Способ изготовления датчикадавления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 040778 (21) 2639977/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 30,01.81. Бизллетень N9 4

Дата опубликования описания 300181

Н 01 С 17/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДИ. » 2 1, 3 .-, 8 ,088.8) (72) Автор изобретения.

В.Ф.Корво

} »„> с .,". .

Московский авиационный текнологический инск »т>.т; .:;>ь;,; им ° КiЭ ° ЦИОлкОвскОГО (73) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ДАВЧЕНИЯ

Изобретение относится к технологии изготовления датчиков динамического давления мембранного типа и может быть использовано в технологии произ >,водства устройств, регистрирующих ди 5 намическое давление при высоких температурах окружающей среды, Известен способ изготовления датчиков давления мембранного типа, зак- 1О лючающийся в установке кремниевой тенэочувствительной схемы на диэлектрической подложке с помощью специального клея и ее последующей герметизации в откачиваемом корпусе (1), Такой способ изготовления неприго- 15 ден для датчиков, работающих при температуре выше 125оС из-эа потери тензочувствительных свойств кремниевой схемой. Клеевое соединение датчика выходит иэ строя при температурах вы- 2О ше 150оС и датчик перестает работать.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления датчика давления, включающий нанесение тензорезистивной пленки на упругий элемент, установку упругого элемента на основание корпуса, нанесение герметизирующего материала, закрепление упругого эле мента в корпусе и герметизацию датчика с помощью прижимной гайки и листовых металлических прокладок (2).

Основной недостаток данного способа состоит в нарушении нор;-"..:;Лsнсй ра-, боты датчика при темплрагу:.-:е в»-.:ц1-..

150 С из-эа возникновен»»1 О.;;1.- .:» о внутренних напряжений 111чи; > Г...жестко соединенной с.-»сто»;ы »»-, ;. прижимной гайки и 11рок»1з 1 ....

Эация TipH НаГрстВЕ Нар»г >Э Г Ся >

ВнтЕЛЬ НОСХЬ Датч>11»а ч>м.с г",ц>:: »и.,>с»

Цель иэабо те»- ;.» ности измерения да.::1-=н-;. †:ри поль»;I нных температурах.

Поставленная цель дсс".-игл.ется тем, что нанесение тензорезистизной пленки на упругий элемент проводят после установки упругого элемента на основание корпуса, а герметнэац:.;ю дат"иКа ОСУЩЕСтВЛЯЮт ОтжИГОМ Е> » ::: »",тУМНОй камере с последующим oe,». -I» i:,-":* .:. сгс при атмосферном давлении уль т1>аф>1олетовым излучением интенсивностью 0,255 клк, затем нагревают датчик дс

400-4 20 С И вьтцерж1111 а>»>т е ГГО I»op;;а=»лением 30 — 60 атм, н течение 15-2

МИН >н ПРИЧЕМ ctTMOC!! 1ОЧ + BHJICН1»Е >

КаМЕРЕ СОЗДаЮт т»Ут» .М .". EI .:, ЛН".» .EI SI Е» инертным газом,- а в "ь:"-.... . .:;-ве герч»с тиЗИруЮщЕГО МатзрнаЛ:-. 1»С>»С. 1.эу»чй1 .",. -; О80111Э шок разлагаемого алюминий-органического связующего.

Датчик давления изготовляют следующим образом.

Перед нанесением тенэорезистивной ,схемы на упругую мембрану ее устанав ливают на прозрачное сапфировое коль цо, на обе стороны кольца наносят тонкий слой в виде фаски порошка иэ алюминий-органического связующего.

Порошок представляет собой смесь алюминий-органического соединения со связкой, которую растворяют в спирте и тонким слоем наносят с помощью пульверизатора, Упругий элемент в сборке устанавливают на основание корпуса и все устройство помещают в вакуум- 15 ную камеру или вакуумируемый автоклав.

Герметизацию датчика осуществляют после откачки камеры до 10 — 10 б мм рт.ст. путем нагрева до 150< С и выдержки в течение 10 — 15 мин до полного gQ удаления связки. Напускают инертный газ, например очищенный аргон, до установления атмосферного, давления в объеме и облучают поверхность контактируеьжх изделий ультрафиолетовьж из- д лучением. Так как сапфир является про— зрачньм для ультрафиолетового излучения, то его поглощение происходит преимущественно в слое алюминий-органического соединения. В результате соединение активируется и разлагается при дополнительном нагреве до образования

AZ O,.

Для получения надежного контакта

<. "мембраной и титановым кольцом, на котором крепится датчик, его нагревают до 400 — 420 С и выдерживают под давлением инертного газа 30 — 60 атм. в течен å 15 — 20 мин. При этом образуется прочный переходной слой А2 0, соединяющий титановое кольцо с сапфи- 40 ровой или кварцевой мембраной.

В качестве органическо-о соединения используют ацетилацетонат или иэопропилат алюминия. Предварительное акуумирование необходимо для дегазации соединительного шва, откачки продуктов распада связки и более надежного контактирования гранул органического соединения. Роль ультрафиолетового излучения сводится к резонансно- му возбуждению молекул органического соединения и его последующей диссоциации эа счет поглощения избыточной знергйк квантов излучения. Резонансная частота излучения подбирается экспериментально в зависимости от типа соединения. Для полной диссоциации соединения энергии квантов обычно бывает недос аточна, поэтому вводят дбполнительную операцию термического нагрева датчика в атмосфере инертного га- 60 за, препятствующего протеканию окислительно-.-восстановительных реакций.

При нагреве происходит полная термическая активация соединения, продукты распада улетучиваются иэ области шва и образуется герметичное и прочное соединение иэ чистого AE О . Для повышения надежности контакта датчик выдерживают под давлением окружающей среды.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема процесса изготовления датчиков.

На сапфировое кольцо 1 с обеих сторон наносят слой алюминий-органического соединения со связкой 2, причем верхний слой имеет наружный диаметр, равный внутреннему диаметру нижнего слоя кольца. Затем сборку с мембраной 3 устанавливают на титановое кольцо-шайбу 4 и осуществляют формировачие датчика.

Тензореэистивную схему 5 наносят на мембрану после формовки всей сборки, затем устанавливают крышку б корпуса и осуществляют герметизацию датчика. Для установки изделия в корпус объекта используют вакуумно-плотную прокладку 7 из мягкого металла, Герметизация обеспечивается завинчиванием титанового кольца в тело объекта

8. Отличительной особенностью является то, что датчиком является весь сборочный узел. Этот узел легко устанавливать и герметизировать в корпусе изделий с сохранением высокой чувствительности измерения динамического давления датчиком. Высокая термостойкость обеспечивается за счет применения термостойких материалов прокладки и кольца, а также герметизирующих швов и уплотнения. Стрелки Н и Р на чертеже соответствуют компрессионному и динамическому давлению.

Термический нагрев беэ активации приводит к образованию рыхлого пористого слоя А3 О>., : разрушающегося при испытаниях, а только активационное облучение не обеспечивает высокой адгеэии переходного слоя к мембране и металлическому кольцу. Отсутствие компрессионногo давления также не обеспечивает хорошей адгеэии переходного слоя. Без удаления связки при нагреве ее включения приводят к отравлению переходного шва иэ-за дегазации AZ2o продуктами распада связки и постепенному выходу датчика из строя. При рабочем вакууме отх<ига датчика ниже

10"4 мм рт.ст. в шве остаются следы органической связки, приводящие к дегаэации А2 0, Откачка до разрежения выше 10 б мм рт,ст. не влияет на качество шва и становится малоэффективной. Это позволяет выбирать величину рабочего вакуума при отжиге, равной

10 4 — 10 8 мм рт.ст. При облучении ультрафиолетовым излучением интенсивностью ниже 0,25 клк распад исходного органического соединения происходит не полностью, что ухудшает качество и прочность соединения мембраны с металлом. При интенсивности выше 5 клк начинается частичный распад остаточ801119

Фор лула изобретения

ВНИИПИ Заказ 10443/71 Тираж 795 Подписнэе

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ных органических продуктов раэложени: .

g выделяется атомарный углерод, обра зующий карбиды. Включения карбидов способствуют увеличению хруйкостй соединения, что снижает чувствительность и срок службы датчика под нагрузкой. Температура активационного распада большинства алюминий-органических соединений, используемых при изготовлении динамических датчиков давления, составляет 400 — 420 С.

Вне указанных пределов качество слоя

AI ухудшается. Для получения однородного и плотного соединения мембраны с металлическим основанием корпуса формирование соединения осуществляют под давлением в антоклаве. При 15 давлении ниже 30 атм н шне могут сохраняться пустоты и раковины, ухудшающие чувствительность измерения данления в динамическом режиме. Увеличение давления выше 60 атм сопро- Щ вождается появлением трещин и сколов н самой мембране, что также снижает чувствительность датчика.

Датчик после его изготовления устанавливают заподлицо с поверхностью 25 изделия. Механическая нагрузка при закреплении датчика, полученного дан" ным способом, передается преимущественно титановому кольцу, а не воспринимающему элементу, что обеспечивает рр высокую стабильность прибора и сохранение чувствительности во всем ди-апазоне рабочих температур. Срок службы датчиков превышает 1000 ч под нагрузкой, а рабочая температура дости- 3 гает 500оС. Такие датчики могут работать в парах НС1, Н, 0, NH>, метане и окиси углерода.

Применение данного способа в промышленных условиях существенно расширяет диапазон рабочих темпераLyp и измеряемых давлений н динамическом режиме и обеспечивает сохранение высокой чувствительности измерения.

Способ изготовления датчикон давления, включающий нанесение тенэсрезистивной пленки на упругий эле..лент, установку упругого элемента на : :-ование корпуса, нанесение герметнэнрующего материала, закрепление упругого элемента в корпусе и герметизацию датчика, отличающийся тем, что с цельк повышения точности измерения давления при повышенных температурах, нанесение тенэореэистивной пленки на упругий элемент проводят после установки упругого элемента на основание корпуса, а герметизацию датчика осуществляют отжигом н вакуумной камере с последующим облучением его в камере при атмосферном давлении ультрафиолетовым излучением интенсивностью 0,25-5 клк, затеи нагревают датчик до температуры 400

420ОС и ныдержинают его под давлением 30 - 60 атм н течение 15 — 20 ьжн, причем атмосферное давление и кам ре создают путем наполнения ее инертным газом а н качестве герметизирующегo материала используют порошок раэлагаемого алюминий-органического связующего °

Источники информации, принятые во ннимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 249700, u . G 01 R 9/04, 1969.

2. Патент Японии Р 31397, кл. С 23, 1971 (прототип).