大量程壓力變送器受壓部位的整體結(jié)構(gòu)與受力分析

摘要:從大量程壓力變送器工作原理入手，時其機械部總組件進行整體結(jié)構(gòu)的受力分析，通過構(gòu)造力學模型、確定受壓薄弱部位滿足的強度條件，轉(zhuǎn)換成包含壁厚、熔深等物理量的數(shù)學關(guān)系式，計算出具體尺寸數(shù)值，為強度設計提供可靠依據(jù)。此設計方法對其它高壓壓力容器、管道的強度設計具有一定的借鑒和指導意義。

1、引言

    壓力變送器是工業(yè)實踐中常用的一種壓力儀表，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。FKP#05是一種大量程(測量范圍0-r50MPa)、螺紋連接安裝型壓力變送器，能測量流體的壓力，并把它轉(zhuǎn)換成DC4- 2OmA的輸出信號。該變送器采用了由微加工技術(shù)制成的硅微電容傳感器和微處理器，具有優(yōu)異的特性和功能，小巧、輕便，環(huán)境適應性優(yōu)良。FKP#05壓力變送器工作原理如圖1所示，在檢測部內(nèi)，輸入壓力被轉(zhuǎn)化為靜電電容，在傳輸部對與壓力成正比的檢測信號進行放大運算，發(fā)送輸出DC4-2OmA的電流信號。

2、整體結(jié)構(gòu)和受力分析

    FKP#05型壓力變送器的機械部總組件結(jié)構(gòu)如圖2所示。壓力變送器與現(xiàn)場壓力管道通過連接管采用NPT1/2圓錐管螺紋密封連接，正常工作時被測流體充滿連接管，管內(nèi)部壓力為流體工作壓力，流體壓力通過密封膜片一和變送器內(nèi)部填充介質(zhì)進行傳遞，大氣壓力通過密封膜片二和變送器內(nèi)部填充介質(zhì)進行傳遞，因此壓力傳感器高壓側(cè)和連接管內(nèi)部承受的壓力為流體工作壓力，壓力傳感器低壓側(cè)承受的壓力為大氣壓力。

通過上述分析可以看出:壓力變送器正常工作時，其機械部總組件的連接管壁和焊縫是受壓部位中薄弱的環(huán)節(jié)。如果管壁設計較薄、焊縫熔深太淺，將使管壁、焊縫破裂導致被測流體或填充介質(zhì)泄露。由于低壓側(cè)大氣壓力1.01X105Pa，約為高壓側(cè)工作壓力50M Pa的11500，受壓非常小，不再計算低壓側(cè)部位的強度。以下針對壓力傳感器高壓側(cè)和連接管內(nèi)部承受壓力進行強度設計，重點對連接管壁厚以及焊縫W- I、焊縫W-II、焊縫W-III的熔深進行計算。

5、結(jié)束語

    一般情況下，F(xiàn)KP#05壓力變送器內(nèi)部填充介質(zhì)和被測液體無強腐蝕性，所處溫度變化范圍較小(范圍在一150C-85"C)，因此本文強度設計計算中忽略腐蝕裕量、溫度影響等因素。上述強度設計計算僅僅是基礎的設計計算，是產(chǎn)品設計的步.在實際產(chǎn)品設計中，首先按照理論設計值(考慮腐蝕裕量、應力集中、溫度變換等多個因素后的尺寸值)確定具體尺寸值，進行產(chǎn)品樣機試制，通過壓力試驗、型式試驗和性能評價試驗等手段進行驗證、評價。然后通過驗證、評價結(jié)果對尺寸值進行必要調(diào)整，包括尺寸放大和縮小.后按照調(diào)整后的尺寸安排產(chǎn)品小批量試制、試驗和工業(yè)化考核，驗證合格后的尺寸就是設計的終尺寸。這樣設計計算，既避免了材料的浪費，可實現(xiàn)產(chǎn)品設計的小型化，又使產(chǎn)品的安全可靠性得到了保證。本文所運用的力學建模和設計方法對其它高壓壓力容器、管道的強度設計計算具有一定的借鑒和指導意義。