浅谈仪表弹性元件的特性与应用

袁博

【摘 要】论文主要讲述了弹性原件的分类、特性、构造、原理、适用场合等，对弹性原件的工作原理以及在仪表装配、调校过程中的弹性运动作出分析。其中，对材料的弹性滞后、弹性后效以及温度对材料弹性的影响作出了解释和说明。

【Abstract】This paper mainly describes the classification， characteristics， structure， principle and applicable occasions of elastic components， and analyzes the working principle of elastic components and the elastic movement in the process of instrument assembly and adjustment. The elastic hysteresis， elastic aftereffect and the effect of temperature on the elasticity of materials are explained.

【关键词】压力仪表;选型;故障处理

【Keywords】 pressure instrument; selection; fault treatment

【中图分类号】TH812                                          【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）08-0178-02

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。

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內摩擦消耗了。

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。

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。

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。

【参考文献】

【1】阿吉姑丽·依明.浅谈压力仪表的检定与维护[J].科技风，2017（01）：113.

【2】戴孝华.压力表计量基础知识讲座 第十一讲 弹性元件式一般压力表的检定（下）[J].上海计量测试，2015，42（01）：43-46.

【3】彭少华，吕彩虹.对《压力表示值误差测量结果的不确定度评定》一文的不同理解[J].中国计量，2015（08）：86-87.