Перетворювачі механічних зусиль

Як пружні перетворювачі порівняно великих сил (понад 10 кН) широко застосовуються суцільні стержні. Порожнисті стержні дають змогу підвищити чутливість перетворювачів, однак межі їх перетво­рення не нижчі, ніж 0,5 кН. Загальним недоліком стержневих пружних елементів є надзвичайно малі вихідні переміщення, тому вони викорис­товуються лише з тензорезистивними вторинними перетворювачами. Іншим їх недоліком є неідентичність їх перетворювальних характерис­тик під час роботи на стиск та на розтяг.

Певні переваги перед стержневими мають кільцеві пружні елемен­ти. Вони мають порівняно великі вихідні переміщення, що дає змогу використовувати їх в ємнісних та індуктивних давачах. Кільцеві пружні елементи є чутливішими і можуть застосовуватись для перетворень сил у межах від декількох десятків ньютон до одиниць кілоньютон.

Найчутливішими до дії сил є балкові пружні елементи. Вони технологічні, деформації стиску та розтягу в них повністю ідентичні. Розподіл напружень по довжині балки рівномірного поперечного пере­тину є нерівномірним. Для отримання рівномірного розподілу напру­жень застосовують так звану балку рівномірного опору згину.

Найпоширенішим пружним перетворювачем тиску є штивна мем­брана. Вона може використовуватись як перетворювач тиску в дефор­мацію або як перетворювач тиску в переміщення. Вибираючи мембрани і кільцеві пружні елементи як первинні перетворювачі тензорезистив­них давачів, необхідно враховувати наявність зон деформації стиску та зон деформації розтягу.

Як пружні перетворювачі тиску використовують також циліндрич­ні оболонки, трубки Бурдона.

Матеріали, які застосовуються для виготовлення механічних пружних елементів, повинні відповідати певним вимогам. Оскільки пружні елементи є складовою частиною вимірювальних перетворю­вачів, а їх характеристики безпосередньо впливають на метрологічні характеристики перетворювача, основні параметри матеріалів пружних елементів повинні мати високу стабільність у широких межах зміни чинників, що впливають. Для всіх сплавів модуль пружності значно залежить від температури. Загалом ця залежність нелінійна. Практично лінійну залежність модуля пружності від температури мають сталь 36НХТЮ та бронза БрБ2.

Останнім часом для виготовлення механічних пружних елементів почали застосовувати неметалеві матеріали, зокрема кварцове скло. Той факт, що кварцове скло добре піддається механічному, ультразвуко­вому, електронно-променевому обробленню, робить його дуже перспек­тивним для створення різноманітних перетворювальних елементів давачів неелектричних величин.