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    常用的彈性式壓力測量元件

    2021年03月06日 人閱讀

    利用單性元件受壓產生變形可以測量壓力。由于其產生的位移或力較易轉化為電量,且構造簡單,價格便宜,測壓范圍寬,被測壓力低至幾帕,高達數百兆帕都可使用,測量精度也比較高,故在目前測壓儀表中占有統治地位。工業上最常用的彈性測壓元件有彈簧管、波紋管及膜片三類。

    彈簧管是一種常用的彈性測壓元件。由于它由法國人波登發明,所以常叫做波登管,如圖所示。它是一種彎成圓弧形的空心管子,管子的橫截面是橢圓形的。當從固定的一端通入被測壓力時,由于橢圓形截面在壓力的作用下趨向圓形,使弧形彎管產生伸直的變形,其自由端產生向外的位移。此位移雖然是一個曲線運動,但在位移量不大時,可近似認為是直線運動,且位移大小與壓力成正比。近年來由于材料的發展和加工技術的提高,已能制成溫度系數極小、管壁非常均勻的彈簧管,不僅可制作—般的工業用壓力計,也可作精密測量。

    常用的彈性式壓力測量元件

    圖:常用的彈單性測壓元件

    有時為了使自由端有較大的位移,使用多圈彈簧管,即把彈簧管做成盤形或螺旋彈簧的形狀,它們的工作原理與單圈彈簧管相同。

    制造彈簧管的材料根據壓力高低及被測介質的性質而不同,測量低壓時常用磷青銅,測量中壓時用黃銅,測量高壓時則用合金鋼或不銹鋼。當被測介質有腐蝕性時,例如,測氨氣的壓力時,必須用不銹鋼而不能用銅質彈簧管。

    波紋管是將金屬薄管折皺成手風琴風箱形狀而成的,在引入被測壓力P時,其自由端產生伸縮變形。它比彈簧管優越的是能得到較大的直線位移,缺點是壓力一位移特性的線性度不如彈簧管好。因此,經常是將它和彈簧組合一起使用,在波紋管內部安置一個螺旋彈簧。若波紋管本身的剛度比彈簧小得多,那么波紋管主要起壓力一力的轉換作用,彈性反力主要靠彈簧提供,這樣可以獲得較好的線性度。

    所示的單膜片測壓元件主要用做低壓的測量,膜片一般用金屬薄片制成,有時也用橡皮膜。為了使壓力一位移特性在較大的范圍內具有直線性,在金屬圓形膜片上加工出同心圓的波紋。外圈波紋較深,越靠近中心越淺。膜片中心壓著兩個金屬硬盤,稱為硬心。當壓力改變時,波紋膜與硬心一起移動。膜片式壓力計的優點是可以測量微壓及用于黏滯性介質的壓力測量。

    在自動化儀表中,常用的彈性式壓力測量元件廣泛使用膜盒元件來測量差壓,其結構兩個金屬膜片分別位于膜盒的上、下兩個測量室內,它們的硬心固定地連接在一起,當被測壓力P、P分別從上、下兩側引入時,膜片根據差壓的正負,向上或向下移動,通過硬心輸出機械位移或力。在兩塊波紋膜片之間充有膨脹系數小、化學性能穩定、不易氣化和凝固的液體―—硅油。它一方面用來傳遞壓力,另一方面對膜片起過載保護作用。當差壓突然過載時,先是硅油通過中間間隙緩慢地從一邊流入另一邊,起一定的緩沖作用;當硅油流過一定數量后,硬心與機座上的密封墊圈靠緊,阻止硅油繼續流動,使留下的一部分硅油支持膜片頂住外加壓力,保證膜盒受單向壓力時,不致損壞。在新型的差壓表中,膜盒機座也制成與膜片具有相同的波紋。過載時,膜片可與機座完全接觸,由于波紋完全吻合,保護更加可靠。

    上述各種彈性元件輸出的位移或力必須經過變送器才能變為標準電信號。變送器有兩種組成方式:一種是開環式的,先將位移或力轉化為R、L、C等電參量,然后經一定的電路變為標準信號,這種變送器的原理雖然比較簡單,但對材料、工藝和電路的要求比較高;另一種是閉環式的,利用負反饋保證儀表的精度,以往應用較多的力平衡式變送器就屬于這一類。

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