Новости

Конструкция диафрагмы и катушки для стабильной работы вихретокового датчика давления

  1. 4.1. Форма диафрагмы для стабильно измеримого прогиба Диафрагма играет важную роль в упругом прогибе...
  2. Таблица 1

4.1. Форма диафрагмы для стабильно измеримого прогиба

Диафрагма играет важную роль в упругом прогибе в ответ на приложенное давление. Форма и геометрические размеры диафрагмы должны быть правильно выбраны, чтобы ее отклонение соответствовало характеристикам сенсорной катушки, разработанной в соответствии с Раздел 3 , Малый диаметр датчика 10 мм ограничивает диаметр диафрагмы максимум до 8,6 мм. Кроме того, поскольку его отклонение измеряется более точно с помощью сенсорной катушки, мембрана должна быть спроектирована таким образом, чтобы некоторая область ее центральной части поднималась и опускалась почти ровно по мере того, как действующее давление повышалось или понижалось.

Какая форма диафрагмы необходима для удовлетворения таких ограниченных требований? Ван и соавт. показали, что центрально-тисненая диафрагма по оптическим характеристикам превосходит плоскую, которая серьезно ухудшается из-за того, что центральная область оборачивается под высоким гидростатическим давлением [ 12 ]. В этом исследовании круглую канавку с квадратной канавкой - как с тиснением по центру - показанную на a, b, рассматривают для более плоского отклонения центральной части, что помогает вихретоковому датчику более стабильно измерять зазор и точно. Конструктивные параметры, как показано в a, b, представляют собой ширину и толщину канавки, в то время как толщина диафрагмы и расстояние от канавки до стенки устанавливаются равными 1 мм и 1,5 мм соответственно. Для сравнения прогибов в качестве эталона используется плоский тип, показанный в c.

Форма и конструктивные параметры трех типов диафрагмы: ( а ) с круглой канавкой; ( б ) квадратная канавка; ( в ) квартира.

4.2. Анализ прогиба диафрагмы

Структурный анализ был проведен для изучения влияния проектных параметров на максимальное отклонение и напряжение диафрагмы путем увеличения давления с шагом 0,25 МПа до тех пор, пока не произойдет сдавливание с использованием ANSYS Workbench V15. Свойства материала Hastelloy C22: модуль упругости 206 ГПа, предел текучести 438 МПа и коэффициент Пуассона 0,3.

При толщине (t) 0,2 мм и давлении 2,5 МПа показано типичное отклоняющее поведение вдоль радиальной оси круглой, квадратной и плоской диафрагм соответственно.

Характеристики прогиба вдоль оси диафрагмы при t = 0,2 мм, w = 1,05 мм, P = 2,5 МПа: ( а ) с круглыми канавками; ( б ) с квадратными канавками; ( в ) квартира.

Точка 0 указывает центр диафрагмы. Прогиб всей поверхности диафрагмы под 2,5 МПа отображается на оси от -4,3 до 4,3 мм. В то время как в плоском типе наблюдается намного больший прогиб без плоской центральной части, канавочный тип значительно меньше прогибается при довольно плоском прогибе в центральной части по сравнению с плоским типом, что позволяет вихретоковому датчику измерять прогиб диафрагмы с большим стабильность и точность.

показывает сравнение смоделированных результатов с точки зрения максимального прогиба и максимального напряжения при каждом давлении между плоскими, квадратными и круглыми канавками с увеличением давления при той же толщине.

показывает сравнение смоделированных результатов с точки зрения максимального прогиба и максимального напряжения при каждом давлении между плоскими, квадратными и круглыми канавками с увеличением давления при той же толщине

Сравнение максимального прогиба / напряжения против давления у плоских, с квадратными и круглыми канавками типов с w = 1,05 мм: ( а ) максимальное отклонение; ( б ) максимальное напряжение.

Для t = 0,2 мм плоский тип имеет выходное давление около 3,55 МПа, что намного ниже, чем у типа с круглыми канавками при 13,75 МПа или у квадратно-канавочного типа при 5,87 МПа. Для t = 0,3 мм плоский тип имеет выходное давление около 8,15 МПа, что намного ниже, чем у типа с круглыми канавками при 20,88 МПа или у типа с квадратными канавками при 12,87 МПа. показывает численные аналитические результаты того, как напряжение распределяется на диафрагме с круглыми канавками и как напряжение текучести возникает в точках 1, 2, 3 и 4 на обеих поверхностях круглой канавки с t = 0,2 мм при 12,5 МПа.

Результаты анализа при t = 0,2 мм, w = 1,05 мм, P = 12,5 МПа: ( а ) распределение напряжений; ( б ) баллов доходности.

Тип с круглой канавкой имеет более широкий диапазон давления, линейно измеряемый до податливости, чем у типа с квадратной канавкой и плоского типа. Таким образом, только тип с круглыми канавками рассматривается для дальнейшего исследования влияния параметров конструкции.

суммирует 16 аналитических случаев с двумя проектными параметрами, правильно подобранными для круглозубой диафрагмы, и их числовые аналитические результаты максимального давления и прогиба. Кроме того, чувствительность рассчитывается как максимальное отклонение / максимальное давление.

Таблица 1

16 случаев правильно выбранных проектных параметров с аналитическими результатами максимального давления, максимального отклонения и чувствительности.

Толщина (мм) Ширина (мм) Макс. Давление (МПа) Макс. Прогиб (мкм) Чувствительность (мкм / МПа) Случай 1 0,20 1,05 13,75 6,65 0,48 Случай 2 0,20 1,30 9,68 7,15 0,74 Случай 3 0,20 1,55 7,38 8,38 1,14 Случай 4 0,20 1,80 6,38 10,74 1,68 Случай 5 0,25 1,05 16,88 7,14 0,42 Случай 6 0,25 1,30 12,88 7,49 0,58 Дело 7 0,25 1,55 10,25 8,41 0,8 Дело 8 0,25 1,80 8,88 10,11 1,14 Дело 9 0,30 1,05 20,88 8,03 0,38 Дело 10 0,30 1,30 16,38 8,06 0,49 Дело 11 0,30 1,55 12,88 8,35 0,65 Дело 12 0,30 1,80 11,88 10,13 0,8 Дело 13 0,35 1,05 25,00 9,05 0,36 Дело 14 0,35 1,30 18,88 8,29 0,44 Дело 15 0,35 1,55 15,88 8,69 0,55 Дело 16 0,35 1,80 14,38 9,90 0,69

показывает максимальное давление и прогиб при различной толщине и ширине. а указывает, что с увеличением толщины круглой канавки и уменьшением ширины максимальное давление до текучести становится больше. Скорость изменения, затронутая обоими параметрами, практически одинакова. b показывает, что ширина круглой канавки влияет на прогиб значительно больше, чем толщина круглой канавки, но не демонстрирует устойчивой тенденции при увеличении толщины. Поэтому было бы лучше использовать рассчитанную чувствительность в качестве индикатора, чтобы сравнить, насколько чувствительна диафрагма к давлению. Более тонкий и широкий более чувствителен к изменению давления. Большая ширина увеличивает чувствительность намного больше, чем толщина, но слишком сильно снижает измеряемое максимальное давление, как показано на рис.

Большая ширина увеличивает чувствительность намного больше, чем толщина, но слишком сильно снижает измеряемое максимальное давление, как показано на рис

Максимальное давление ( а ) и максимальное отклонение ( б ) с расчетными параметрами типа круглой канавки.

На основании требований к измерению давления и чувствительности могут быть выбраны параметры конструкции диафрагмы. В этом исследовании для исследования его характеристик на протяжении всего эксперимента была выбрана диафрагма с круглыми канавками с канавкой толщиной 0,2 мм и шириной 1,05 мм.

Какая форма диафрагмы необходима для удовлетворения таких ограниченных требований?