2.3 Гофрированные мембраны

В отличие от плоских гофрированные мембраны имеют волнообразный профиль, под которым понимают образующую срединной поверхности.

Их основными достоинствами является:

– работают при значительно больших прогибах;

– в зависимости от формы профиля упругая характеристика может быть линейной, затухающей или возрастающей по давлению.

Рис. 2.3 Элементы гофрированной мембраны

На рис. 2.3 показаны часто встречающиеся формы профилей 2 гофрированных мембран: трапецеидальная, пильчатая и синусоидальная. К центральной плоской части мембраны прикрепляют жесткий центр 1, штифт которого служит для передачи перемещения. Плоский 4 или цилиндрический 5 буртик, служат для закрепления мембраны.

У мембраны с мелкой гофрировкой растяжение гофров, следовательно, и нелинейность упругой характеристики проявляются при меньших прогибах, чем у мембраны с глубокой гофрировкой.

Одиночные мембраны, закрепленные по буртику в корпусе (рис. 2.4 а, б), применяют сравнительно редко. Широкое распространение получила конструкция, в которой две одинаковые мембраны соединены по буртику в мембранную коробку. Мембранная коробка обладает следующими достоинствами:

– вдвое больший ход;

– установка в прибор значительно проще (жесткий центр и штуцер предназначенный для крепления в корпусе и подвода измеряемого давления).

Рис. 2.4 Конструкции мембран

Мембраны соединяют в коробку пайкой или сваркой по буртику (рис. 2.4 в, г, д, е). Так как при этом обе мембраны находятся в одинаковых условиях, пайка (или сварка) не вызывает заметных температурных напряжений, как это имеет место при сварке одиночной мембраны с основанием.

Для увеличения прочности соединения мембран их иногда сваривают друг с другом по грибковой схеме (рис. 15, г). При необходимости иметь минимальный объем внутренней полости, применяют складывающиеся мембранные коробки (рис. 2.4 д). Для увеличения перемещения несколько коробок соединяют в блок (рис. 15,е).

Если мембранный чувствительный элемент при работе может испытывать перегрузку давлением Р₁ или P₂ (дифманометр), то для защиты от перегрузок применяют блок двух мембранных коробок, заполненный жидкостью. Недостаток таких систем чувствительность к колебаниям температуры вследствие расширения рабочей жидкости.

Для изготовления мембран используют тонколистовой материал, из которого вырубают кружки — заготовки для мембран. Рифление мембран (нанесение гофрировки) производят механическим способом между жесткими пуансоном и матрицей. Для обеспечения лучших условий вытяжки материала пуансон и матрицу конструируют так, чтобы соприкосновение их с мембраной осуществлялось не по всей поверхности, а только по контактным площадкам.

Высокие упругие свойства имеют мембраны из бериллиевой и никельтитановой бронзы, а также из бронзы с добавлением магния.

Для мембран, соприкасающихся с различными агрессивными средами, широко используют дисперсионно-твердеющие сплавы 36НХТЮ, 36НХТЮ5М, 36НХТЮ8М, которые обладают хорошей коррозионной стойкостью и имеют достаточно высокие упругие свойства. Мембраны из этих сплавов могут работать соответственно при температурах от 250 до 400°С.