Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

растет с увеличением вязкости среды. Коэффициент гж2 для тел~обтекаемой формы гораздо меньше, чем для тел, имеющих выступы,

иметь в виду, что не только сами величины гж1 и гж2, но и те области скоростей, в которых можно считать силы трения линейно или квадратично зависящими от и, также зависят от размеров и формы тел и свойств среды.

Линейно зависящие от v силы жидкого трения широко исполь­ зуются в механических измерительных преобразователях в качестве демпфирующих сил. Технические элементы, осуществляющие демп­ фирование, называются демпферами или успокоителями. На рис. 23

Рис. 23. Принципиальные схемы механических успо­ коителей: а — воздушного с пористой перегородкой; б — жидкостного с жиклером

1 — мембрана; 2 — пористая перегородка; 3 — поршень; 4 — жиклер; 5 — уплотнения

приведены две принципиальные схемы механических успокоителей. В обоих случаях используется линейность зависимости Кж тр = = f (v) при малых размерах проходного сечения и малых скоростях движения жидкости (т. е. при малых числах Re). В первой конструк­ ции движение потока вызывает перекачивание воздуха из камеры через пористую вставку в перегородке, и если объем камеры с воз­ духом невелик, то в ней может быть получено достаточно высокое давление. Температурная стабильность такого типа успокоителя лучше, чем у эквивалентного жидкостного успокоителя, что объяс­ няется малой зависимостью вязкости воздуха от температуры. Кроме того, в подобной конструкции отсутствует влияние массы воздуха на эффективную величину перемещающейся массы, так как плотность воздуха ничтожно мала. В жидкостных успокоителях обычно исполь­ зуются различные масла, главное требование к которым — это наименьшие температурные коэффициенты вязкости и объемного расширения. Желательна также небольшая плотность, химическая стабильность и неагрессивность по отношению к конструкционным материалам. На рис. 24 приведены графики относительного измене­ ния вязкости т] наполнителей успокоителей в некотором диапазоне

98

изменения температур, характеризующие температурные изменения демпфирующих свойств.

Силы упругости определяются как силы, пропорциональные деформации. Это скорее математическое утверждение, чем физиче­ ский закон: сила как функция деформации может быть разложена в ряд Тейлора, поэтому для малых изменений аргумента всегда можно ограничиться первым членом ряда. Утверждение, заключа­ ющееся в законе Гука, состоит в том, что существует достаточно широкая область, в которой между напряжениями и относительной деформацией малого объема материала соблюдается линейная за­ висимость. Однако границы этой области можно определить лишь

Аналогично жесткость при кручении оценивается отношением кру­ тящего момента М к к углу поворота Дер. Коэффициент С представ­ ляет собой удельную упругую силу, характерную для данной кон­ струкции, и зависит как от упругих свойств материала, так и от формы конструкции. Обратное отношение См = 1/С, характери­ зующее удельную деформацию, может быть названо податливостью конструкции.

В качестве упругих элементов в измерительных преобразовате­ лях широко используются различные пружины. В табл. 10 приведены

мещение центра вращения такой системы пластин, являющееся нелинейной функцией угла поворота <р, выраженного в градусах, подсчитывается по формуле

Дх - 0,0254 1(3,57— 175/) 10~4cp + (5,5 — 94,5/) 10“V I ,

где / — длина незащемленной части плоской пружины.

При малых угловых перемещениях линейным перемещением центра вращения можно пренебречь. По сравнению с другими конструк­ циями опора с перекрещивающимися пластинами практически не имеет трения.

Рис. 25. Направляющие гибкие пластины для линей­ ных перемещений: а — параллелограммная схема; б — схема установки круглых пластин с прорезями;

в— варианты расположения прорезей

Кматериалам для изготовления гибких пластин и пружин предъ­ является ряд требований, главные из которых: малые значения мо­ дулей Е и G; малая зависимость модулей Е и G от температуры; высокие значения пределов упругости и прочности; низкий темпе­ ратурный коэффициент линейного расширения и т. п.

Нестабильность характеристик приборов, содержащих упругие элементы, в основном зависит от изменения размеров и модулей Е

иG от температуры. В табл. 11 приводятся некоторые данные, ха­ рактеризующие упругие свойства и температурные коэффициенты наиболее распространенных материалов. При изменении темпера­ туры одновременно изменяются модули Е и G и длина упругих элементов, поэтому общее изменение жесткости зависит от конфигу­ рации упругих элементов; иллюстрацией последнего обстоятельства могут служить данные, приведенные в табл. 12 [94].

102

Т а б л и ц а 11

Свойства материалов упругих элементов

Изменение жесткости упругих элементов в интервале температур от —50 до +50° С

С учетом выражений для сил сопротивления основные уравнения механических систем (IV. 1) и (IV.2) переписываются следующим образом: для линейных перемещений

A . (mo) — F — (Fc. ТР + / v тр + Fynp)

или (при т = const)

103