聂绍忠

(重庆四联测控技术有限公司，重庆 401121)

0 引言

膜片是差压传感器的核心弹性元件，不仅起保护作用，而且其性能对差压传感器的特性影响较大。弹性元件在压力作用下的弹性滞后、弹性后效以及蠕变等非弹性效应会影响传感器的测量误差、长期零点漂移误差等特性。通过选择高弹性的材料、匹配的膜片参数以及型面参数，保证传感器的综合性能。本文选择量程为0～100 kPa、正负侧保护压力为300 kPa的差压传感器设计膜片。

1 波纹膜片材料的选择

用于传感器的弹性元件要求其工作特性必须恒定，因此应该选用具有高弹性极限的金属材料。材料的弹性极限越高，材料的弹性储能就越大，非弹性效应就越小。材料弹性储能公式如式(1)所示：

(1)

式中：σp为材料弹性极限；E为材料弹性模量。

目前，国内常用的高弹性合金材料有17-4PH(630)、铍青铜、Ni42CrTiAl(3J53)、3J58，它们具有弹性高、滞后蠕变小、耐腐蚀性能好等特性，它们的机械力学性能如表1[1]所示。

将17-4PH(630)材料的机械力学性能参数代入弹性储能公式，可得：

(2)

将铍青铜材料的机械力学性能参数代入弹性储能公式，可得：

(3)

表1 机械力学性能

将 3J53材料的机械力学性能参数代入弹性储能公式，可得：

(4)

将 3J58材料的机械力学性能参数代入弹性储能公式，可得：

(5)

根据以上计算可得，17-4PH(630)具有更高的弹性储能性能、较小的滞后蠕变趋势，材料的延展性为7%，易于成型加工，且具有较高的抗腐蚀和氧化性。因此，本文选择17-4PH(630)作为膜片的材料。

2 膜片各参数的确定

膜片的尺寸参数很多，不能像计算力学问题那样，完全由力学方程直接得出。……