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弹性元件有哪些？

2021.2.09

目前，用作压力测量的弹性元件主要有弹性膜片、波纹管和弹簧管。

1．弹性膜片

弹性膜片是一种沿外缘固定的片状形测压弹性元件，厚度一般在0.05～0.3㎜。按其剖面形状分为平薄膜和波纹膜，如图所示。波纹膜片是一种压有环状同心波纹的圆形薄膜，有时也将两块弹性膜片沿周边对焊起来，形成一薄膜盒子，称之为膜盒，其内部抽成真空，并且密封起来。

弹性膜片的特性一般用中心的位移和被测压力的关系来表征。当膜片的位移较小时，它们之间有良好的线性关系。此外，波纹膜的波纹数目、形状、尺寸和分布情况既与压力测量范围有关，也与线性度有关；当膜盒外压力发生变化时，膜盒中心将产生位移，这种真空膜盒常用来测量大气的压力。

弹性膜片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示。但是，由于弹性膜片的位移较小，灵敏度低，指示精度也不高。更多的是弹性膜片和其他转换元件合起来把压力转换成电信号，如电容式压力传感器、光纤式压力传感器、力矩平衡式传感器等。

2．波纹管

波纹管是一种具有等间距同轴环状波纹，能沿轴向伸缩的测压弹性元件。当波纹管受轴向的被测压力P_x时，产生的位移为：

其中，K—系数，与泊松系数、弹性模数、非波纹部分的壁厚、完全工作的波纹数、波纹平面部分的倾斜角、波纹管的内径以及波纹管的材料有关；A—波纹管承受压力的有效面积。

波纹管受压力作用产生位移，由其顶端安装的传动机构直接带动指针读数。相对于弹性膜片而言，波纹管的位移较大，灵敏度高，尤其是在低压区，因此常用于测量较低的压力。但是波纹管存在较大的迟滞误差，指示精度一般只能达到1.5级。

3．弹簧管

弹簧管（又称波登管）是用一根横截面呈椭圆形或扁圆形的非圆形管子弯成圆弧形状而制成的，其中心角常为270°。弹簧管的一端开口，作为固定端，固定在仪表的基座上。另一端封闭，作为自由端。当由固定端通入被测介质时，被测介质充满弹簧管的整个内腔，弹簧管因承受内压，其截面形状趋于变圆并伴有伸直的趋势，封闭的自由端产生位移，其中心角改变，该位移的大小与被测介质压力成比例。

自由端的位移可以通过传动机构带动指针转动，直接指示被测压力，也可以配合适当的转换元件，比如霍尔元件和电感线圈中的衔铁把弹簧管自由端的位移变换成电信号（霍尔电势、线圈的电感量的变化）输出。

单圈弹簧管受压力作用后，中心角变化量一般较小，灵敏度较低。在实际测量时，可采用多圈弹簧管以提高测量的灵敏度。

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