Способ изготовления чувствительного элемента струнного датчика Советский патент 1992 года по МПК G01L11/00 

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 изоляционного материала, после чего выдерживают при данной температуре и обесточивают, 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. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано для повышения технологичности, надежно- 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 обе- сточиванием и охлаждением, упругий элемент со струной охлаждают погружением в сжиженный газ 7, инертный к материалам / Ё 2 сл Ч Шг.1 2

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, пред- назначенным 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, возникающих во время внедрения струны в изоляционный материал.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления чувствительного элемента струнного датчика, заключающемуся 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, упругий элемент со струной охлаждают 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 поверхностью в зоне его испарения, затем дополнительно нагревают пропусканием 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, 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.

На фиг.1 и 2 изображены отдельные этапы изготовления чувствительного элемента

струнного датчика.

Способ изготовления реализуют следующим образом.

Формируют упругий элемент 1 с двумя выступами 2. Выполнят струну 4 из электропроводного тугоплавкого материала, например из вольфрамрениевого сплава ВР-20. Формируют в выступах 2 пазы 3. Формирование пазов можно проводить любым известным методом, например фрезерованием.

Формирование пазов можно проводить и в одном цикле с изготовлением упругого элемента 1 и выступов 2. Вплавляют в пазы 3 изоляционный материал 5 с 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 ВР-20 равна 1500°С. Затем упругий элемент 1 и струну 4 помещают в защитную среду, например в инертный газ или вакуум. Нагрева ют 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 сжи- женного 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 2°С/мин снимает остаточные напряжения, возникающие при охлаждении и нагреве. Это позволяет повысить стабильность характеристик струнного датчика и выявить потенциально ненадежные 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 комплексах. Технологичность предлагаемого способа повышается также за счет выявления на ранних стадиях изготовления потенциально ненадежных узлов, что увеличивает надежность работы датчика.

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

5 напряжений в узле изолятор - струна. Вероятность безотказной работы датчика, изготовленного согласно предлагаемому способу, равна 0,99 при рисках поставщика и заказчика а / 0,2 (вероятность безот0 казной работы датчика, изготовленного согласно способу-прототипу, составляет 0,98).

Временная нестабильность датчика, изготовленного согласно способу-прототипу,

5 равна 1,5%, а у датчика, изготовленного согласно предлагаемому способу, - не более 0,8%.

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

0 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

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

0 изоляционный материал путем ее перемещения и одновременного нагревания до температуры плавления изоляционного материала пропусканием через струну электрического тока с последующим обе5 сточиванием и охлаждением, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, упругий элемент со струной охлаждают погружением в сжиженный газ, инертный к материалам упругого эле0 мента и струны, выдерживают в сжиженном газе до уравнивания температур, извлекают из сжиженного газа и выдерживают над поверхностью в зоне его испарения, затем дополнительно нагревают пропусканием

5 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.

ffii/3.2

трех раз, после чего охлаждают со скоростью 2°С/мин путем уменьшения электрического тока и последующей выдержки на воздухе.