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溅射薄膜js金沙所有网址的周边固支结构膜片设计

发布时间:2017-3-22??????发布人:泽天传感??????点击:

1、基本原理

采用高弹性不锈钢材料加工成圆杯形弹性体,弹性体的底面加工成薄片(膜片),其厚度h的设计与压力测量的范围有关。

2、弹性体设计

1)设计理论

周边固支结构的膜片在受压力作用时的应力、应变分布。

径向应力:σr= 3P[R2 (1+μ) –r2(3+μ) ]/8h2  …………………(1)

径向应变:εr= 3P(1-μ2) (R2 -3 r2 )/8Eh2 ………………………(2)

式中:P—均布压力,Pa;h—膜片厚度,cm;R—膜片半径,cm;μ—材料的泊松比;E—材料的弹性模量,Pa;r—受力位置。

切向应力:σt= 3P[R2 (1+μ) –r2(1+3μ) ]/8h2 …………………(3)

切向应变:εt= 3P(1-μ2) (R2 -r2 )/8Eh2  ………………………(4)

在膜片中心(r=0)处,切向应力与径向应力相等,切向应变与径向应变相等,而且具有正的最大值:

σro=σto=3PR2(1+μ)/8h2   …………………………(5)

εro=εto=3PR2(1-μ2)/8Eh2 …………………………(6)

在膜片边缘(r=R)处,径向应力、切向应力和径向应变都达到负的最大值,而切向应变为零:

σra= -3PR2/4h2 ……………………………………(7)

σta= -3μPR2/4h2  …………………………………(8)

εra=εto=3PR2(1-μ2)/4h2   …………………………(9)

εta=0………………………………………………(10)

在膜片中心处,具有最大绕度:ωo=ωmax=3p(1-μ2)R4/(16Eh3)………………(11)

使膜片变形的平面等效应力:σeg=   σr2+σt2-σrσt     …………………………(12)

2)尺寸的确定

设计采用高强度、高弹性、弹性模量稳定、耐腐蚀性强的不锈钢作为弹性材料。材料弹性限σe=1100×106 Pa;μ=0.272;E=195×109 Pa。弹性体尺寸设计应尽可能小,但是由弹性膜片理论可知,平膜片变形时的最大绝对非线性误差Δωmax发生在扰度为0.58ωm处。最大相对非线性误差为Δωmax/ωm,其值只与ωm/h比值有关,ωm/h较大时,非线性严重。另外由(11)式可知,要使膜片在应力作用下得到一定的变形量,减小膜片直径的同时必须减薄膜片厚度,过薄的膜片在加工时难以保证平行度,平行度下降将导致传感器非线性急剧增大。虽然可以设计信号处理电路对传感器的非线性进行补偿,使输出电信号与压力成线性关系,但不是真实应力变化的反映。因此,设计膜片有效半径R=0.55 cm;膜片厚度h=0.029cm;弹性体最大外径为1.9 c m。将材料参数代入(7)式,可求得作用在膜片上的1M Pa均布压力,可在膜片边缘处产生最大径向应力:

σra= -3PR2/4h2   =-270×106 Pa  ………………………………(13)

可见σra≤1/4σe,膜片可承受4倍最大测量压力的过载,满足过负荷指标150%的要求。不考虑膜片平行度影响时,测量最大非线性误差为0.1%FS。由(11)式可求得膜片在1M Pa压力下的最大扰度为0.033mm。

3、收缩应力参考表

由(13)式可见,当传感器输出满量程电信号时,说明由于燃料的凝固,在膜片边缘产生了-270×106 Pa的径向应力。同样,由(8)式可求得传感器输出满量程电信号时,所反映的膜片边缘切向应力;由(5)式可求得膜片中心的径向和切向应力;由(12)式可求得平面等效应力。计算结果列入表1。表1  收缩应力参考表,注:满量程输出电压YFS等于满度输出电压与零点输出电压之差。

输出(%) 0 20 40 60 80 100
σro(MPa) 0 34.4 68.7 103.1 137.4 171.8
σto(MPa) 0 34.4 68.7 103.1 137.4 171.8
σra(MPa) 0 -54.0 -107.9 -161.9 -215.8 -269.8
σta(MPa) 0 -14.7 29.4 -44.0 -58.7 -73.4

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