Способ изготовления струнного датчика

СО)03 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 91 А 1 1) 17 9) Е. 11 00 ЗОБРЕТЕНИЯ ИСАН ВТОРС ВИДЕТЕЛЬСТВУ 2(71) Научно-исследовательский институт физических измерений(56) Осадчий Е,П, Проектирование датчиков для измерения механических величин. - М.: Машиностроение, 1979. с, 320,Авторское свидетельство С(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИ РУННОГО ДАТЧИКА(57) Использование: изобретенк измерительной технике, в часчикам, предназначенным дляния в различных областях наусвязанных с измерением давли других механических величибретения является повышениности. Сущность иэобретени ССР 89.Я СТ ие относится тности к дат- использоваки и техники,ения, усилий н, Целью изое технологичя: в способе1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР изготовления струнного датчика, заключающемся в формировании упругого элемента 1 с выступами 2, вплавлении в них изоляционного материала 3, нагревании струны 4 пропусканием через нее электрического тока, внедрении струны в изоляционный материал и прекращении ее нагрева, располагают упругий элемент 1 со струной 4 над поверхностью инертного сжиженного газа в зоне его интенсивного испарения, нагревают струну до температуры не менее максимальной рабочей температуры, но не превышающей температуры, после которой следует размягчение изоляционного материала, перемещают упругий элемент со струной в направлении сжиженного газа до момента соприкосновения струны с поверхностью сжиженного газа, прекращают нагрев струнь 1, погружают упругий элемент со струной в сжиженный газ, а затем извлекают его из сжиженного газа. 2 ил,Предполагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления. усилий и других механических величин,Известен способ изготовления струнного датчика, заключающийся в формировании упругого элемента с выступами, выполнении в них отверстий, расположении в отвЮрстияхвт 1 ЬОк, эЛектфической изоляции концов струны и жестком закреплении струны во втулках при помощи винтов.Недостатком известного способа изготовления струнного датчика является невысокая технологичность, которая проявляется в необходимости множества ручных операций, характер которых делает их автоматизацию экономически нерентабельной. Кроме того, закрепление струны при помощи винтов существенно ухудшает надежность и стабильность натяжения струны вследствие принципиальной ненадежности винтового закрепления. Особенно существенно проявляется ненадежность винтового закрепления при длительном времени эксплуатации, Иенедеаность натяжения струны является основой ненадежности датчика в целом, т.к. нетящеиие струны определяет вваиейвие характеристики струнного датчике,Известен способ изготовления струнного датчика, Заключео 4 цийся в Форффирова нии упругого эвемента с выступами, вплавлении в них изоляционного материала, нагревании струны пропусканием через нее электрического тока, внедрении струны в изоляционный материал и прекращение ее нагрева.Недостатком известного способа изготовления струнного датчика является недостаточная технологичность, связанная с трудностью выявления и отбраковки узлов с пониженной надежностью непосредственно после внедрения струны. 8 известном способе изготовления качество присоединения струны к упругому элементу возможно определить только после сравнительно длительных испытаний на сохраняемость упругого элемента со струной или датчика в целом, В противном случае остаточные температурные напряжения сная изолятор- струна, которые могут иметь довольно значительные величины у отдельных экземпляров узлов, изготовленных по известному способу приводят к существенной нестабильности аддитивной и мультипликативной чувствительностей датчика в процессе эксплуатации. Кроме того, недостатком известного способа изготовления струнного датчика является недостаточная надеж.- ность, также связанная с наличием неравномерности остаточных термическихнапряжений в изоляторе у некоторых экзем 5 пляров узлов, Наличие неравномерностиостаточных напряжений приводит к потенциальной ненадежности струнных датчиковдавления, изготовленных по известномуспособу, проявляющейся в нарушении ме 10 ханической целостности изолятора, особенно в области криогенных температур.Целью изобретения является повышение технологичности, надежности и стабильности за счет выявления на ранних15 стадиях изготовления потенциально иена-/дежных узлов и за счет уменьшения неравномврности термических напряженийизолятора и струны, возникающих во времяприсоединения струны.20 Укаэанная цель достигается тем, что вспособе изготовления струнного датчиказаключающемся в формировании упругогоэлемента с выступами. вплаалении в нихизоляционного материала, нагревании25 струны пропусканием через нев электрического тока, внедрении струны в изоляционный материал и прекращении ее нагрева, всоответствии с предполагаемым изобрете, нием располагают упругий элемент со струЗО ной над поверхностью инертногосжиженного газа в зоне его интенсивногоиспарения, нагревают струну до температуры не менее максимальной рабочей температуры. но не превышающей температуры,35 после которой следует размягчениеизоляционного материала, перемещают упругийэлемент со струной в направлении сжиженного газа, прекращают нагрев струны в момент соприкосновения струны с40 поверхностью сжиженного газа, погружаютупругий элемент сО струнОй В сжиженныйгаз, а затем извлекают его из сжиженногогаза,Сопоставительный анализ с прототи 45 пом показывает, что заявляемый способ изготовления отличается тем, что располагаютупругий элемент со струной над поверхностью инертного сжиженного газа в зоне егоинтенсивного испарения, нагревают струну50 до температуры не менее максимальной рабочей темА:,ратуры, но не превышающейтемпературы, после которой следует размягчение изоляционного материала, перемещают упругий элемент со струной в55 направлении сжиженного газа, прекращают нагрев струны в момент соприкосновения струны с поверхностью сжиженногогаза, погружают упругий элемент со струнойв сжиженный гаэ, а затем извлекают его иэсжиженного газа.10 15 20 30 Таким образом, заявляемый способ изготовления соответствует критерию изобретОния новизнаСравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позвОлило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".На фиг. 1, 2 изображены отдельные этапы процесса изготовления струнного датчика,Предлагаемый способ изготовления реализуется следующим образом. Формируют упругий элемент 1 с выступами 2. Выполняют струну 4 из электропроводного тугоплавкого . материала, например, из вольфрамо-рениевого сплава ВР. Формируют в выступах пазы, Формирование пазов может проводиться любым известным методом, например, фрезерованием. Формирование пазов может проводиться и в одном цикле с изготовлением упругого элемента и выступов. Вплавляют в пазы изоляционный материал 3 с меньшей температурой размягчения, по сравнению с температурой рекристаллизации материала струны. В качестве этого материала может использоваться стекло С 52 - 1, имеющее температуру размягчения 585 С, Температура рекристаллизации сплава ВРравна 1500 С, Для обеспечения работоспособности струнного датчика в широком диапазоне температур дополнительно необходимо обеспечить близость температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) материала струны и изоляционного материала, В качестве изоляционного материала и материала струны могут быть использованы и другие сочетания материалов, имеющих близкие температурные коэффициенты линейного расширения и необходимые соотношения температур размягчения и температур рекристаллиэации. При этом с целью уменьшения температурных погрешностей при эксплуатации упругий элемент с выступами изготавливают из материала с аналогичным или близким ТКЛР. Помещают струну и упругий элемент в защитную среду, В качестве защитной среды используется инертный газ или вакуум. Нагревают струну 4 пропусканием электрического тока через нее при помощи токопроводов 5, Величину электрического тока подбирают экспериментальнцм путем, Температура нагрева струны превышает температуру размягчения изоляционного материала, но меньше температуры рекристаллизации струны,Внедряют струну в изоляционный материал. Внедрение сгруны осуществляется параллельнцм перемещением струны в направлении упругого элемента, Перемещение осуществляется с помощью манипулятора, После достижения необходимого положения струны прекращают нагрев струнц, уменьшив ток, протекающий через струну, до нуля. При достижении струной температуры отверждения изоляционного материала происходит жесткое закрепление струны в выступах упругого элемента. После полного охлаждения струны автоматически получается натяг струны, связанный с тем, что при внедрении нагретой струнц упругий элемент практически не нагревается и его линейные раэмерц неизменны, а длина струны увеличилась вследствие ее термического расширения. Располагают упругий элемент со струной в зоне интенсивного испарения инертного сжиженного газа (см, фиг. 1). В качестве этого газа целесообразно испольэовать азот, Жидкий азот невзрцвоопасен, сравнительно дешев, имеет температуру минус 196 С. Нагревают струну пропусканием через нее электрического тока до температуры не превцшающей температуры размягчения изоляционного материала. Учитывая, что в нашем случае температура размягчения изоляционного материала равна 585 ОС, а максимальная рабочая температура струнного датчика равна 300 С, температура нагрева струны выбрана равной 400 С, Прекращают нагрев струны, уменьшив ток, протекающий через струну, до нуля, Погружают упругий элемент со струной в сжиженнцй газ (см, фиг, 2), При этом в связи с тем, что теплоемкость сжиженного газа существенно больше теплоемкости его паров, происходит сравнительно быстрее охлаждение струны и упругого элемента. Извлекают упругий элемент из сжиженного газа. Контролируют внешний вид упругого элемента со струной, обращая особое внимание на состояние узла изолятор-струна, При обнаружении повреждений, растрескивания стекла, деформаций струны и т,п, узлы бракуются. Кроме того, возможно контролирование электрических параметров, например сопротивления изоляции. В случае, если сопротивление изоляции между струной и упругим элементом меньше допустимой величины, то узлы бракуются. Расположение упругого элемента со струной над поверхностью инертного сжиженного газа позволяет существенно увеличить скорость изменения температуры среды окружающей упругий элемент со струной, так как в этом случае в силу минимальности расстоя 177079110 изготовление датчиков с надежным креплением струны без применения ручного труда, Заявляемый способ хорошо реализуется на 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 ствии с прототипом составляет 1,5 сь, а временная погрешностьу струнного датчика,ния до сжиженного газа обеспечивается минимальность времени от момента прекращения разогрева струны до момента погружения струны в сжиженный газ. В то же время вследствие существенно меньшей теплоемкости паров сжиженного газа по сравнению со сжиженным газом расположение упругого элемента со струной в зоне интенсивного испарения сжиженного газа не вносит серьезных трудностей в нагрев узла. изолятор-струна до требуемой температуры. Помещение упругого элемента со струной в зону интенсивного испарения кроме того, позволяет устранить окислительные процессы при нагревании струны вследствие инертности применяемого газа. Увеличение скорости изменения температуры среды окружающей упругий элемент позволяет, во-первых, более качественно выявлять потенциально ненадежные узлы, а во-вторых, существенно улучшить равномерность распределения остаточных термодеформаций узла изолятар-струна. Нагревание струны пропусканием через нее электрического тока позволяет свести до минимума время ат момента разогрева струны да момента погружения струны в сжиженный газ и, следовательно, максимально увеличить скорость изменения температуры окружающей среды. Температура разогрева струны, с одной стороны, не должна превышать температуру размягчения изоляционного материала для того, чтобы существенно не изменить натяжение струны, а с другой стороны, температура разогрева струны должна быть не менее максимальной рабочей температуры датчика для обеспечения выявления потенциальной ненадежностии повышения равномерности остаточных термодефарма. ций узла изолятор-струна во всем температурном диапазоне датчика. Прекращение нагрева струны перед погружением узла в сжиженный газ позволяет устранить излишнее испарение жидкого азота, т.е. повышает технологичность. Погружение упругого элемента со струной в сжиженный газ обеспечивает максимальную скорость изменения температуры окружающей среды и как следствие качественное выявление потенциальных ненадежностей и максимальное выравнивание неравномерностей остаточных термонапряжений. Извлечение упругого элемента, удаление упругого элемента со струной ат поверхности сжиженното газа и выдержка упругого элемента со струной на воздухе до восприятия температуры нормальных климатических условий обеспечивают постепенное снижение и достаточно плавное выравнивание температурных напряжений в узле изолятор-струна, Контроль внешнего вида и других характеристик упругого элемента со струной после проведения всех операций необходим для выявления неравномерности распределения остаточных термодеформаций, скрытых дефектов материалов и т.п.Заявляемый способ изготовления струнных датчиков позволяет обеспечить современных роботизированных комплексах, роторно-конвейерных линиях. Таким образом, технико-экономическим преимуществом предлагаемого способа изготовления струнных датчиков по сравнению с прототипом является повышение технологичности за счет устранения ручных операций и возможности автоматизации на современных роботизированных комплексах и ротарно-конвейерных линиях, Технологичность заявляемого способа повышается также з счет выявления на ранних стадиях потенциально ненадежных элементов. Другим преимуществом заявляемого способа изготовления является повышение надежности за счет уменьшения неравномерности термических напряжений изолятора и струны, возникающих во время присоединения струны, Вероятность безотказной работы датчика, изготовленного в соответствии с заявляемым решением, 0,995 при рисках поставщика и заказчика а =Р = 0,2, Вероятность безотказной работы датчика Вт 1201, изготовленного в соответствии с прототипом, составляет 0,98 при рисках поставщика и заказчика а =Р = 0,2, Преимуществом заявляемого решения является также повышение стабильности за счет выявления на ранних стадиях изготовления потенциально ненадежных узлов и за счет уменьшения неравномерности термических напряжений, которые могут привести к изменению технических характеристик в процессе эксплуатации. Временная погрешность, обусловленная нестабильностью, у струнного датчика Вт 1201, изготовленного в соответизготовленного в соответствии с заявляемымрешением, не превышает 1,0. Формула изобретения Способ изготовления струнного датчика, заключающийся в формировании упругого элемента с выступами, вплавлении в них1770791 10 Составитель В,УльяновТехред М.Моргентал К ор М.Демчи дактор Подписноеениям и открытиям ая наб., 4/5 КНТ СССР роизеодотзенно-издателзокии комбинат "Патент", г: Ужгород, ул.гагарина, гбг изоляционного материала, нагревании струны пропусканием через нее электрического тока, внедрении струны в изоляционный материал и прекращении ее нагрева, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 5 целью повышения технологичности, располагают упругий элемент со струной над поверхностью инертного сжиженного газа в зоне его интенсивного испарения, нагревают струну до температуры не менее макси Заказ 3734 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Раумальной рабочей температуры, но не превышающей температуры, после которой следует размягчение изоляционного материала, перемещают упругий элемент со струной в направлении сжиженного газа, прекращают нагрев струны в момент соприкосновения струны с поверхностью сжи кенного газа, погружают упругий элемент со струной в сжиженный гаэ, а затем его извлекают оттуда.