Файл: Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов.pdf

в связи с чем ее величину стремятся уменьшить. Этим объ­ ясняется тенденция к применению в точных устройствах мембран и сильфонов с малой жесткостью и уменьшению величины h.

Малый модуль упругости неметаллических материалов, в сотни и тысячи раз меньший, чем у металлов, обусловил чрезвычайно широкое распространение неметаллических мембран. Эти мембраны, однако, имеют целый ряд серь­ езных недостатков, которые делают практически невоз­ можным их использование в высокоточных устройствах, работающих в принятом диапазоне давлений. Неметалли­ ческие материалы, особенно резина, подвержены очень интенсивному старению (например, у некоторых сортов резины в течение нескольких месяцев модуль упругости значительно возрастает и способность упруго деформиро­ ваться резко падает). Модуль упругости неметаллических материалов сильно изменяется с температурой. Прочность их значительно ниже, чем у металлов, и для рабочих дав­

ствием давления претерпевают неупругую деформацию, в результате которой образуется гофр, а гофр (как отформо­ ванный при изготовлении мембраны, так и образовавшийся при работе) сильно вытягивается * ) . Для ограничения

*) Вытягивание гофра имеет место как в результате накапли­ вающихся со временем остаточных деформаций, так и в результате упругих деформаций при изменении велпчипы перепада давлений на мембране.

§ 5] ПОСТРОЕНИЕ Э Л Е М Е Н Т О В С П О Д В И Ж Н Ы М И Т Е Л А М И Щ

деформаций мембраны при перепадах давлений, превыша­ ющих рабочий, можно применять профилированные упоры (рис. 5.3).

При наличии гофра, особенно неглубокого^ (что имеет место у плоских мембран), эффективный радиус и, следо­ вательно, эффективная площадь в сильной мере зависят

ВРис. 5,3. Упоры для ограничения деформации мембраны:

a)i гофрированной;1б)|[плоской.

от перемещения жесткого центра и вытягивания гофра. Как видно из рис. 5.4, а,

По данным, имеющимся в работе [11], для мембраны с В, = = 15 мм и г = 12 мм при перемещении на 0,8 мм от ней­ трального положения эффективная площадь изменилась от 5,7 до 8,6 см2, т. е. более чем на 5 0 % .

*) Для вогнутого гофра при вертикальной оси симметрии ми­ нимальноальное значение Дj м~ имеет место в нижнем положении жесткого

центра (рис. 5.4, а).

Скачкообразно изменяется эффективная площадь при изменении знака перепада давлений с обеих сторон мем­ браны вследствие прохлопывания гофра (см. рис. 5.4, в). С удалением от нейтрального положения растет также

Рис. 5.4. К иллюстрации влияния на эффективную площадь мембраны с не­ большим гофром: а) перемещения жесткого центра; б) вытягивания гофра{ в) прохлопывания гофра; г) прохлопывания и вытягивания гофра в нейтраль­ ном положении мембраны.

разница в эффективных площадях до и после прохлопы­ вания мембраны. В нейтральном положении вытягивание мембраны и прохлопывание не изменяют эффективной пло­ щади (см. рис. 5.4, г).

В мембранах, изготавливаемых с глубоким гофром, работающих при постоянном знаке перепада давлений, нестабильность эффективной площади песколько меньше, однако суммарная погрешность приборов не падает. Объ­ ясняется это тем, что для одной и той же задачи таких

§ S] ПОСТГОЕНИЁ ЭЛЕМЕНТОВ С П О Д В И Ж Н Ы М И ТЕЛАМИ Ц З

мембран приходится ставить в 1,5—2 раза больше, чем плоских мембран, поскольку для поддержания постоян­ ного знака перепада (устранения прохлопывания гофра) переменное давление подводится только по одну сторону мембраны с гофром, по другую ее сторону подается дав­ ление, заведомо меньшее или большее рабочего давления (атмосферное или питающее давление, рис. 5.5).

Существенного повышения постоянства эффективной площади и прочности мембран можно добиться приме­ нением жестких чувствительных элементов, работающих в зоне упругих деформаций при любых возможных пере­ падах давлений * ) , однако вследствие влияния жесткости на статическую погрешность это возможно только при очень малых перемещениях h.

Поскольку уменьшение h положительно сказывается также на стабилизации эффективной площади и проч­ ности, проблема уменьшения h приобретает решающее значение при создании высокоточных приборов.

Эта проблема особенно остро стоит по отношению к упругим плоским мембранам, поскольку при применении материала одинаковой толщины и модуля упругости, вы­ бираемого из условия прочности, их жесткость много больше, чем у сильфонов (см. например, выражения (5.12) и (5.18)). При одном и том же ходе сильфоны испытывают меньшую деформацию и меньше изменяют эффективную площадь благодаря наличию ряда (п) гофров, каждый

*) Ряд фпрм, например Taylor, применяют в датчиках перепада давлений пежесткие мембраны с дорогостоящими профилированны­ ми упорами, на которые мембрана ложится всей поверхностью при малых перепадах, когда она работает еще в зоне упругих деформа­ ций (рис. 5.3).