Приборы давления с упругими чувствительными элементами Приборы давления основаны на использовании деформации или изгибающего момента упругих чувствительных элементов (УЧЭ), воспринимающих давление среды и преобразующих его в перемещение или усилие. Эти приборы применяют в различных отраслях техники для широкого диапазона измерения давления - от 50 Па до 1000 МПа. Они изготовляются в виде манометров, вакуумметров, тягомеров, напором еров, тягона пором еров и мано-вакуумметров. Приборы давления с УЧЭ подразделяются на следующие типы: приборы прямого действия показывающие и самопишущие, у которых перемещение центра или свободного конца УЧЭ вызываемое действием давления, преобразуется в перемещение о тс четного устройства (стрелки) для показания или для показания и записи измеряемой величины на диаграммной бумаге; приборы давления прямого действия и реле давления (без отсчетных устройств), снабженные электроконтактами и предназначенные в основном для сигнализации отклонения давления от заданного значения, а также для работы в схемах зашиты, блокировки или позиционного регулирования, первичные приборы давления, с отсчетаыми устройствами или без них, снабженные передающими преобразователями с унифицированными выходными токовыми или пневматическими сигналами для дистанционной передачи информации. Приборы этого типа могут использоваться в системах автоматического регулирования и управления, а также подключаться ко вторичным приборам и к вычислительной технике. В зависимости от назначения приборы давления с упругими чувствительными элементами подразделяются на образцовые и рабочие. В качестве упругих чувствительных элементов в этих приборах используются мембраны, мембранные коробки, сильфоны и трубчатые пружины, которые также применяются в дифманометрах. Одной из основных характеристик упругого чувствительного элемента является зависимость перемещения его рабочей точки X от действующей нагрузки р (давления или разности давлений). Статическая характеристика УЧЭ X.« ? (р) в зависимости от его конструкции и способа нагружения может быть линейной и нелинейной. Обычно предпочитают УЧЭ с линейной статической характеристикой, а в случае нелинейной характеристики для получения равномерной шкалы прибора применяются различные спрямляющие устройства. Важными параметрами, определяющими рабочие качества упругого чувствительного элемента, являются его жесткость и чувствительность ¬ величина, обратная жесткости. Для обеспечения надежной работы упругого чувствительного элемента необходимо, чтобы величина напряжений, возникающих в материале его под действием внешних и внутренних сил, не превышала предела упругости. Вследствие несовершенства упругих свойств реальных материалов статическая характеристика X ш Т (р) чувствительного элемента при увеличении и уменьшении 138 нагрузки в пределах упругих деформаций неоднозначна и образует так называемую петлю гистерезиса (см. рис. 3.9). Величина гистерезиса является важной характеристикой, т.к. он определяет погрешность прибора. Существенное влияние на гистерезис оказывают химический состав, структура материала и значение напряжений в материале чувствительного элемента. Гистерезис выражается обычно в процентах и вычисляется по следующей формуле: (3.18) Определение величин АХ^с и Хткс производится экспериментальным путем в соответствии с рис. 3.9. Несовершенство свойств материала УЧЭ может влиять и на изменение его деформаций во времени при приложении одинаковых нагрузок. Такое явление называется последействием. Различают следующие виды последействия: упругое, пластическое и релаксацию. При упругом последействии упругие элементы после снятия напряжения в течение некоторого времени возвращаются в исходное состояние, в результате чего стрелка прибора не сразу возвращается на нуль. Упругое последействие, складываясь с «чистым» гистерезисом, дает увеличение петли гистерезиса. Стабильность характеристик упругого чувствительного элемента во времени может измениться вследствие пластической ползучести материала, которое может возникнуть при нормальной температуре и напряжениях, меньших предела упругости. Это связано с неоднородностью структуры материала и появлением в его микрообъемах остаточных напряжений при изготовлении. Пластическое течение материала во времени проявляется в форме пластического последействия и релаксации. Под пластическим последействием понимают явление, при котором некоторая часть деформации в чувствительном элементе сохраняется при полной его разгрузке по истечении любого интервала времени. Известно, что деформации приводит к уменьшению упругой деформации, а вместе с тем к уменьшению напряжений в материале чувствительного элемента. По истечении достаточно длительного времени напряжения в чувствительном элементе могут полностью исчезнуть. Ослабление напряжений с течением времени' при условии постоянной деформации называется релаксацией напряжений. Интенсивная релаксация напряжений в упругом чувствительном элементе может быть причиной выхода его из строя и разрушения. Для уменьшения релаксации и последействия чувствительные элементы при изготовлении подвергаются стабилизации - специальной технологической обработке, при которой пластическое течение материала заканчивается. Упругие чувствительные элементы изготавливаются из пластичных материалов, обладающих необходимой упругостью. К таким материалам относятся дисперсионно-твердеющие сплавы бронзы Бр.Б2; Бр.Б2,5, сталь НЗоХГЮидр. При использовании приборов давления с упругими чувствительными элементами могут возникать дополнительные температурные погрешности, связанные с изменением линейных размеров чувствительного элемента.
