Способ изготовления чувствительного элемента струнного датчика

 

Изобретение может быть использовано для повышения технологичности, надежности и стабильности струнных датчиков за счет выявления на ранних стадиях изготовления потенциально ненадежных узлов и уменьшения величины и неравномерности термических напряжений, возникающих в узле изолятор - струна во время изготовления . В способе, заключающемся в формировании упругого элемента 1 с двумя выступами 2, вплавление в них изоляционного материала 5, внедрении струны 4 в изоляционный материал путем ее перемещения и одновременного нагревания до температуры плавления изоляционного материала пропусканием через струну электрического тока с последующим обесточиванием и охлаждением, упругий элемент со струной охлаждают погружением в сжиженный газ 7, инертный к материалам / Ё 2 сл Ч Шг.1 2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 (11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИТКНТ СССР (21) 4807450/10 (22) 02.04,90 (46) 30.06.92. БюлЛ№24 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) Е.М.Белозубов и В.В.Ульянов (53) 531.787 (088.8) (56) Проектирование датчиков для измерения механических величин/ Под ред.

Е.П.Осадчего. M. Машиностроение, 1979, с.320.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1622783, кл. 6 01 1 1/10, 1989. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА СТРУННОГО ДАТЧИКА (57) Изобретение может быть использовано для повышения технологичности, надежно. Ы 1744541 А1 сти и стабильности струнных датчиков за счет выявления на ранних стадиях изготовления потенциально ненадежных узлов и уменьшения величины и неравномерности термических напряжений, возникающих в узле изолятор — струна во время изготовления, В способе, заключающемся в формировании упругого элемента 1 с двумя выступами 2, вплавление в них изоляционного материала 5, внедрении струны 4 в изоляционный материал путем ее перемещения и одновременного нагревания до температуры плавления изоляционного материала пропусканием через струну электрического тока с последующим обесточиванием и охлаждением, упругий элемент со струной охлаждают погружением в сжиженный газ 7, инертный к материалам

1744541 упругого элемента и струны, выдерживают в сжиженном газе до уравнения температур, извлекают из сжиженного газа и выдерживают над поверхностью в зоне его испарения, затем дополнительно нагревают пропусканием через струну электрического тока до температуры выше рабочей температуры струнного датчика и ниже температуры расплавления изоИзобретение 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 чувствительного элемента струнного датчика, заключающийся в формировании упругого элемента с выступами, выполнении в них отверстий, расположении в отверстиях втулок, электрической изоляции концов струны и жестком закреплении струны во втулках при помощи винтов.

Недостатками известного способа являются низкие технологичность и надежность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления чувствительного элемента струнного датчика, заключающийся в формировании упругого элемента с двумя выступами; вплавлении в них изоляционного материала, внедрении струны в изоляционный материал путем ее перемещения и одновременного нагревания до температуры плавления изоляционного материала пропусканием через струну электрического тока с последующим обесточиванием и охлаждением, К недостаткам известного способа относятся недостаточная технологичность, существенная нестабильность аддитивной и мультипликативной чувствительностей датчика в процессе эксплуатации и недостаточная надежность, Целью изобретения является повышение технологичности, надежности и стабильности путем выявления на ранних стадиях изготовления потенциально ненадежных узлов и уменьшения неравномерности термических напряжений в изоляционном материале и струне, возниляционного материала, после чего выдерживают при данной температуре и обесточивают, последовательное охлаждение и нагреваиие упругого элемента со струной проводят не менее трех раз, после чего охлаждают со скоростью 2 С/мин путем уменьшения электрического тока и последующей выдержки на воздухе, 1 з.п.ф-лы, 2 ил. кающих во время внедрения струны в изоляционный материал.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления чувстви5 тельного элемента струнного датчика, заключающемуся в формировании упругого элемента с двумя выступами, вплавлении в них изоляционного материала, внедрении струны в изоляционный материал путем ее

10 перемещения и одновременного нагревания до температуры плавления изоляционного материала пропусканием через струну электрического тока с последующим обесточиванием, упругий элемент со струной ох15 лаждают погружением в сжиженный газ, инертный к материалам упругого элемента и струны, выдерживают в сжиженном газе до уравнивания температур, извлекают из сжиженного газа и выдерживают над повер20 хностью в зоне его испарения, затем дополнительно нагревают пропусканием через струну электрического тока до температуры выше рабочей температуры струнного датчика и ниже температуры расплавления изо25 ляционного материала, после чего выдерживают при данной температуре и обесточивают, последовательное охлаждение и нагревание упругого элемента со струной проводят не менее трех раз, после чего

30 охлаждают со скоростью 2 С/мин путем уменьшения электрического тока и последующей выдержки на воздухе, На фиг.1 и 2 изображены отдельные этапы изготовления чувствительного элемента

35 струнного датчика.

Способ изготовления реализуют следующим образом, Формируют упругий элемент 1 с двумя выступами 2. Выполнят струну 4 из электро40 проводного тугоплавкого материала, например из вольфрамрениевого сплава BP-20.

Формируют в выступах 2 пазы 3, Формирование пазов можно проводить любым известным методом, например фрезерованием.

1744541

Формирование пазов можно проводить и в одном цикле с изготовлением упругого элемента 1 и выступов 2. Вплавляют в пазы 3 изоляционный материал 5с меньшей температурой размягчения по сравнению с температурой рекристаллизации материала струны 4. В качестве этого материала можно использовать стекло С52-1, имеющее температуру размягчения 585 С. Температура рекристаллизации сплава BP-20 равна

1500 С. Затем упругий элемент 1 и струну 4 помещают в защитную среду, например в инертный газ или вакуум. Нагревают струну

4 пропусканием через нее электрического тока при помощи токопроводов 6, внедряют струну в изоляционный материал 5 и обесточивают. Затем упругий элемент со струной охлаждают погружением в среду инертного. по отношению к материалам упругого элемента и струны сжиженного газа 7, например азота, и выдерживают в сжиженном газе до уравнивания температур. Далее упругий элемент со струной извлекают из сжиженного газа и выдерживают над поверхностью в зоне интенсивного испарения сжиженного газа. Дополнительно нагревают струну пропусканием через нее электрического тока до температуры, не превышающей температуру размягчения изоляционного материала, Учитывая, что рабочая температура струнного датчика равна +300 С, температуру нагрева струны выбирают равной 400 +- 20 С. Выдерживают упругий элемент со струной при данной температуре и прекращают нагрев струны ее обесточиванием. Время выдержки подбирают экспериментально.

Последовательное охлаждение и нагрев чувствительного элемента проводят не менее трех раз, после чего охлаждают со скоростью не более 2 С/мин путем уменьшения электрического тока и выдерживают на воздухе.

Последовательное охлаждение и нагрев приводят к появлению микротрещин в изоляторе или струне, являющихся потенциально ненадежными. Последующее охлаждение с градиентом не более о

2 С/мин снимает остаточные напряжения, возникающие при охлаждении и нагреве.

Это позволяет повысить стабильность характеристик струнного датчика и выявить потенциал ьно ненадежн ые чувствительные элементы методом контроля по внешнему виду. При обнаружении повреждений, растрескивания изоляционного материала, микротрещин в изоляционном материале и т.п, узлы бракуют.

Предлагаемый способ изготовления струнных датчиков по сравнению с прототипом характеризуется повышенной технологичностью вследствие устранения ручных операций и возможностью автоматизации на современных роботизированных комп5 лексах. Технологичность предлагаемого способа повышается также за счет выявления на ранних стадиях изготовления потенциально ненадежных узлов, что увеличивает надежность работы датчика.

10 Кроме того, предлагаемый способ изготовления характеризуется повышенной стабильностью метрологических характеристик датчика вследствие уменьшения величины и неравномерности термических

15 напряжений в узле изолятор — струна. Вероятность безотказной работы датчика, изготовленного согласно предлагаемому способу, равна 0,99 при рисках поставщика и заказчика а =P = 0,2 (вероятность безот20 казной работы датчика, изготовленного согласно способу-прототипу, составляет

0,98).

Временная нестабильность датчика, изготовленного согласно способу-прототипу, 25 равна 1,5/, а у датчика, изготовленного согласно предлагаемому способу, — не более

0,8; .

Кроме того, датчик, изготовленный согласно способу-прототипу, работоспособен

30 в температурном диапазоне от температуры жидкого азота до+100 С, а датчик, изготовленный согласно предлагаемому способу,— от температуры жидкого азота до +300 С.

Формула изобретения

35 1. Способ изготовления чувствительного элемента струнного датчика, заключающийся в формировании упругого элемента с двумя выступами, вплавлении в них изоляционного материала, внедрении струны в

40 изоляционный материал путем ее перемещения и одновременного нагревания до температуры плавления изоляционного материала пропусканием через струну электрического тока с последующим обе45 сточиванием и охлаждением, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения технологичности, упругий элемент со струной охлаждают погружением в сжиженный газ, инертный к материалам упругого эле50 мента и струны, выдерживают в сжижен нам газе до уравнивания температур, извлекают из сжиженного газа и выдерживают над поверхностью в зоне его испарения, затем дополнительно нагревают пропусканием

55 через струну электрического тока до температуры выше рабочей температуры струнного датчика и ниже температуры расплавления изоляционного материала, после чего выдерживают при данной температуре и обесточивают.

1744541 йиг.2

40

50

Составитель В. Ульянов

Редактор А. Лежнина Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко

Заказ, 2190 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

2. Способ по п.1, отл и ч а ю шийся тем, что последовательное охлаждение и нагревание упругого элемента со струной проводят не менее трех раз, после чего охлаждают со скоростью 2 С/мин путем уменьшения электрического тока и последующей выдержки на воздухе.