Лекция №3 Механические упругие преобразователи.

Входной величиной может быть сосредоточенная сила, крутящий момент, давление жидкости или газа, а также температура.

Выходной величиной упругих преобразователей является обычно механическая деформация самого преобразователя или какой-либо его части.

В механических приборах эта деформация воспринимается наблюдателем, а в большинстве измерительных систем -последующим измерительным преобразователем перемещения или механического напряжения в электрический сигнал. Прибор, объединяющий упругий преобразователь с каким-либо другим измерительным преобразователем часто называют месдозой.

Наиболее часто применяемые упругие преобразователи с входной величиной в виде сосредоточенной силы и выходной в виде линейного перемещения или деформации, используемые в электрических динамометрах, виброметрах и акселерометрах.

При расчёте упругих преобразователей стараются получить наибольшую чувствительность, однако препятствием к этому является возникновение в опасных точках недопустимо больших механических напряжений.

Сплошной и полый стержень рассчитывается по формулам:

= _l = _b = _l . (3.1)

σ – нормальное напряжение ;

- действ. сила;

- площадь поперечного сечения;

_l – относительная продольная деформация;

- модуль упругости;

_b – относительная поперечная деформация;

- коэффициент Пуассона.

Рис. 28.

Консольная балка

δ =

ε_l = .

δ – прогиб конца балки

- длина балки

- ширина балки

- толщина балки

- прогиб в точке x

– напряжение на конце балки

– момент инерции балки.

Балка на двух опорах

δ = σ = – ширина балки

Кольцо прямоугольного сечения

– прогиб по вертикали;

– прогиб по горизонтали;

r – средний радиус кольца; ; – ширина кольца

– толщина кольца; – напряжение в точке 1

– напряжение в точке 2

– момент сопротивления сечения.

Мембрана с жёсткой средней частью

, где – деформация средней части.

Упругие преобразователи, входной величиной которых является крутящий момент, а выходной – угол закручивания.

– угол закручивания

– касательные напряжения

– модуль сдвига

Достаточно разнообразны упругие преобразователи, применяемые для измерения давления (рис. 30).

– напряжение на внешней поверхности

– прогиб в точке 1

– напряжение в точке 1

– напряжение в точке 2

– напряжение на внутренней поверхности (рис. 30 а)

Рис. 29.

а)

б)

Рис. 30.

Сильфон и друбка Бурдона применяется для больших линейных перемещений

Рис. 31.

, где – количество гофр

l₁ – толщина стенок сильфона

– коэффициент, зависящий от и равен

при

Для получения больших угловых перемещений используются спиральные трубки.

Рис. 32.

Погрешность упругих измерительных преобразователей определяется свойствами материала, из которого он изготовлен. Даже в преобразователях из лучших сортов упругих материалов погрешность от гистерезиса находится в пределах .

Преобразователи, работающие на изгиб, изготавливают из стали 65Г (марганцовистая сталь).

– на кручение, растяжение, сжатие – сталь 50ХГА (хромомарганцовистая)

– на кручение при знакопеременных нагрузках 45ХН2ФА (хромоникельмолибденовая)

– в агрессивных средах – сталь 45Х (хромистая) и 1Х18Н9Т (хромоникелевая немагнитная).

Для измерения температуры плоские упругие преобразователи выполняются биметаллическими из материалов с различными температурными коэффициентами расширения. При изменении температуры такой преобразователь искривляется, а его деформация является практически линейной функцией температуры.

Вопросы для самоподготовки:

1. Какие параметры измеряют упругие преобразователи?

2. Виды упругих преобразователей?

3. Из каких материалов их изготавливают?

4. До каких напряжений упругие преобразователи показывают верные результаты?