6.2. Упругие чувствительные элементы
К упругим чувствительным элементам относятся пружины, мембраны, сильфоны, манометрические трубки, термобиметаллические элементы, крыльчатки и другие. Эти элементы в основном используются для преобразования давлений, разрежений, усилий, деформаций и моментов в механическое, линейное или угловое перемещение.
Мембрана представляет собой круглую упругую пластину, жестко закрепленную по наружному контуру. Для повышения жесткости мембрану могут подвергать дополнительному натяжению. Наибольшее распространение получили металлические мембраны. Кроме того, применяют мембраны из кварца, резины, пластмасс. По форме различают мембраны плоские, гофрированные, выпуклые. Для повышения чувствительности применяют мембранные коробки, представляющие собой сваренные или спаянные по контуру мембраны. Если внутреннюю полость мембранной коробки соединить с измеряемой средой, то по прогибу ее жесткого центра 1 (рис.1) можно судить о величине избыточного давления Р. В некоторых мембранных коробках полости заполняют газом или жидкостью. Их называют наполненными и используют в качестве чувствительных элементов некоторых термометров и терморегуляторов.
Сильфон представляет собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с поперечной гофрировкой (рис.2). Если подать давление Р в полость сильфона со стороны жестко закрепленного конца В, то это вызовет соответствующее перемещение W свободного конца А.
Рис 1. Наполненная мембранная коробка
Для увеличения прочности и чувствительности применяют многослойные сильфоны. Их изготавливают из нескольких тонких трубок, плотно вставленных одна в другую.
Рис.2. Схема сильфона
Манометрические трубчатые пластины используют для измерения избыточных давлений. Они представляют собой тонкостенные трубки вытянутого поперечного сечения (рис. 3). Трубку располагают таким образом, чтобы малая ось 2В сечения лежала в плоскости изгиба трубки. При заполнении полости трубки жидкостью под давлением происходит деформация сечения в направлении приближения его к круглой форме, а сама трубка разгибается.
Рис.3. Манометрическая трубчатая пластина
Термобиметаллы применяют в качестве чувствительных элементов температуры в термометрах, тепловых реле, амперметрах, ваттметрах и других. Термобиметалл состоит из двух металлов или сплавов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения, обладающих хорошими упругими свойствами, спаяных или сваренных по всей поверхности соприкосновения. При нагревании или охлаждении компоненты биметалла деформируются в равной степени, что вызывает соответствующий изгиб. Изгиб будет тем больше, чем больше разность коэффициентов линейного расширения. Обычно пассивный элемент выполняют из инвара, а активный - из хромоникелевой стали. На рис. 4 показан чувствительный биметаллический элемент термометра. На рис.5 приведена схема биметаллического контакта.
Рис.4. Биметаллический элемент термометра
Рис.5. Биметаллический контакт
Крыльчатки применяют для измерения скоростей течения газов и жидкостей (рис.6). Под влиянием скоростного потока воздуха крыльчатка или вертушка совершает вращательное движение, угловая скорость которого пропорциональна скорости потока.
Рис.6. Крыльчатка