Способ изготовления мембранного упругого элемента датчика давления

(51)5 (э 01 1.7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Б Т ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Осипович А,А. Датчики физических величин, М. 1979, с. 37-39.Преобразователь давления ПДМ-НЗИ, ТО и инструкция по эксплуатации АШЖ 3.036,002 ТО, Новочеркасск, ОКТБ "Старт", 1987.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕМБРАННОГО УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении тензорезисторных, индуктивных, емкостных и других датчиков давления и силы, широко используемых в различных отраслях промышленности,зготовления МУЭ, в м мембрана вырубариала, а затем задев корпус датчика с ивания или сварки вич Л.А. Датчики фи: Машиностроение,спосо.б ис которьвого матеконтуруйки, склер, Осиполичин, М9) 1) соотве ется и лывае помощ (см., н зичес 1979,За ания оторы ения вестен тствии з листо ся по ью па априме их ве . 37 - 3 делка имеет р х явля и низки осредством пайки или склеияд недостатков, основными из ются малая надежность соедие упругие свойства мембраны.(57) Изобретение может быть использовано при изготовлении датчиков давления с мембранным упругим элементом, Цель изобретения - повышение технологичности и качества изготовления мембраны датчика. Сущность изобретения заключается в том, что до механической обработки внешней поверхности мембраны 1 на ее внутреннюю поверхность наносят слой 9 расплавленного сплава металла, температура плавления которого ниже температуры фазовых превращений в материале мембраны. Охлаждают мембрану до затвердевания сплава, а после получения номинальной толщины мембраны ее нагревают до температуры плавления сплава и удаляют с ее поверхности сплав металла. 1 ил. Более перспективным является приваривание мембраны к корпусу датчика. Этот способ соединения не может считаться "жесткой заделкой мембраны по контуру" в обычном понимании этого термина. В приваренной мембране не происходит изменения знака механических напряжений вдоль ее радиуса, Вследствие этого на мембране не могут быть размещены все четыре плеча тензомоста, что существенно усложняет компенсацию температурной погрешности датчика. Кроме того, из-за возникающих при сварке внутренних механических напряжений аналитический расчет такого МУЭ не может быть сделан по известным методикам,Наиболее близким по технической сущности кзаявляемому решению является способ изготовления, по которому мембрана 1 выполняется как одно цо но целое с жесткой его боковой цилиндрической поверхностьюбоковой стенкои упруг2 ругого элемента (см. и МУЭ должен оставаться зазор д не менеефиг,1). Упругии элемент, ), У ент соединяется с кор,3-0,5 мм. Из-за этого зазора, а также ма 3 мощью резьбы 4 зали- лой площади соприкосновения мембраны и1той эпоксидным компаундом (см. 5 упора не обеспечивается жесткое формироПреобразователь давления типа ПДМ-НЗИ, вание МУЭ и устранение его деформаций вТехническое описание и инструкция по экс- процессе обработки, Поэтому данный приплуатации. АШЖ 3.036,002 ТО, Новочер- ем при изготовлении МУЭ с толщиной мемкасск, ОКТБ "Старт", 1987) 2. На браны порядка 0,2 - 0,3 мм малоэффективен.рость мембраны такого 10 Целью изобретения является повышеМУЭ наклеиваются тензорезисторы. Изме- ние технологичности и качества изготовлеряемое давление условнР словно показано стрел- ния МУЭ путем снижения погрешностейобработке мембраны является торец 5 упруками (см. и ., ы,(см. фиг.1), Базовой поверхностью при формы мембраны,Поставленная цель достигается те м чтогого элемента, 15 в способе изготовления, включающем форТиповой способ изготовления таких мообразованиемембранысутолщеннойпеМУЭ включает: риферийной частью с припуском поформообразование МУЭ, под которым толщине мембраны и последующую механипонимаются следующие последовательные ческую обработку внешней поверхноститехнологические операции; 20 мембраны до достижения номинальной ее- черновая обработка МУЭ с припуском толщины, до механической обработки внешпо толщине мембраны, например, на токар- ней поверхности мембраны на ее внутреннюю поверхность наносят слойом станке;- термоо ра отка расплавленного сплава металла, температу - чистовая обработка, например, на то ра плавления которого ниже температуры,эрном станке внутренней поверхности фазовых превращений в материале мембраны, и охлаждают мембрану до затвердеваполучение требуемой толщины мембра- ния сплава, а после получения номинальнойны путем механической обработки ее на- толщины мембраны ее нагревают до темперужной поверхности, например, на 30 ратуры плавления сплава и удаляют с еешлифовальном станке. поверхности сплав металла,Сущность заявляемого способа заклюляет получать качественныест енные МУЭ с толщи- чается в том, что слой сплава металла, подной мембраны 0,5 ммиболее(придиаметре пирая мембрану, не дает еймембраны 11 мм).Меньшейтолщины мемб деформироваться при механической обрараны достигнуть не удается из-за того, что ботке.на заключительной технологической опера- На фиг,1 показана конструкция МУЭ; нации под давлением шлифовального круга 6 фиг.2 проиллюстрировано возникновениепроисходит упругий прогиб мембраны 1 неплоскостности наружной поверхностивнутрь (фиг,2 а). После прохода шлифоваль мембраны при традиционном способе ее изного круга мембрана выгибается обратно. готовления, на фиг.3 изображена установкаПри этом возникает неплоскостность на- МУЭ на столе шлифовального станка приружной поверхности мембраны в виде воз- использовании упора; на фиг.4 - шлифовкавышения высотой до 0,05 мм (фиг.2 б). МУЭ, на мембрану которого нанесен слойУказанное явление имеет место даже при 45 сплава металла; на фиг.5 - пример испольминимальной толщине снимаемого за один зования заявляемого способа при изготовпроход слоя металла. Погрешность формы лении упругого элемента датчика силы,наружной поверхности мембраны является Заявляемый способ изготовления МУЭпричиной существенной нелинейности ха- включает:рактеристики преобразования датчика. 50 формообразование МУЭ под которымИзвестным приемом, снижающим де- понимаются следующие последовательныеформации мембраны в процессе изготовле- технологические операции;ния, является использование упоров 7 - черновая обработка МУЭ с припуском(фиг,3). Упоры должны быть изготовлены и по толщине мембраны;смонтированы с высокой точностью: непа - термообработка МУЭ;раллельность базовой плоскости 8 поверх- - чистовая обработка внутренней поности стола шлифовального станка не верхности мембраны;должна превышать единиц мкм. Для обес- нанесение на внутреннюю поверхностьпечения плотного соприкосновения базо- мембраны слоя 9 расплавленного сплававых плоскостей мембраны и упора между металла;охлаждение МУЭ до затвердевания этого сплава;получение требуемой толщины мембраны путем механической обработки ее внешней поверхности;нагрев МУЭ, расплавление сплава металла и удаление его с поверхности мембраны.Рассмотрим заявляемый способ изготовления МУЭ, изображенного на фиг.1. Во время черновой обработки высота МУЭ выполняется больше номинального размера Н на величину припуска,Далее проводится термообработка, обеспечивающая заданные механические характеристики и структуру материала МУЭ. Термообработка не является обязательной и для ряда материалов не требуется.Формообразование завершается чистовой обработкой, во время которой с внутренней поверхности мембраны и торца МУЭ срезается слой металла толщиной порядка 0,1 мм, что позволяет снять окалину и устранить коробление. Благодаря припуску обеспечивается высокая жесткость мембраны при чистовой обработке ее внутренней поверхности. Тем самым достигается пренебрежимо малый прогиб мембраны под давлением резца и высокая плоскостность ее внутренней поверхности.Толщина слоя 9 сплава металла, наносимого на внутреннюю поверхность мембраны, должна гарантировать отсутствие ее прогиба при выполнении операции 4, При малых размерах внутренней полости МУЭ целесообразно заполнять ее сплавом металла полностью,Сплав металла должен обладать следующими свойствами:температурой плавления более низкой, чем температура, при которой происходят фазовые превращения в материале мембраны, что обеспечивает неизменность структуры и свойств последней;низкой усадкой при затвердевании; высокой теплопроводностью, обеспечивающей эффективный отвод тепла при шлифовке внешней поверхности мембраны;отсутствием адгезии к материалу МУЭ, что гарантирует после выплавления сплава чистую внутреннюю поверхность мембраны.Наиболее полно удовлетворяют поставленным требованиям сплавы металлов, обладающие низкой температурой плавления, например припои марки ПОС, сплав Розе и т,п, Авторы использовали для заливки сплав Розе (температура плавления равна 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 97,3 С). Упругие элементы изготавливались из нержавеющего прецизионного сплава 44 НХТЮ, обладающего постоянством уп ругих свойств в широком диапазоне температурПри выполнении операции 4 слой 9 сплава металла предотвращает деформацию мембраны 1 даже при очень малой ее толщине (фиг.4).Для выплавления сплава металла (операция 5) МУЭ устанавливаются в перевернутом состоянии на специальной подставке с термошкаф. Сплав расплавляется, стекает в расположенный внизу сосуд и пригоден для повторного использования.Заявляемый способ изготовления может быть использован при изготовлении упругих элементов с различной формой рабочей части (в виде цилиндрической оболочки, плоской пружины и т,п,), используемых как в датчиках давления, так и в датчиках силы.В качестве примера на фиг,5 показана обработка упругого элемента датчика силы, рабочие части которого выполнены в виде двух тонких балок 10, на которые в дальнейшем наклеиваются тензорезисторы. Слой 9 сплава металла заполняет всю внутреннюю полость упругого элемента,Применение заявляемого способа изготовления позволило освоить серийный выпуск тензорезисторных преобразователей на номинальные давления 16,25 и 40 кгс/см с толщинами мембраны соответственно 0,31; 0,37 и 0,48 мм, Ранее с использованием традиционной технологии был возможен выпуск датчиков на номинальные давления не ниже 60 кгс/см.Формула изобретения Способ изготовления мембранного упругого элемента датчика давления, включающий формообразование мембраны с утолщенной периферийно частью с припуском по толщине мембраны и последующую механическую обработку внешней поверхности мембраны до достижения номинальной ее толщины, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности и качества изготовления, до механической обработки внешней поверхности мембраны на ее внутреннюю поверхность наносят слой расплавленного сплава металла, температура плавления которого ниже температуры фазовых превращений в материале мембраны, и охлаждают мембрану до затвердевания сплава, а после получения номинальной толщины мембраны ее нагревают до температуры плавления сплава и удаляют с ее поверхности сплав металла.