Способ изготовления мембранного упругого элемента датчика давления

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 G 01 1 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874952/10 (22) 19,10.90 (46) 07,10.92. Бюл. hL 37 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Старт" (72) Ю.Н.Литовченко, С.Г,Григорьян, А.Ф,Архипенко, B.Å.Ñîêîëîâ и Е.И.Фандеев (56) Осипович А,А. Датчики физических величин. M. 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, Известен способ изготовления МУЭ, в соответствии с которым мембрана вырубается из листового материала, а затем заделывается по контуру в корпус датчика с помощью пайки, склеивания или сварки (см., например, Осипович Л.А. Датчики физических величин, M,: Машиностроение, 1979, с. 37 — 39) (1).

Заделка посредством пайки или склеивания имеет ряд недостатков, основными из которых являются малая надежность соединения и низкие 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 к заявляемому решению является способ изготовления, по которому мембра1767374 на 1 выполняется как одно ц о но целое с жесткой его боковой цилиндрической поверхностью боковой стенкои упруг

2 ругoro элемента (см. и МУЭ должен оставаться зазор д не менее фиг.1). Упругии элемент . ). У ент соединяется с кор- 0,3-0,5 мм. Из-за этого зазора, а также ма3 мощью резьбы 4 зали- лой площади соприкосновения мембраны и

1 той эпоксидным компаундом (см. 5 упора не обеспечивается жесткое формироПреобразователь давления типа ПДМ-НЗИ. вание МУЭ и устранение его деформаций в

Техническое 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 — 0,3мм малоэффективен. р ость мембраны такого 10 Целью изобретения является повышеМУЭ наклеиваются тензорезисторы. Изме- ние технологичности и качества изготовлеряемое давление условн

P словно показано стрел- ния МУЭ путем снижения погрешностей обработке мембраны является торец 5упруками (см. и ., ы. (см. фиг.1), Базовой поверхностью при формы мембраны.

Поставленная цель достигается те м что гого элемента, 15 в способе изготовления, включающем форТиповой способ изготовления таких мообразованиемембранысутолщеннойпеМУЭ включает: риферийной частью с припуском по формообразование МУЭ, под которым толщине мембраны и последующую механипонимаются следующие последовательные ческую обработку внешней поверхности технологические 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 слой ом станке; — термоо ра отка расплавленного сплава металла, температу— чистовая обработка, например, на то- 25 ра плавления которого ниже температуры ,; p;oì станке внутренней поверхности фазовых превращений в материале мембраны, и охлаждают мембрану до затвердеваполучение требуемой толщины мембра- ния сплава, а после получения номинальной ны путем механической обработки ее на- толщины мембраны ее нагревают до темперужной поверхности, например, на 30 ратуры плавления сплава и удаляют с ее шлифовальном станке. поверхности сплав металла.

Сущность заявляемого способа заклюляет получать качественны ест енные МУЭ с толщи- чается в том, что слой сплава металла, подной мембраны 05ммиболее(придиаметре пирая мембрану, не дает ей мембраны 11 мм).Меньшейтолщины мемб- 35 деформироваться при механической обрараны достигнуть не удается из-за того, что ботке. на заключительной технологической опера- На фиг,1 показана конструкция МУЭ; на ции под давлением шлифовального круга 6 фиг.2 проиллюстрировано возникновение происходит упругий прогиб мембраны 1 неплоскостности наружной поверхности внутрь (фиг,2а). После прохода шлифоваль- 40 мембраны при традиционном способе ее изного круга мембрана выгибается обратно. готовления, на фиг.3 изображена установка

При этом возникает неплоскостность на- МУЭ на столе шлифовального станка при ружной поверхности мембраны в виде воз- использовании упора; на фиг.4 — шлифовка вышения высотой до 0,05 мм (фиг.2б). МУЭ, на мембрану которого нанесен слой

Указанное 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 МУЭ причиной существенной нелинейности ха- включает: рактеристики преобразования датчика. 50 формообразование МУЭ под которым

Известным приемом, снижающим де- понимаются следующие последовательные формации 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- 55 — 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 поверхность печения плотного соприкосновения базо- мембраны слоя 9 расплавленного сплава вых плоскостей мембраны и упора между металла;

1767374 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

97,3 С). Упругие элементы изготавливались из нержавеющего прецизионного сплава

44НХТЮ, обладающего постоянством уп ругих свойств в широком диапазоне температур

При 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.

S 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, отличающийся 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.

1767374

//ллоп&юииг псам деток

Р

Иаира &евое по0ачч дтат

1767374

Напра Ьенце подаю Йяапо

Напра3пенае подаю делапц

Составитель Ю.Литовченко

Техред М.Моргентал Корректор О,Юрковецкая

Редактор

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

Заказ 3543 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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