Чувствительные элементы аэрометрических приборов

Упругие чувствительные элементы применяются м качестве восприни­мающих, противодействующих и компенсирующих устройств в ма­нометрических, барометрических и механических приборах. Они имеют раз­личную форму и применение.

Основными чувствительными элементами аэрометрических приборов являются манометрические и анероидные коробки.

Манометрическая коробка представляет собой замкнутую металлическую полость, образованную двумя спаянными между собой по краям круг­лыми гофрированными мембранами (рис.1, а). Для увеличения прогиба мем­браны гофры выполнены в виде концентрических волн. В центральной части манометрическая коробка имеет жесткие центры, из которых верхний подвижный, а нижний неподвижный. Нижним жестким центром манометри­ческая коробка крепится к основанию прибора, а верхний подвижный центр через передаточный механизм соединен со стрелкой.

Внутренняя полость манометрической коробки через штуцер сообщается с источником измеряемого давления. При подаче давления внутрь коробки верхняя свободная мембрана делает двойной ход. Через передаточный механизм движение верхнего центра передается на стрелку. Деформация верхней мембраны происходит до тех пор, пока сила упругости мембраны не уравновесит разность давлений внутри коробки и вне ее. Величина прогиба мембраны зависит от ее плошали, формы и количества гофров, материала и ее толщины. Чем тоньше мембрана и чем больше ее площадь, тем больше прогиб при одном и том же давлении. Манометрические коробки применя­ются в качестве чувствительных элементов (ЧЭ) в приборах с малым диапа­зоном измерения давления: в указателях скорости, указателях числа М, ва­риометрах и др. Для увеличения чувствительности в некоторых приборах применяются блоки манометрических коробок, внутренние полости которых соединены между собой. В отдельных случаях, когда необходимо изменять ход подвижного центра при изменении давления, применяются манометри­ческие коробки с тремя мембранами (рис. I, б). Ход в таких коробках меньше, чем в коробках с двумя мембранами.

Анероидная коробка (рис.2, а) представляет собой закрытую ма­нометрическую коробку, из внутренней полости которой выкачан воздух до остаточного давления 0,2… 0,3 мм рт.ст., т.е. давление внутри коробки почти отсутствует. Анероидная коробка прикреплена своим нижним жестким цен­тром неподвижно к основанию прибора, а верхний подвижный центр через передающий механизм соединен со стрелкой. Для измерения давления анероидная коробка помешается в герметичный корпус, имеющий штуцер, со­единяемый с измеряемой средой. На анероидную коробку действуют две силы: сила измеряемого давления, стремящаяся сжать коробку, и сила упруго­сти, препятствующая лому сжатию. Характеристика коробки выбирается гак, что перемещение подвижного центра пропорционально изменению дав­ления. Для увеличения хода подвижного центра применяются блоки анероидных коробок (рис.2, б). Анероидпые коробки и анероидные блоки приме­няются в высотомерах, самописцах высоты, датчиках высоты и других при­борах. Мембраны манометрических и анероидпых коробок и блоков изготав­ливают из фосфористой, бериллиевой, оловянно-фосфористой бронзы и дру­гих специальных сплавов.

Мембраны в авиационных приборах получили наибольшее распрос­транение. Мембрана представляет собой топкую круглую пластину, за­крепленную по наружному контуру. Под действием разности давлении мем­брана прогибается и ее центр получает некоторое перемещение, которое че­рез передаточным механизм передается на стрелку или на промежуточный элемент прибора.

В авиационном приборостроении применяются гофрированные мем­браны. Гофры представляют собой кольцевые волны па поверхности мем­браны, профиль их может быть различным (рис. З) и определяется требуемом зависимостью между ходом мембраны и давлением. Гофр увеличивает про­гиб мембраны и позволяет получить плавную характеристику. На рис.3 пред­ставлены следующие профили гофрированных мембран: а - угловой, б - ду­гообразный, в - синусоидальный, г- трапециевидный.

Сильфон (рис.4) представляет собой круглую металлическую гармони­ку, изготовленную из цельнотянутой трубы. Один конец сильфона закрыт, а второй сообщается со средой, давление которой измеряется.

Работа сильфона основана па его способности растягиваться или сжи­маться под действием разности давлений внутри сильфона и вне его. Сильфоны в качестве ЧЭ широко применяются в кислородных приборах.

Ко всем чувствительным элементам авиационных приборов предъ­являются следующие требования: однородность материала; высокий предел упругости; небольшой коэффициент линейного расширения; хорошая со­противляемость усталости; наличие высоких антикоррозионных качеств; вы­сокое качество технологической и механической обработки.

2. БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ (БТК)

Биметаллические температурные компенсаторы предназначены для уменьшения инструментальных температурных погрешностей, возникающих и приборах вследствие изменения упругости ЧЭ.

Причиной температурных ошибок в авиационных приборах, в которых в качестве ЧЭ применяется упругим элемент, служит изменение его модуля

упругости с изменением температуры. Изменение модуля упругости учиты­вается температурным коэффициентом.

Нес температурные коэффициенты отрицательны, что означает увели­чение модуля упругости при уменьшении температуры и уменьшение его при увеличении температуры. Таким образом, показания прибора при изме­нении температуры будут увеличиваться или уменьшаться, т.е. у прибора возникают температурные инструментальные погрешности. Для уменьшения этих погрешностей применяются температурные компенсаторы, изменяющие передаточное отношение передающего механизма с помощью биметалличе­ских пластин и валиков, пли силовые, оказывающие некоторое давление на подвижный центр чувствительного элемента.

биметаллические температурные компенсаторы, применяемые в при­борах, представляют собой спай или свар двух разнородных полосок металла с различными температурными коэффициентами линейного расширения, вследствие чего биметаллическая пластина при изменении температуры из­гибается в ту или иную сторону (рис.5). Величину прогиба биметаллической пластины можно подсчитать по формуле:

БТК изготовляются из пар металлов: инвар-сталь, инвар-томпак, инвар-латунь и др. Они имеют вид пластин в компенсаторах первого и второго рода и скобы в силовой компенсации. Чаще всего применяются инвар-сталь (инвар-железа 64,4%, никеля 35,6%).