4 Разработка конструкции первичного

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

4.1 Описание конструкции первичного преобразователя

Рисунок 4.1- Конструкция первичного преобразователя давления

Основу преобразователя составляют тензорезисторы 4 наклеенные на мембрану 3. Мембрана закрепляется в корпусе преобразователя 1. измеряемое давление действует на мембрану верхнюю 5, закрепляется в крышке 7. В результате действия давления мембрана 5 прогибается и через толкатель 6 деформирует мембрану 3, на которой закреплены тензорезисторы 4. В результате прогиба мембраны 3 возникает деформация тензорезисторов и их сопротивление изменится пропорционально деформации. А следовательно пропорционально измеряемому давлению. Для защиты преобразователя от внешних воздействий предусмотрена нижняя крышка 2. Для подключения преобразователя к измерительной цепи используют соединительные провода и розетку, вмонтированную в корпус преобразователя 1.

4.2 Расчет функции преобразования первичного преобразователя

4.1.2 Расчет преобразователя для измерения давления

Схема преобразования давления следующая: сначала измеряемое давление действует на упругий элемент в виде плоской мембраны, затем деформация мембраны вызывает деформацию тензорезистора и, следовательно, изменение его сопротивления.

Рисунок 4.2 – Схема преобразования давления

Выбираем необходимую мембрану:

R - радиус мембраны; P - давление;

d- толщина крышки мембраны; E-модуль упругости;

Рисунок 4.3 - Упругий измерительный преобразователь давления

Функция преобразования тензорезистора имеет вид:

R_т=R(1+ ∙( - l)) (4.1)

Плоская круглая мембрана под действием распределенного давления будет иметь следующий вид:

δ₁=0,17 (4.2)

Задаем значения параметров:

R=30мм (0,03м);

d=0,1мм (0,0001м);

сталь E=2∙10¹¹ Па

Задаем значение давления и рассчитываем мембрану (P=0…1 МПа).

Таблица 4.1–Расчетные значения деформации

P	Па	0	2∙105	4∙105	6∙105	8∙105	106
δ1	м	0	1377∙10-6	2754∙10-6	4131∙10-6	5508∙10-6	6885∙10-6

Задаем допустимое значение деформации δ_max= ; от R и корректируем параметры мембраны, чтобы расчеты сошлись

δ_max= R= =6мм=6000мкм=6∙10^-3м

Выражаем модуль упругости Eиз формулы (4.2) и производим расчет:

E= (4.3)

После расчетов модуля упругости по формуле (4.3) получаем:

E=4,6∙10⁷ Па.

Бронза E=100000 МПа=10⁵∙10⁶=1∙10¹¹Па

E=1,377∙10¹¹Па.

Окончательные параметры мембраны:

R=0,03м

d=1∙10^-4м;

R₀=200 Ом;

E=1∙10¹¹Па;

P=0…1∙10⁶Па;

h= δ₁;

l=0,02 м;

k=2.

Рассчитываем по окончательным данным значения деформации по формуле (4.2) и вносим их в таблицу 4.2

Таблица 4.2 - Расчетные значения деформации

P	Па	0	2∙105	4∙105	6∙105	8∙105	106
δ1	м	0	0,275	0,55	0,826	1,101	1,37

График 1 – Зависимость деформации мембраны от давления

Расчетные значения деформации δ₁ подставляем в функцию преобразования тензорезистора (4.1) и рассчитываем сопротивление тензорезистора для каждого значения давления:

R_т0=0,03 Ом;

R_т2=0,19809 Ом;

R_т4=1,62108 Ом;

R_т6=2,44872 Ом;

R_т8=3,27354 Ом;

R_т10=4,08045 Ом.

Таблица 4.3 – Расчетные значения сопротивления

R	Ом	0,03	0,198	1,621	2,449	3,274	4,08
P	Па	0	2∙105	4∙105	6∙105	8∙105	106

График 2 – Зависимость сопротивления мембраны от давления

Таблица 4.4 – Расчетные данные сопротивления

R	Ом	0,03	0,198	1,621	2,449	3,274	4,08
δ1	м	0	0,275	0,55	0,826	1,101	1,37

График 3 – Зависимость сопротивления мембраны от деформации