[科普中國]-波登管

波登管利用管的彎曲變化或扭轉(zhuǎn)變形測量壓力的彈性敏感元件，又稱彈簧管。波登管的一端固定，一端活動，其截面形狀為橢圓形或扁平形。非圓形截面的管子在其內(nèi)壓力的作用下逐漸脹成圓形，此時活動端產(chǎn)生與壓力大小成一定關(guān)系的位移?；顒佣藥又羔樇纯芍甘緣毫Φ拇笮?。最常用的波登管為C型，此外還有螺旋型、C型組合、麻花型等類型（見圖）。波登管的材料采用銅基或鐵基合金。它與其他壓力敏感元件相比靈敏度小些，常用于測量較大的壓力，往往與其他彈性元件組合使用。1852年E.波登取得波登管的專利權(quán)。至今波登管仍在許多儀器中廣泛應(yīng)用，特別是用于壓力和力的測量方面。

簡介1849年獲得?？牟ǖ枪茉诖蠖鄶?shù)壓力和溫度儀表中作為驅(qū)動元件。這種管子，橫截面呈橢圓，被彎成“C”形、盤旋形或螺旋形，其一端密封，另一端連接到壓力源，一般是一根細(xì)管。壓力流（氣體或液體）作用于管壁，使其橫截面變圓，同時使彎曲的管子稍微伸直。，管端微小的位移經(jīng)機(jī)械的或電的裝置傳動，將被測溫度和壓力表示出來。波登元件的設(shè)計要依據(jù)預(yù)定的函數(shù)。絕大多數(shù)波登管是使指針在表盤上移動；有些管被連到報警系統(tǒng)，當(dāng)其頂端位移到一個指定點時即接通一個開關(guān)。還有一些波登管具有更多的作用，如推動記錄機(jī)構(gòu)（例如用于壓力和溫度記錄儀）或用于控制開關(guān)或閥門1。

波登管使用波登管是壓力表的測量元件形式，可以裝在三通上，不過在引壓管和壓力表之間還要有個截止閥。

截止閥的作用就是方便維修。壓力顯控器應(yīng)該是帶變送的，把壓力信號變?yōu)殡娦盘杺魉统鋈ィ芤詳?shù)字形式顯示壓力的大小，至于“控”字沒聽說過，一般控制要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的。帶電接點的壓力表就是在壓力表的某個值上設(shè)置一個接點，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時接通電接點，有一個開關(guān)量輸出，可以控制某個設(shè)備，比如開關(guān)、報警器等。

波登管的工作原理波登管的彈性形變，經(jīng)由表內(nèi)機(jī)芯的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將波登管的彈性形變轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，引起指針偏轉(zhuǎn)來顯示壓力。

波登管的端部位移可用位移測量器直接顯示出來，例如端部帶動電位計的指示器、差動變壓器的活動鐵芯等均可直接顯示位移。人們通過選擇材料能夠改進(jìn)波登管傳感器和調(diào)節(jié)器的性能，但對于波登管的尺寸設(shè)計，從前只能憑經(jīng)驗做近似給定。橢圓截面或扁平圓截面的波登管承受壓力p時發(fā)生變形，使管子橫截面的長短半徑之比a/b減小，波登管曲率半徑增大，于是管的自由端產(chǎn)生位移。

金屬波登管質(zhì)量狀態(tài)由于壓力變化引起的持續(xù)運動能造成疲勞性故障。管表面微小的缺陷會擴(kuò)大和加深，以致最后造成管子失效。非金屬雜質(zhì)、表面?zhèn)?、滲炭或脫炭、粗糙的或被腐蝕的表面，缺陷的痕跡和壁厚的不均，這一切都會引起故障。對管料毛坯的質(zhì)量、工藝過程以及對各種用途聽需的規(guī)格應(yīng)予以特別的注意。但是其中某些基本的要求是所有的儀表使用者共同的要求。用作毛還的鋼材應(yīng)該通過一種能嚴(yán)格控制不純度的熔煉爐來生產(chǎn)。要防止表面脫炭，特別是對于壁薄的管子，因為表面脫炭會降低抗疲勞性?？蛊谛宰罱芯堪l(fā)現(xiàn)用在真空中熔煉的材料來制造波登管，抗疲勞性有所改進(jìn)。在真空中作過二次熔煉的鎳—斯班“C”902管和在空氣中冶煉的鎳一斯班管相比，前者在抗疲勞損壞方面比后者耐久得多（抗損周期延長12%至59%）。在真空中熔煉的材料所含氧化物雜質(zhì)約為空氣中熔煉的同種合金的一半1。

理想的波登材料應(yīng)是制造容易、焊接方便、長期穩(wěn)定；能抗腐蝕，并且不受溫度變化的影響。它還必須做到加工出來的管子件件一樣。這樣的理想材料是不存在的，因此只能從其加工容易和性能兩方面進(jìn)行選擇。根據(jù)變硬的方法來選擇金屬波登元件必須具有彈性，不論這特性是從冷作硬化還是熱處理中得到的。所用的合金，按其對要求的性能和淬火程度所作的必要處理來分，可歸納為三類：冷作硬化，沉淀硬化和熱處理（淬火和回火）1。

波登管加工加工波登帶時只能從三個尺寸（OD、ID、壁厚）中選定兩個。管料成形時，最好注明短軸OD，對長軸不要求公差。為了達(dá)到預(yù)想的壓力偏轉(zhuǎn)梯度，對每吸管子的重量提出公差。在控制壓力偏轉(zhuǎn)梯度時短軸的尺寸比長軸更重要。若長軸的公差不很嚴(yán)，短軸就可以限制在很嚴(yán)的公差內(nèi)。實際上，在扁平或橢圓的波登管中短軸上的一般變化僅為長軸上的1/3。長軸圓弧半徑的公差不必注明，因為這是無法控制的，而且對管子固有特性并不重要。注意，短軸OD的公差相對于管子體積增大幾乎保持不變，而長軸ID的公差則顯著增加1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)