Упругий чувствительный элемент преобразователя давления Советский патент 1984 года по МПК G01L7/02 

(Л

С

Применение биметаллического элемента в качестве упругого чувствительного элемента преобразователя давления.

05

сл

Ч Изобретение относится к иэмери тельной технике, конкретнее к техн ке измерения давления, и может най ти применение для измерения давления в газовых и жидких средах, а также других величин, которые могу быть преобразованы в давление. Для измерения давления широко и пользуйтся устройства с механическими упругими преобразователями давления, входной величиной которы является измеряемое давление, а вы ходной величиной - механическая де формация тела самого преобразователя t 3 Механические упругие преобразователи весьма разнообразны по исполнению. К ним относятся различно типа мембраны, сильфоны, манометри ческие трубчатые пружины и др 2. Указанным измерительным преобра зователям свойственны следующие недостатки: невозможность непосред ственного измерения локальных давлений внутри исследуемого объема в отдалении от его стенок или в ер 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 слое; использование же манометрических трубок для целей локальных давлений внутри объема, осуществляю щих подвод измеряемого давления к преобразователю, приводит как к усложнению, так и к ухудшению динамических характеристик устройства в целом, так как любые пневмогидравлические линии связи облгшают собственной инерционностью; дополнительные динамические погретиности при измерении нестационарных давлений, которые связаны с наличием у известных преобразователей принципиально необходимой для их работы внутренней рабочей полости переменного объема, обуславливающей присутствие у них соответственно гидродинакдаческих сопротивлений, ,емкости и индуктивности. Целью изобретения ясвляется обеспечение проведения непосредственного измерения локальных да влений 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 би металлических элементов, обеспечива щими им широкое распространение, яв ляются простота и малые габаритные размеры Гз }. Возможность использования биметаллического элемента для измерения давления вытекает из рассмотрения совместной деформации слоев с различныьш 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 подвергается 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.пропор- ционально 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 кажАом слое возникают внутренние силы, приложенные в центрах тяжести соответствующих 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

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

(

Ui Е, It, р. .

где Е и ЕЛ

модули упругости ма-5

1 териалой слоев биметаллического элемента;

г длина биметиллического элемента;

h суммарная толщина слоев биметаллического элемента; t - измеряемое давление. В качестве возможного варианта биметаллического преобразователя ,давления, практически нечувствител 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 отличаются один от другого.

Следует заметить, что термин биметаллический формально охватывает совокупность двухслойных эле ментов, выполненных из пары разнородных метгшлов, в то время как в настоящем решении могут быть использованы и неметаллические материгшы.

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

В процессе измерения давления

0 собственный объем биметаллического элемента практически остается постоянным, что обеспечивает ему лучшие при прочих равных условиях динамические характеристики, по срав5нению с известными преобразователями .

При измерении высоких и сверхвысоких давлений использование биметаллического элемента существенно снижает возможность возникновения

0 аварийной ситуации в процессе рабогы испытуемого устройства, так как в отличие от известных преобРазователей биметаллический преобразоитель не является разделитель5ным элементом между зоной измеряемого давления и окружающей средой, в силу чего нарушение целостности его никак не сказывается на рабЬте, испытуемого устройства.

0

Использование биметаллического элемента в качестве упругого преобразователя давления позволит устранить расходы на -разработку и совершенствование устройств для из5мерения высоких и сверхвысоких давлений, что даст экономию в народном хозяйстве.