|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Кроме указанного недостатка, проявляющегося при монтаже датчика, данные конструкции обладают еще одним недостатком, проявляющимся в нестабильности показаний датчика. Так как при подаче давления происходит деформация штуцерной части датчика (болт), посадочного места (гайка) и прокладки, то в связи с тем, что прокладка работает в зоне пластических деформаций, ее относительные деформации от цикла к циклу подачи давления будут различны, это вызывает, в свою очередь, изменение натяжения мембраны, а следовательно, и изменение силы, действующей на упругий элемент (для конструкций 1 и 2 табл. 5.5) или различные деформации в рабочей мембране (для конструкции 5 табл. 5.5). В связи с изложенным выше, для исключения обоих недостатков данных конструкций необходимо либо иметь жесткий неизменяющийся момент затяжки, либо рабочие чувствительные элементы выносить из зоны действия деформаций. При решении данной задачи первым методом необходимо на приемную часть датчика устанавливать штуцер (см. рис. 5.7), что, в свою очередь, ведет к увеличению размеров и массы датчика, а также уменьшает диапазон частот измеряемых давлений (см. параграф 5.3). Поэтому наиболее рациональным способом решения данной задачи является второй метод. При этом возможно несколько видов конструкций датчиков: Бвертной тип (3 и 6 табл. 5.5), с накидной гайкой (7 табл. 5.5); типа болта (4 табл. 5.5) с поджимной гайкой. Все приведенные виды конструкций датчиков и всевозможное сочетание чувствительных элементов в данных конструкциях дают возможность практически избавиться от влияния момента силы затяжки на метрологические характеристики, а также от влияния деформации штуцерной части датчика на нестабильность показаний. Однако каждая из перечисленных конструкций, решая задачу устранения погрешности датчика от момента силызатяжки, обладает определенным недостатком. Так, конструкции 3 и 6 имеют сравнительно большие размеры и массу, конструкции 3 и 7 имеют под-мембранные полости, что ограничивает их частотный диапазон измерения; конструкции 3, 4 и 6 при монтаже далеко выступают в измерительную полость, что ограничивает их применение для измерения давления в малых полостях, конструкции 4, 5 и 7 сравнительно тяжелы в изготовлении с точки зрения технологии. Поэтому выбор той или иной конструкции необходимо проводить применительно к конкретным условиям эксплуатации датчиков и особенностям измеряемой среды. Все конструктивные решения, описанные в этом параграфе, касались вопросов защиты элементов преобразования датчика от влияющих факторов. Возможных решений существует множество. Авторы не преследовали цель рассмотреть их все, а стремились указать только основные пути решения, их взаимосвязь и альтернативный характер. 5* 131 Глава 6. МЕТАЛЛЫ И КОМПЛЕКТУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ДАТЧИКОВ 6.1. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ДАТЧИКОВ) При проектировании датчиков для измерения механических величин важное место занимает выбор конструкционных материалов для тех или иных механических преобразователей. Выбор материалов производится на основании требований технического задания на разработку датчика. Поскольку техническое задание определяет требования к датчику в целом, а выбор материала осуществляется отдельно для каждого механического преобразователя или детали датчика, то необходимо на основании требований технического задания к датчику выработать требования к отдельным преобразователям и деталям датчика. Для выработки таких требований совокупность деталей и узлов датчика целесообразно представить в виде двух групп. К первой группе относятся детали и узлы, участвующие в преобразовании измеряемой величины. Назовем их механическими преобразователями. Так, механическими преобразователями мембранного тензорезисторного датчика давления являются мембрана, преобразующая давление в силу, и упругий элемент, преобразующий силу в деформацию. Для акселерометра механическими преобразователями являются инерционная масса и упругий элемент. Ко второй группе относятся остальные детали и узлы, обеспечивающие работу механических преобразователей и оформляющие датчик в конструктивную совокупность измерительных преобразователей. Это детали корпуса, переходники, штуцеры, детали крепления датчика к объекту измерения и т. д. Назовем детали и узлы этой группы конструкционными. Таким образом, эти две группы деталей датчика отличаются между собой по назначению, что и определяет епецифичнссть требований. Так, механические преобразователи оказывают непосредственное влияние на формирование метрологических характеристик датчика. А это значит, что материал, из которого их изготовляют, должен иметь стабильные характеристики в широких пределах изменения влияющих величин. Одной из важных характеристик этого материала, определяющей чувствительность механических преобразователей, является модуль упругости. Для механических преобразователей, вообще говоря, нужны такие материалы, у которых величина модуля упругости не зависит от влияющих факторов: температуры, времени, вибраций, рабочих нагрузок и т. д. Практически таких идеальных материалов нет. Например, у всех сплавов модуль упругости зависит от температуры: с увеличением температуры он уменьшается. В этом случае необходимо выбирать материал, у которого температурная характеристика модуля упругости в требуемом диапазоне температур линейна и достаточно стабильна. Тогда температурную погрешность датчика, появляющуюся за счет изменения модуля упругости, можно либо учесть, либо скомпенсировать введением в датчик соответствующего термокомпенсирующего звена. На рис. 6.1 представлены зависимости модуля упругости некоторых сплавов от температуры. Из рисунка видно, что практически линейно в широком диапазоне температур (-200 ч-ч- +600° С) изменяется модуль упругости стали 36НХТЮ и бронзы БрБ2. Эти материалы наиболее полно удовлетворяют требованиям к характеру температурной зависимости модуля упругости. Другим важным требованием к материалу механического преобразователя является высокая стабильность модуля упругости во времени. Нестабильность модуля упругости связана с процессами последействия и релаксации, происходящими в материале после его механической или термической обработки. Поэтому наименьшей временной нестабильностью модуля упругости обладают металлы, которые в результате обработки не получают значительных остаточных напряжений. К таким метал-лам относятся так называемые ди-сперсионно-твердеющие сплавы. Характерной особенностью этих сплавов является то, что в закаленном состоянии они обладают высокой пластичностью, а повышение упругих свойств достигается в процессе отпуска. Представителями дисперсионно-твердеющих сплавов являются отмеченные выше бронза БрБ2 и сталь 36НХТЮ. Для этих материалов характерна неизменность модуля упругости после воздействия вибраций. Большое значение имеет также величина нелинейности нагрузочной характеристики материала, обусловленная зависимостью модуля упругости от рабочей нагрузки. Допустимый уровень рабочих нагрузок, а следовательно, и максимальная величина 1,0 \- 0,96 - ОМ - 0,81/ -  Ш 8МТ,К Рис. 6.1. Зависимость модуля упругости некоторых сплавов от температуры: ----сплав 12X18H9T;--- сталь ЗбНХТЮ;----бронза БрБ2;--сплав АМгб 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |