2.5.3 Гофрированная мембрана

В выбранном регуляторе давления чувствительным элементом служит гофрированная мембрана. Гофрированная мембрана отличается от плоской наличием концентрированных волн. Свойства гофрированной мембраны во многом зависит от ее профиля. В приборостроении находят применения синусоидальный, угловой или «пильчатый», трапецеидальный и другие профили гофрировки. В зависимости от формы пофиля упругая характеристика мембраны может быть линейной, затухающей или ввозростающей по давлению.

Упругая характеристика существнно зависит от глубины волн и толщены материала. При одной и той же величине материала жесткость мембраны в большей степени от глубины гофров: с ее увеличением жесткость мембраны бастро возрастает. В приборостроении в качестве чувствительных элементов используются одиночные гофрированные мембраны, мембранные коробки, полученные соединением по борту двух мембран, и блоки, составленные из двух или нескольких мембранных коробок.

Одиночные гофрированные мембраны применяются редко из-за их сравнительно малого хода и конструктивной сложности крепления. Для улучшения работы мембраны в датчике будет использована мембранная коробка, полученная соединением по борту двух мембран путем сварки.

Особое значение для качества работы гофрированных мембран оказывают материалы, из которых эти мембраны изготовлены. Высокие упругие свойства мембранам обеспечивает берилиевая бронза БрБ2, никельтитановые бронзы БрБНТ1,9, БрБНТ1,7 (ГОСТ 18175-78).

2.6 Расчет упругой характеристики гофрированной мембраны приближенным методом

При расчете гофрированную мембрану можно рассматривать как конструктивно-ортотропную пластинку, что позволяет получить матариал для расчета мембране в наиболее простой аналитической форме.

При расчете чувствительных элементов из гофрированных мембран нужно учитывать, что прогиб центра мембранной коробки равен удвоенному прогибу одной мембраны:

(2.1)

Уравнение упругой характеристики гофрированной мембраны имеет вид:

(2.2)

Здесь a, b – коэффициенты, зависящие от формы профиля мембраны.

Задаем параметры мембраны

R - рабочий радиус, 36,7 мм;

r₀ - радиус плоского центра, 7 мм;

h - толщина , 0,125 мм;

H - глубина гофра, 1,02 мм;

n - число гофр, 3;

E - модуль упругости, 13150 кГ/мм².

Рисунок 2.13-Мембранный чувствительный элемент

Определим длинну волны

и угол

По рисунку2.14 находим при

H/h = 1,02/0,125 = 8,16 и коэффициенты а = 69 и b = 0,073.

Рисунок 2.14 Графики построения а и б

Подставив коэффициенты а и b и числовые данные мембраны в уравнение упругой характеристики гофрированной мембраны, получим

.

На рисунке 2.15 приведена расчетная характеристика мембранного чувствительного элемента (с учетом того, что прогиб коробки в два раза больше прогиба одной мембраны).

Рисунок 2.15-Упругая характеристика мембранного чувствительного элемента