浅谈仪表弹性元件的特性与应用

袁博

（西仪股份有限公司，西安710082）

1 弹性元件的分类

①力弹簧。力弹簧受力变形，贮存机械能；恢复弹性变形时，释放机械能，驱使机构运动，如发条、各种复位弹簧等[1]。

②测量弹簧。测量弹簧是测量仪表中的敏感元件，常用于测量流体压力、集中力、力矩、振东和其他物理量，如仪表的游丝，将力矩转换成指针的转角。这类弹性元件是仪表的关键零件，其性能直接影响仪表的工作质量，因此，从设计、制造到安装、调试、使用都有较高的要求。

③弹性联系弹簧。弹性联系弹簧可将需要联接的构件联接成整体，例如减震器的弹簧、弹性支承和导轨的弹簧、弹性联轴器的弹簧等[2]。

2 弹性元件的特点

①弹性元件受力与弹性变形之间有确定的规律，而与弹性元件的空间位置无关；

②弹性元件能贮存机械能；

③弹性元件占据空间尺寸小。

3 弹性误差

实践证明：即使尺寸和形状制造很准确的弹性元件，工作时其实际特性曲线与理论特性曲线也不完全一致。主要原因是存在弹性误差，弹性误差的影响对于一般用途的弹性元件不用考虑，而对于测量弹性元件，弹性误差直接影响仪表的精度，因而是衡量测量弹性元件的重要的质量指标[3]。

产生弹性误差的主要因素是：材料的弹性滞后、材料的弹性后效、温度对材料弹性的影响及材料的微观结构缺陷等。以下对材料的弹性滞后和弹性后效作出论述。

3.1 材料的弹性滞后

弹性元件加载特性曲线和减载特性曲线不一致的现象，称为弹性滞后。两特性曲线围成的封闭曲线称为弹性滞后回线，如图1所示。

图1

弹性滞后现象说明，外力对弹性元件做的功，在它恢复原状时，并未全部释放出来，有一小部分被材料的内摩擦消耗了。

3.2 材料的弹性后效

弹性元件的变形落后于作用力的现象，称为弹性后效。如图2所示，弹性元件受力P 作用，不能立即产生相应的变形量BD，而是先产生变形量AD，经过一定时间，继续产生变形量AB。减载时也存在同样现象，AB、OC 代表弹性后效误差。

图2

弹性后效现象说明，材料受力后产生相应的弹性变形需要一定的时间。对不同的弹性元件，可从几分钟到几十小时，弹性后效降低了弹性元件的动态性能。

弹性滞后和弹性后效是弹性材料的固有特性，它降低了弹性元件的质量，是精密弹性元件所不希望的。

4 工作中使用的弹性元件——游丝

游丝的结构：游丝通常是用金属薄带制成的具有阿基米德螺线形状的弹性元件，如图3所示。

图3

游丝是仪表中常见的测量元件，对游丝有很高的要求：有良好的线性特性，有稳定的弹性，残余变形量要小。游丝的残余变形量与应力有关，应控制游丝中的应力不过大。为满足上述要求，应合理选择游丝及安全系数，制定合理的制作工艺。

游丝的工作原理：游丝工作时，通常是内端固定在转动轴上，外端固定在基体上。游丝内端置于套环端面的槽中，然后冲铆，使槽闭合夹紧游丝，如图4、图5、图6所示。使用游丝作测量元件的仪表，为了保证仪表在测量前指针位于零位，要求游丝相对标尺的位置是可调节的。

5 结语

在日常工作和生活中，我们会遇到很多类似的弹性元件，本文仅就弹性元件的特性和个别应用的实例简单作以介绍。

图4

图5

图6