对压力传感器膜的实验分析,用于中压开关器件中真空弧度灭火室

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 传感器技术 传感器技术

背景情况:

• 制造商声明的膜参数往往与实证和模拟结果有所不同.
• 在真空灭火室中,精确的压力传感需要在线性弹性范围内运行的膜.
• 现有的膜设计可能无法满足在宽压差处精确测压的严格要求.

研究的目的:

• 为了将实证和模拟数据与平面膜制造商规格进行比较.
• 设计和分析中压设备中压力传感器的最佳平面膜.
• 为了在广泛的压力范围内 (7 × 10-4 Pa 到 1.013 × 10-5 Pa) 实现精确的压力监测,而不会发生不弹性变形.

主要方法:

• 使用COMSOL多物理学的数值和有限元素方法 (FEM) 模拟.
• 分析计算平面膜的中心屈曲.
• 使用布拉格纤维布拉格格 (FBG) 传感器和环氧粘合剂进行实验验证.
• 设计优化考虑了膜材料 (316L不钢),尺寸和粘合剂粘合.

主要成果:

• 对于优化膜,FEM模拟证实了在线性弹性范围内运行的压力低于屈服强度 (1.96 × 10 ^{8 Pa) 的应力.}
• 分析和模拟结果显示,随着直径的增加,偏斜率增加了五倍,导致高计量灵敏度 (9.1 × 10-10 m/Pa).
• 实验研究显示,由于粘合问题和缺乏同轴性,与目录数据有显著的偏差;波纹膜超过了可塑性.

结论:

• 优化的光滑膜设计与圆形的粘接边缘使得精确的压力监测在10-1Pa以下.
• 组装和小型化的技术限制影响了膜的性能.
• 精确的压力传感需要仔细考虑材料特性,设计和组装过程,超出制造商规格.