淺談儀表彈性元件的特性與應(yīng)用

袁博

【摘 要】論文主要講述了彈性原件的分類、特性、構(gòu)造、原理、適用場(chǎng)合等，對(duì)彈性原件的工作原理以及在儀表裝配、調(diào)校過(guò)程中的彈性運(yùn)動(dòng)作出分析。其中，對(duì)材料的彈性滯后、彈性后效以及溫度對(duì)材料彈性的影響作出了解釋和說(shuō)明。

【Abstract】This paper mainly describes the classification， characteristics， structure， principle and applicable occasions of elastic components， and analyzes the working principle of elastic components and the elastic movement in the process of instrument assembly and adjustment. The elastic hysteresis， elastic aftereffect and the effect of temperature on the elasticity of materials are explained.

【關(guān)鍵詞】壓力儀表;選型;故障處理

【Keywords】 pressure instrument; selection; fault treatment

【中圖分類號(hào)】TH812? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）08-0178-02

1 彈性元件的分類

①力彈簧。力彈簧受力變形，貯存機(jī)械能;恢復(fù)彈性變形時(shí)，釋放機(jī)械能，驅(qū)使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，如發(fā)條、各種復(fù)位彈簧等[1]。

②測(cè)量彈簧。測(cè)量彈簧是測(cè)量?jī)x表中的敏感元件，常用于測(cè)量流體壓力、集中力、力矩、振東和其他物理量，如儀表的游絲，將力矩轉(zhuǎn)換成指針的轉(zhuǎn)角。這類彈性元件是儀表的關(guān)鍵零件，其性能直接影響儀表的工作質(zhì)量，因此，從設(shè)計(jì)、制造到安裝、調(diào)試、使用都有較高的要求。

③彈性聯(lián)系彈簧。彈性聯(lián)系彈簧可將需要聯(lián)接的構(gòu)件聯(lián)接成整體，例如減震器的彈簧、彈性支承和導(dǎo)軌的彈簧、彈性聯(lián)軸器的彈簧等[2]。

2 彈性元件的特點(diǎn)

①?gòu)椥栽芰εc彈性變形之間有確定的規(guī)律，而與彈性元件的空間位置無(wú)關(guān);

②彈性元件能貯存機(jī)械能;

③彈性元件占據(jù)空間尺寸小。

3 彈性誤差

實(shí)踐證明：即使尺寸和形狀制造很準(zhǔn)確的彈性元件，工作時(shí)其實(shí)際特性曲線與理論特性曲線也不完全一致。主要原因是存在彈性誤差，彈性誤差的影響對(duì)于一般用途的彈性元件不用考慮，而對(duì)于測(cè)量彈性元件，彈性誤差直接影響儀表的精度，因而是衡量測(cè)量彈性元件的重要的質(zhì)量指標(biāo)[3]。

產(chǎn)生彈性誤差的主要因素是：材料的彈性滯后、材料的彈性后效、溫度對(duì)材料彈性的影響及材料的微觀結(jié)構(gòu)缺陷等。以下對(duì)材料的彈性滯后和彈性后效作出論述。

3.1 材料的彈性滯后

彈性元件加載特性曲線和減載特性曲線不一致的現(xiàn)象，稱為彈性滯后。兩特性曲線圍成的封閉曲線稱為彈性滯后回線，如圖1所示。

彈性滯后現(xiàn)象說(shuō)明，外力對(duì)彈性元件做的功，在它恢復(fù)原狀時(shí)，并未全部釋放出來(lái)，有一小部分被材料的內(nèi)摩擦消耗了。

3.2 材料的彈性后效

彈性元件的變形落后于作用力的現(xiàn)象，稱為彈性后效。如圖2所示，彈性元件受力P作用，不能立即產(chǎn)生相應(yīng)的變形量BD，而是先產(chǎn)生變形量AD，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，繼續(xù)產(chǎn)生變形量AB。減載時(shí)也存在同樣現(xiàn)象，AB、OC代表彈性后效誤差。

彈性后效現(xiàn)象說(shuō)明，材料受力后產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形需要一定的時(shí)間。對(duì)不同的彈性元件，可從幾分鐘到幾十小時(shí)，彈性后效降低了彈性元件的動(dòng)態(tài)性能。

彈性滯后和彈性后效是彈性材料的固有特性，它降低了彈性元件的質(zhì)量，是精密彈性元件所不希望的。

4 工作中使用的彈性元件——游絲

游絲的結(jié)構(gòu)：游絲通常是用金屬薄帶制成的具有阿基米德螺線形狀的彈性元件，如圖3所示。

游絲是儀表中常見(jiàn)的測(cè)量元件，對(duì)游絲有很高的要求：有良好的線性特性，有穩(wěn)定的彈性，殘余變形量要小。游絲的殘余變形量與應(yīng)力有關(guān)，應(yīng)控制游絲中的應(yīng)力不過(guò)大。為滿足上述要求，應(yīng)合理選擇游絲及安全系數(shù)，制定合理的制作工藝。

游絲的工作原理：游絲工作時(shí)，通常是內(nèi)端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，外端固定在基體上。游絲內(nèi)端置于套環(huán)端面的槽中，然后沖鉚，使槽閉合夾緊游絲，如圖4、圖5、圖6所示。使用游絲作測(cè)量元件的儀表，為了保證儀表在測(cè)量前指針位于零位，要求游絲相對(duì)標(biāo)尺的位置是可調(diào)節(jié)的。

5 結(jié)語(yǔ)

在日常工作和生活中，我們會(huì)遇到很多類似的彈性元件，本文僅就彈性元件的特性和個(gè)別應(yīng)用的實(shí)例簡(jiǎn)單作以介紹。

【參考文獻(xiàn)】

【1】阿吉姑麗·依明.淺談壓力儀表的檢定與維護(hù)[J].科技風(fēng)，2017（01）：113.

【2】戴孝華.壓力表計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)講座 第十一講 彈性元件式一般壓力表的檢定（下）[J].上海計(jì)量測(cè)試，2015，42（01）：43-46.

【3】彭少華，呂彩虹.對(duì)《壓力表示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定》一文的不同理解[J].中國(guó)計(jì)量，2015（08）：86-87.