементов, обеспечивающими им широкое распространение, яв- 65

Изобретение. относится к измери тельной технике, конкретнее к технике измерения давления, н может найти применение для измерения давления в газовых и жидких средах, а также других величин, которые могут быть преобразованы в давление.

Для измерения давления широко используются устройства с механическими упругими преобразователями давления, входной величиной которых 10 является измеряемое давление, а выходной величиной — механическая деформация тела самого преобразователя f1 ).

Механические упругие преобразо- 1 5 ватели весьма разнообразны по исполнению. К ним относятся различного типа мембраны, сильфоны, манометрические трубчатые пружины и др (2 j, Укаэанным измерительным преобразователям свойственны следующие недостатки: невозможность непосредственного измерения локальных давлений внутри исследуемого объема в отдалении от его стенок или в сре- 25 дах не ограниченных стенками, это обусловлено тем, что конструктивные особенности преобразователей позволяют устанавливать их лишь на стенках исследуемого объема и,следовательно, они реагируют непосредственно на давление в пристеночном

Ъ слое; использование же манометрических трубок для целей локальных давлений внутри объема, осуществляющих подвод измеряемого давления к преобразователю, приводит как к усложнению, так и к ухудшению динамических характеристик устройства в целом, так как любые пневмогидравлические линии связи обладают собственной инерционностью," дополнительные динамические погрешности при измерении нестационарных давлений, которые связаны с наличием у известных преобразователей прин- 45. ципиально необходимой для их работы внутренней рабочей полости переменного объема, обуславливающей присутствие у них соответственно гидродинаь ических сопротивлений, 50 ,емкости и индуктивности. ляются простота и малые габаритные размеры (3 ).

Возможность использования биметаллического элемента для измерения давления вытекает из рассмотрения совместной деформации слоев с различными модулями упругости при всестороннем сжатии биметаллического элемента измеряемым давлением. Вследствие неодинакового сжатия слоев биметаллического элемента последний изгибается при повышении давления в сторону слоя с меньшим модулем упругости. Величина прогиба биметаллического элемента служит мерой измеряемого давления.

Если пара материалов, составляющих биметаллический элемент, имеет близкие или одинаковые коэффициенты линейного расширения; то в этом случае прогиб биметаллического элемента практически полностью определяется величиной измеряемого давления.

Биметаллический упругий преобразователь давления работает следующим образом.

При повышении давления в исследуемом объеме, в который помещен преобразователь, последний подвер.гается всестороннему сжатию, вызывая в слоях биметаллического элемента деформацию сжатия. Деформацию в поперечном сечении биметаллического элемента можно не рассматривать вследствие малости его размеров по сравнению с продольными размерами. При сжатии же в продольном направлении каждый из слоев стремится деформироваться.пропорционально своему модулю упругости.

Если бы оба слоя деформировались .независимо друг от друга, то слой с большим модулем упругости сжался бы меньше, чем слой с меньшим модулем упругости. Жесткое же скрепление слоев между собой заставляет их сжиматься до одинаковой величины> лежащей в интервале между величинами свободных деформаций каждого из слоев. При этом каждый слой стремится вернуться в состояние, соответствующее его свободной деформации. В результате в каялом слое возникают внутренние силы, при.ложенные в центрах тяжести соответ. ствующих сечений и направленные в противоположные стороны. Это обуславливает наличие в биметаллическом элементе .неуравновешенного изгибающего момента, который изгибает биметаллический элемент в сторону слоя с меньшим модулем упр ;ости. При закреплении одного из концов биметаллического элемента свободный получает перемещение, величина которого в сотни раз может превышать его перемещение при простом сжатии под

10б5700

Составитель Л. Балянина

Техред Ж Кастелевич Корректор °

Редактор P. Цицика

Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 11031/42

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,4 действием того же давления. По вели- чине этого перемещения можно судить о величине измеряемого давления.

Как показывают расчеты, величина перемещения свободного конца . плоской биметаллической пружины . определяется следующим отношением (,) .где Е и E — модули упругости ма- 10

1 -2 териалов слоев биметаллического элемента; — длина бимет ллического элемента; . 15

h — суммарная толщина слоев биметаллического элемента; — измеряемое. давление.

В качестве возможного варианта биметаллического. преобразователя .давления, практически нечувствитель-. ного к измерению температуры, может .быть использован биметаллический элемент, составленный, например, из никеля и висмута, у которых коэффициенты линейного расширения практически одинаковы, а модули упругости значительно отличаютсй один от другого.

Следует заметить, что термин

"биметаллический" формально охваты» вает совокупность двухслойных элементов, выполненных из пары разнородных металлов, в то время как

s настоящем решенйи могут быть использованы и неметаллические материалы.

Благодаря тому, что биметаллический элемент реагирует на всестороннее сжатие, он может быть размещен непосредственно внутри исследуемого объема, а следова-. тельно, обеспечивает возможность измерения локальных давлений в любой заданной области исследуемого объема.

В процессе измерения давления собственный объем биметаллического элемента практически остается постоянным, что обеспечивает ему лучшие при прочих равных условиях динамические характеристики, по сравнению с известными преобразователями °

При измерении высоких и сверхвысоких давлений использование биметаллического элемента существенно снижает возможность возникновения аварийной ситуации в процессе работы испытуемого устройства, так как в бтличие от известных преобразователей биметаллический преобразоьлтель не.является разделительным элементом между зоной измеряемого давления и окружающей средой, в силу чего нарушение целостности

его никак не сказывается на рабЬте, испытуемого устройства.

Использование биметаллического элемента в качестве упругого преобразователя давления позволит устранить расходы на разработку и совершенствование устройств для измерения высоких и сверхвысоких давлений, что даст экономию в народном хозяйстве.