Способ устранения пузырей в заполненных жидкостью точноизмерительных приборах

 

пэт <:

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 607l04

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 02.07.75(21) 2141053/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликовано 15.05.78т>юллетень № 18 (45) Дата опубликования описаниями.О ч. Я, (51) М. Кл.

С, 01 с 25/00

Государственный комитет

Совете Министров СССР оо делам изооретений и открытий (53) УДК 620,191.34 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. В. Широкорад, Ю. А, Журавлев и Г. К, Александров (71) Заявитель (54) СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ПУЗЫРЕЙ

В ЗАПОЛНЕННЫХ ЖИДКОСТЬЮ ТОЧНОИЗИЕРИТЕЛЬНЫХ

ПРИБОРАХ

1 2

Изобретение относится к технологии заполнения жидкостью точноизмерительных приборов, например поплавковых сейсмометров, в которых конструкция соприкасающихся с жидкостью поверхностей деталей и узлов содержит скрытые под поверхностью полости, доступные в сухом виде для проникновения низких давлений, например вакуума, через поверхностные поры и междетальные микрощели.

Известно, что практически любая конструкция точноизмерительного прибора содержит микрозазоры и полости в промежутках между деталями или пористые структуры и лабиринты, образуемые клеями, диэлектриками, пластиками, электрообмотками, жилами и изоляцией монтажных электропроводов и т.д. Объемы, скрытые под поверхностью, сокращенно именуются «ñêðûòûми полостями», а соединяющие их с поверхностью и жидкостью микрощели и поры — «поверхностными капиллярами».

Известен способ вакуумирования приборов, в котором прибор, подлежащий заполнению жидкостью, подвергают вакуумированию, причем саму жидкость вакуумируют в отдельном сосуде (1(.

Недостатком известного способа является то, что отсутствует замещение жидкостью микрозазоров в промежутках между деталями прибора.

Известен способ вакуумирования сухого прибора, подлежащего заполнению жидкостью, в котором прибор и жидкость в отдельном сосуде подвергают вакуумированию при давлении не превышающем 10 мм рт. ст. (2(.

Недостаток известного способа состоит в том, что отсутствует замещение жидкостью nopHcTbIx структур, образуемых клеями, диэлектip рпками, пластиками и т.д.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является способ (3(, при котором сухой прибор, подлежащий заполнению жидкостью, и жидкость в отдельном сог5 суде подвергают вакуумированию — обычно при давлении, не превышающем 10" мм рт. ст., а для некоторых приборов 10 — 10" мм рт, ст., обычно в течение не менее 2 — 4 ч. Г1ри этом жидкость вакуумируют обычно как минимум до прекращения выделения газовых пузырей, 20 а прибор — до прекращения существенного газоотделения, уровень которого для каждой конструкции -прибора определяется экспериментально.

Далее, не прерывая вакуумированпя, самотеком пропускают жидкость из сосуда сквозь

á 07104 полость прибора снизу вверх, при этом вакуумируя входную и выходную поверхности жидкости, т.е. поверхность жидкости в сосуде и поверхность вышедшей из прибора жидкости.

Эти операции выполняют также не менее 2 — 4 ч

Затем повышают давление до атмосферного, соединяя поверхности жидкости с воздухом про изводственного помещения.

После этого обычно выполняют контроль суммарного объема остаточных микропузырей в полости блока, состоящих из паров жидкости.

Далее выполняют герметизацию полости прибора с жидкостью, например перекрыванием штуцеров, служащих для ввода в прибор жидкости. ..

Целью вакуумирования сухого прибора является удаление с поверхностей в его полости, а также нз «скрытых полостей» газообразных, жидких и, возможно, твердых летучих включения, способных при эксплуатации прибора вновь образовать газовые пузыри, изменяющие «йараметры плавучести» подвижного узла прибдра, указанные ниже; при этом основным физическим процессом является десорбция, т. е. удаление сорбированных газов и жидкостей путем их испарения в вакуум и отсасывания.

При вакуумнровании входной и выходной поверхностей жидкости, заполнившей полость прибора, происходят следующие процессы: многократное увеличение объема пузырей в жидкости (т.е. их «растягивание» посредством вакуума), что сравнительно с атмосферными условиями, например в сотни раз увеличивает силу их плавучести, открывающую пузыри от деталей и заставляющую их всплывать и удаляться от прибора; под вакуумом предварительно обезгаженная жидкость выделяет пар только через поверхности, отделяющие жидкость от газообразной фазы, т.е. пар выходит через вакуумируемые поверхности, а также в имеющиеся пузыри, вследствие чего последние растут и всплывают; поскольку число пузырей, образованных парами жидкости, внутри прибора ограничено, за указанное время вакуумирования они обычно удаляются из блока; под вакуумом поверхностное натяжение жидкости существенно уменьшается (сравнительно с атмосферными условиями), что ускоряет коагуляцию пузырей, т.е. их рост, объединение и удаление, а также существенно уменьшает силы прилипания пузырей к деталям прибора.

Пузыри, подлежащие удалению, образуются при сквозном пропускании жидкости через полость прибора, в ее «мертвых объемах» (т.е. объемах, аналогичных стакану, расположенному кверху дном), поэтому число пузырей, в общем, равно числу «мертвых объемов», т.е. ограничено довольно определенным числом.

В результате заполнения жидкостью прибора его «скрытые полости» оказываются заполненными насыщенным паром жидкости в результате следующих процессов: при заполнении прибора жидкость перекрывает «поверхностные капилляры», когда в них и в «скрытых полостях» установлен вакуум, так как последний при заполнении не выключается; после окончания заполнения жидкость оказывается под атмосферным давлением, котоое р е, однако, не может продавить ее в «скрытые полости» через «поверхностные капилляры» из-за их малой ширины и высокой вязкости жидкости; происходит интенсивное «испарение в вакуум» жидкости через «поверхностные капилляры», в «скрытые полости», вплоть до установления там давления насыщенного пара, так как капилляры не представляют существенного гидравлического сопротивления для паров, имеющих вязкость, например, в тысячи раз меньшую, чем жидкость (3J.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является отсутствие замещения жидкостью паров в «скрытых полостях», что приводит к процессам. образования пузырей н, kax следствие, кдрейфам «параметров плавучести» подвижного узла прибора, а в итоге, к образованию нестабильности (дрейфов) выходного сигнала приборов.

Под «параметрами плавучести» здесь понимаются: сила плавучести (вес в жидкости)

25 подвижного узла; моменты маятниковости в жидкости.

Связь между указанным отсутствием замещения паров жидкостью в «скрытых полостях» и дрейфом «параметров плавучести» подвижного узла прибора, в частности, определяется следующими физическими процессами.

Как известно, в процессе хранения и эксплуатации приборов происходят колебания температуры — суточные, транспортировочные, связанные с включением потребляемой мощносз ти и др., они вызывают соответствующие колебания давления пара в «скрытых полостях».

Физическая система «жндкость — поверхностные капилляры — скрытые полости— пар» отличается следующими свойствами:

40 при повышении температуры и, следовательно, давления в «скрытых полостях» пар немедленно выдавливается через «поверхностные капилляры» на поверхность подвижного узла прибора, образуя там прикрепленные микропузыри, создающие паразитную плавучесть, т.е. дрейф «параметров плавучести»; при понижении температуры и, следовательно, давления происходит обратный процесс, т.е. всаеывание того же поверхностного пузыря в «скрытую полость»; если этот пузырь на поверхности был удален, например, ускорением (встряхиванием), либо коагуляцией (слицанием) с соседними пузырями, либо растворением в окружающей жидкости (поскольку стационарное давление насыщенных паров жидкости обычно ниже атмосферного давления), то удаленная часть пузыря (при понижении температуры) восполняется испарением жидкости через «поверхност. ные капилляры» в «скрытые полости», вплоть до восстановления там стационарного давлебо ния насыщенного пара;

607!04 таким образом, при отсутствии заполнения жидкостью «скрытых полостей» с каждым циклом эксплуатационных колебаний температуры может, в.частности, происходить дополнительное испарение жидкости в «скрытые полости» и перекачка пара на поверхность подвижного узла с образованием пузырей, причем рассматриваемая физическая система может превращаться в своего рода насос одностороннего действия.

Указанные процессы на практике являются лишь частью качественной картины, которая усложняется рядом других процессов; количественно указанные процессы оказываются эксплуатационно недопустимыми илн приемлемыми, проявляющимися регулярно или случайно, стационарными или нестационарными, расходящимися или сходящимися. Причины таких варнаций зависят от конструкции прибора, состава жидкости и эксплуатационных колебаний температуры. . Цель изобретения — замещение паров жидкостью в скрытых под поверхностью полостях и пористых структурах, соприкасающихся с жидкостью частей приборов, и, следовательно, стабилизация сил плавучести подвижных узлов приборов, чем, в конечном счете, достигается стабилизация выходных сигналов точноизмерительных приборов.

Попутной, но важной целью изобретения является уничтожение остаточных микропузырей из паров жидкости после вакуумного заполнения приборов жидкостью — путем их конденсации давлением и растворения в массе жидкости внутри прибора, чем достигается улучшение надежности и стабильности выходных сигналов точноизмерительных приборов.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу после окончания вакуумирования заполненного жидкостью прибора или его обособленного подвижного узла, погруженного в жидкость, на поверхность жидкости оказывают давление опрессовки, превосходящее атмосферное давление, например . 50 ати, настолько высокое, насколько позволяет, в частности, прочность прибора, в течение времени, например 8 ч, необходимого для процесса продавливания через поверхностные поры и междетальиые микрощели в скрытые полости и пористые структуры жидкости, сдавливающей, конденсирующей и растворяющей там свои пары, ранее всосавшнеся после замены вакуума на атмосферное давление, как пояснено выше.

В результате замены над поверхностью жндкости вакуума на высокое давление опрессовки (в течение технологически приемлемого периода времени} должно преодолеваться высокое гидродинамическое сопротивление «поверхностных капилляров> движению жидкости, которая обычно имеет весьма высокую вязкость. Через иих жидкость продавливается в «скрытые полости», где вследствие изотермического сжатия находящихся там паров, последние конденсируются, и образующаяся нз них жидкость растворяется в массе продавленной жидкости. При этой секундная масса конденснруемого пара пропорциональна давлению опрессовки. Факт пропорциональности скорости конденсации давлению опрессовки дает следующие соображения: во-первых, при увеличении давления опрессовки можно, в принципе, достигнуть полной конденсации паров в «скрытых полостях»,так как, в частности, подбор марки жидкости, как правило, обеспечивает йостепенное растворение паровых пузырей в своей жидкости уже при атмосферном давлении, т.е. стационарное

lo давление насыщенного пара ниже атмосферного давления; во-вторых, при увеличении давления опрессовки можно, в принципе, сократить до технологически приемлемой величины время конденсации, т.е. замещения жидкостью паров в

«скрытых полостях», которое технологически суммируется со временем, необходимым для продавливания вязкой жидкости через «поверхностные капилляры».

Цель достигается также тем, что в слу2п чаях применения предлагаемого способа к загерметизированному прибору внутрь последнего на жидкость давление опрессовки может передаваться через эластичный конструктивный элемент прибора, например сильфон, путем нагружения последнего давлением газа, 25 жидкости нли сосредоточенной силы, например, весом гири. Наполненные жидкостью приборы обычно имеют эластичный элемент гермокорпуса-сильфон, мембрану н т.п., который позволяет жидкости беспрепятственно изменять свой объем вследствие эксплуатационных изменений температуры.

Предлагаемый способ апробирован в лабораторных и производственных условиях (количество изделий более 50), в результате чего принято решение о распространении способа на

З5 ряд различных изделий соответствующего типа.

В частности, точное взвешивание подвижных узлов до и после опрессовки показало, что эта операция обеспечивает заполнение жидкостью «скрытых полостей».

Кроме того, точные измерения «параметров нлавучести» подвижных узлов показали, что для заданных приборов разница параметров до и после опрессовкн оказывалась весьма существенной. Таким образом, путем массовых экспериментов подтверждено, что аналогичным

4$ образом для каждой новой конструкции прибора, представленной материальным образцом, могут быть экспериментально определены величины давления и времени опрессовки, а затем также и количественная результативность их реализации. В частности, в результате опытов были установлены для заданного изделия: давление опрессовки 50 ати, время опрессовки 8 ч

Предлагаемый способ поясйяется примером применительно к двум этапам сборки и регулировки приборов:

Первый этап — стабилизация «параметров плавучести> обособленного от прибора подвижного узла. Стабилизация необходима для обеспечения точности и достоверности операций калибровки «параметров плавучести», состоящих из их механической регулировки и ко607104

1 личественного контроля параметров отрсгул 1рованного узла.

Второй этап — - стабилизация «параметров плавучести» того же подвижного узла, но в составе собранного и загерметизированного прибора, в связи с его заполнением жидкостью («процессе сборки прибора его подвижный узел был высушен вакуумированием). Стабилизация,необходима как для восстановления откалиброЬинных в первом этапе «парамстро» плавучести», так If для обеспечения их стабильности при эксплуатации прибора.

На первом этапе полностью собранный подвижный узел, обособленный от прибора, в >кидкости технологической ванны подвергают «грубой» регулировке путем изменения веса или .местоположения подборных грузиков, таким образом грубо калибруют «параметры плавучести». Целью «грубой» регулировки является сокращение до минимума регулировочных действий при предстоящей «уточняющей» калибровке.

Калибровка «параметров плавучести» состоит из регулировки и их количественного контроля, причем эти операции неоднократно повторяются по методу последовательных приближений.

Далее подвижный узел переносят в герметичную камеру специальной опрессовочной установки, где последовательно выполняют сначала все операции способа-прототипа, затем операции предлагаемого способа, что вкратце выглядит следующим образом.

«Сухой» подвижный узел и отдельно жидкость вакуумируют при давлении 10 4 мм рт. ст., в течение 2 ч; не прерывая вакуумирования, пропускают жидкость снизу вверх сквозь камеру, содержащую подвижный узел, вакуумируя входную и выходную поверхности жидкости в течение 2 ч; герметизируют камеру с подвижным узлом перекрытием входного и выходного кранов; на поверхность жидкости оказывают давление опрессовки 50 ати в течение

8 ч, прикладывая соответствующее усилие к плунжеру установки, который под действием этого усилия стремится вдвинуться в камеру; заменяют давление опрессовки на атмосферное давление, открывают камеру установки и переносят подвижный узел в технологическую ванну с тщательно отвакуумированной жидкостью.

Далее выполняют «уточняющую» регулировку с калибровкой «параметров плавучести» подвижного узла, которую проводят аналогично «грубой» регулировке, после чего узел вынимают из жидкости, высушивают и направляют на окончательную сборку прибора.

После опрессс.вки подвижного узла сила его плавучести (вес в жидкости) существенно уменьшается вследствие добавления силы тяжести жидкости в «скрытых полостях». Это проявляется в том, что подвижный узел оказывается взвешенным в более холодном слое жидкости (расположенном ниже), чем слой, в котором узел взвешивался до его опрессовки. Поскольку это изменение всса достаточно точно повторяется от узла к узлу. есть возможность уже при «грубой» регулировке заранее учес" ü это изменение веса, так что после опрессовки, как правило, остается только проконтролировать «параметры плавучести», не делая дополнительных сборочно-регулировочных операций.

Выполнение опрессовки на первом этапе— обособленно о от прибора подвижного узла с

il()i.l äëoøHM контролем его «парамл ров пла»у чести» вЂ” позволяет достоверно у станови и,, какими будут параметры после повторной опрессовки — на втором этапе — подвижного узла загерметизированного прибора, при гем прямой контроль будет невозмояен.

После окончательного контроля первого этапа «параметров плавучести» подвижного узла последний обычно участвует в многочисленных

«сухих» сборочно-регулировочных операциях, а перед заполнением прибора жидкостью совместно с неподвижными частями прибора под»ергается вакуумированию, вследствие чего г ро20 исходит «осушение», т.е. полное удаление жидкости из «скрытых полостей» н «поверхностных капилляров» путем испарения в вакуум и отсасывания паров. В связи с такой перспективой после первого этапа подвижные узлы не обязательно хранить в жидкости.

25 Второй этап следующий.

Стабилизацию «параметров плавучести» подвижного узла, находящегося внутри окончательного собранного прибора, выполняют с применением предлагаемого способа следующим образом.

Полость прибора, подлежащую заполнению яидкостью, герметично соединяют со специальной установкой для заполнения приборов жидкостью и подвергают сухому вакуумированию при давлении 10 мм рт. ст. в течение 8 ч. з5 за некоторое время до окончания предыдущего процесса (которое связано с параметрами жидкости), подвергают вакуумированию жидкость в отдельном сосуде, причем основными требованиями являются полное обезга>киванпс н выдерживание заданного удельного веса; не

4 прерывая вакуумирования," пропускают >кидкость сквозь полость прибора снизу вверх, «акуумируя входную и выходную поверхности жидкости в течение 2 ч; заменяют вакуум над поверхностью жидкости на атмосферное

45 давление и выполняют герметизацию прибора путем перекусывания медных трубчатых шту церов прибора с их герметизацией «холодной сваркой» и страховочной пайкой.

Далее применяют предлагаемый способ: при бор помегцают в герметичную камеру специальной установки и подвергают его опрессовке давлением сжатого воздуха 50 ати в течение 8 ч; при этом внутри и вне прибора это давление оказывается практически одинаковым вследствие наличия в гермокорпусе прибора эластичного элемента в виде сильфона;

55 при этом, в частности, в подвижном узле прибора происходят описанные выше физические процессы, причем достигается восстановление

«параметров плавучести», откалиброванных в первом этапе, а также их перспективная ста6ц билизация. Кроме того, выполняется сущест407104

Составитель E. Вишняков

Текред О. Луговын Корректор?1. Тупииы

Тираж 872 Подписное

Редактор И. Шубина

Заказ 2570/30

LlHHHHH Государственного комитета Совета Министров ГГСР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4,"5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4 венная попутная за

Использование изобретения позволяет существенно уменьшить по объему либо полностью устранить — в зависимости от конструкции приборов — образование пузырей, и в частности микропузырей, в заполненно" жидкостью полости точноизмерительных приборов многих типов, что особенно важно для поплавковых приборов повышенной точности, которые длительное время хранятся прн значительных суточных, климатических и друтих колебаниях температуры или давления.

В качестве практического результата в некоторых случаях могут быть получены существенные улучшения статистических показателей точности, надежности и стабильности выхо,дных сигналов соответствующих приборов.

Предлагаемый способ применен при экспериментальном изготовлении более пятидесяти приборов — в варианте, описанном выше в качестве примера реализации. В результате испытаний, в частности, установлено: вследствие применения предлагаемого спосооа после способа-прототиг1а г1одвижные узлы приборов приобретали дополнительную отрицательную плавучесть (соответствующую весу жидкости, вдавленной в «скрытые полости» и «поверхHостные капилляры», суммарный объем которых предопределен данной конструкцией и приблизительно одинаков в разных экземплярах).

Величина этой нестабильности силы плавучести, как и наблюдавшийся размер нестабильности момента маятниковости в жидкости, устраняемые посредством предлагаемого способа, следует считать весьма существенными для данного типа приборов.

Форлу.га изобретения

1. Способ устранения пузырей в з.=.полненных жндкос1ью точноизмерителъных 01)иоо1)ах непрерывным вакуумированием прибора и жидкости до заполнения, в его процессе и после него, г)т.:гичаюи1ийся тем, что, с цельк) замещения паров жидкостью в скрытых под поверх— ностью полостях и пористых структура:, после окончания вакуумировання заполненного жидкостью прибора или его обособленного I!0,1— ви>кного узла, погруженного в жидкость, на поверхность жидкости оказывают давление опрессовки, превосходягцее атмосферное давление, например 50 ати, настолько высокое, насколько позволяет, в частности, прочность прибора, в течение времени, например 8 ч, необходимого для процесса продавливания через поверхностные поры и ме>кдетальные ., икрогцели в скрытые полости ll пористые cTj)vKT) ph1 жидкости, сдавливающей, конденснрующей и растворя.*ещей там свои пары.

2. Способ по п. 1, отли (ающайся тем, что давление опрессовки может передаваться на жидкость, в частности, внутрь герметизирован ого прибора через эластичный элемент прибор а, например сильфон, нагружением последнего давлением газа, жидкости или сосредоточенной силы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

ЗО 1. Асс Б. А. и др. «Сборка, регулировка и испытание авиационных приборов», М., «Машиностроение», 1969, с. 273.

2. Асс Б. A. и др. «Сборка, регулировка н испытание авиационных приборов», М., «Машиностроение», 1969, с. 273.

3. Асс Б. А. и др. «Сборка, регулировка и испытание авиационных приборов», М., «Машиностроение», 1969, с. 273--276.