Разновидности упругих элементов

Входной величиной измерительных преобразователей механических величин может быть сосредоточенная сила, крутящий момент (пара сил), давление газа или жидкости. Эта величина воздействует на упругий элемент и вызывает его деформацию. Деформация воспринимается или непосредственно наблюдателем (как это имеет место в механических показывающих приборах), или последующим измерительным преобразователем с естественной входной величиной в виде механического перемещения (реостатные, емкостные, индуктивные, фото- и другие преобразователи), скорости этого перемещения (индукционные) или механического напряжения (деформации) в некоторой области упругого элемента (тензорезистивные)[1].

Конструкции упругих элементов весьма разнообразны. В динамометрах на большие усилия (больше 10 кН) используются сплошные стержни, работающие на сжатие (рис. 2-1, а) или сдвиг (рис. 2-1, в); для меньших усилий (10 – 1 кН) используют кольца (рис. 2-1, г), а для малых усилий – тонкостенные цилиндры (рис. 2-1, б)и плоские пружины в виде балок (рис. 2-1, д, е). При этом наиболее эффективными оказываются конструкции в виде тонкостенного цилиндра или балки равного сопротивления, когда по всей поверхности упругого элемента механическое напряжение одинаково и материал используется наиболее рационально.

Рис. 2-1

На рис. 2-2 показаны часто применяемые преобразователи крутящего момента М в угловое перемещение φ. Это спиральные пружины (рис.2-2, а,б), сплошные, полые и плоские торсионы (рис. 2-2, в,г,е), подвесы и растяжки (рис.2-2, д).

Рис. 2-2

Особенно разнообразны упругие элементы, применяемые для измерения давлений. Это плоские и гофрированные мембраны и мембранные коробки, использующие собственную жёсткость или опирающиеся на внешнюю плоскую пружину или полый тонкостенный цилиндр, на которые наклеены или напылены тензорезисторы. Для получения больших линейных перемещений используются сильфоны и трубки Бурдона, а для получения больших угловых перемещений – спиральные и винтовые трубки с внутренним давлением. Расчёт таких упругих элементов имеется в специальных справочниках.[1]