|
|
|
СИЛЬФОНЫ, МЕМБРАНЫ И ТОНКИЕ ПЛАСТИНЫЧувствительные элементы, входящие в состав сенсоров давления, являются механическими устройствами, деформирующимися под действием внешнего напряжения. Такими устройствами могут быть трубки Бурдона (С-образные, спиральные и закрученные), гофрированные [3] и подвесные диафрагмы, мембраны, сильфоны и другие элементы, форма которых меняется под действием на них давления. На рис. 10.2А отображен сильфон, преобразующий давление в линейное перемещение, то может быть измерено при помощи соответствующего датчика. Таким образом, сильфон выполняет первый этап преобразований давления в электрический сигнал. Он обладает относительно большой площадью поверхности, что дает возможность получать довольно существенные перемещения даже при небольших давлениях. Жесткость цельного металлического сильфона пропорциональна модулю Юнга материала и обратно пропорциональна внешнему диаметру и количеству изгибов на нем. Жесткость сильфона также связана кубической зависимостью с толщиной его стенок.
Рис. 10.2. А — стальной сильфон, используемый в датчиках
давления (Servometer Corp., Cedar Grove, NJ), Б — металлическая гофрированная
диафрагма, применяемая для преобразования давления в линейное перемещение
На рис. 10.2Б отображена диафрагма, применяемая в анероидных
барометрах для преобразования давления в линейное отклонение. Диафрагма,
формирующая одну из стенок камеры давления, механически связана с
тензодатчиком, который преобразует ее отклонения в электрический сигнал. В
настоящее время большинство сенсоров давления такого типа изготавливаются с
кремниевыми мебранами, методами микротехнологий.
Мембрана — это тонкая диафрагма, радиальное растяжение
той S измеряется в Ньютонах на метр (рис. 10.3Б). Коэффициентом жесткости
при изгибе здесь можно пренебречь, поскольку толщина мембраны гораздо меньше ее
радиуса (по крайней мере в 200 раз). Приложенное давление к одной из сторон
мембраны сферически выгибает ее. При низких значениях давления р отклонение
центра мембраны zm и ее механическое напряжение от являются квазилинейными
функциями давления (напряжение измеряется в Н/м2):
Для нахождения наименьшей собственной частоты мембраны можно
воспользоваться следующим соотношением [4]:
где р — плотность материала мембраны. При значительной
толщине мембраны, когда ее отношение r/g <100, речь уже идет о тонкой
пластине. Если такую пластину закрепить между двумя зажимными кольцами, в
системе появится значительный гистерезис, вызванный силами трения между
кольцами и пластиной. Поэтому пластину и поддерживающие компоненты лучше
изготавливать в виде монолитной конструкции.
Предполагается, что разрабатываемый датчик давления будет
измерять отклонения мембраны или пластины. Поэтому далее необходимо выбрать
метод преобразования полученного отклонения в электрический сигнал. Это можно
выполнить несколькими способами, некоторые из которых будут рассмотрены в
следующих разделах.
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
