Способ крепления мембранного чувствительного элемента Советский патент 1993 года по МПК G01L7/08 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к датчикам, и может быть использовано при изготовлении высокочувствительных датчиков давления, силы, акселерометров.

Известен способ изготовления мембранных узлов датчиков методом диффузионной сварки в вакууме (температура 1050°С, давление 4-6 мПа, время 20-30 мин, вакуум не хуже Па), при этом соединяемые поверхности обрабатываются до 7...8 кл. чистоты. Недостатки способа: нагрев всего узла до высокой температуры, что может привести к изменению структуры соединяемых материалов (рост зерна, фазовые превращения). Значительное усилие поджатия приводит к деформации и разрушению чувствительных элементов с малой толщиной мембраны.

Известен также способ изготовления мембранного узла, заключающийся в заполнении металлического корпуса легкоплавким материалом, в механической обработке

места стыка, в напылении мембраны в виде пленки и в последующем удалении легкоплавкого материала путем нагрева узла до температуры плавления заливочного материала. Недостатками способа являются: ограниченность номенклатуры соединяемых материалов пленки и корпуса, т.к. необходима совместимость их по химическому составу и коэффициентам расширения; загрязнение полости мембранного узла остатками заливочного материала.

Наиболее близким по технической сути является способ изготовления тензометри- ческого датчика давления, заключающийся в установке мембранного чувствительного преобразователя в корпус и их неразъемное соединение с помощью сварки и снятия остаточных напряжений, с помощью дополнительного проплавления металла в области кольцевого шва. Основными недостатками известного способа являются: невозможность изготовления мембранных узлов датчиков на малые диапазоны измерения из-за

Х| 00 лО

%

а

коробления мембран при первоначальной сварке; малый выход годных из-за прожегов и ослабления швов при повторном проплав- лении; невоспроизводимость характеристик мембранных узлов (нелинейность, гистерезис и т.д.) ввиду значительного разброса величины остаточных напряжений и прогибов,гврщикакяцих в процессе сварки.

Цель изобретения увеличение выхода годных изделий. :: /| ;

Поставленная це льдостигаетсятем, что усовершенствуется способ крепления мембранного чувствительного элемента, включающий установку мембраны в корпус и последующее их соединение сваркой. Отличительным признаком способа крепления мембранного чувствительного элемента является то, что в нем сварку производят путем многократных проходов, причем мембрану закрепляют по периметру в нескольких равноудаленных друг от друга точках, при этом при первом проходе сварку- производят в 3-4-х точках, а при последующих - количество сварных точек пропорционально увеличивают вплоть до полного перекрытия сварных зон.

На фиг.1 изображено взаимное расположение мембранного узла и сварочного лу- ча лазера; на фиг.2 показан процесс заполнения сварочного стыка точечными сварными зонами; на фиг.З показано распределение и взаимное расположение сварочных точек в процессе сварки.

Перечень позиций на чертежах; 1 - мембрана; 2 - корпус; 3 - луч лазера; 4 - место сварки;5 - сварочная точка; 6 - сварочный контур; 7 - сварочный шов; 8 - сварочная зона; 9 - номер прохода; 10 - предыдущая сварочная точка; 11 - последующая сварочная точка.

Процесс соединения мембраны с корпусом происходит следующим образом.

Тонкую металлическую мембрану 1 накладывают на металлический корпус 2 и по- мещают в приспособление (на фиг. непоказанное), позволяющее вращать соединяемый узел в плоскости сварки. При этом соотношение частоты следования импульсов лазерного излучения и скорость вращения сварочного узла выбирается таким образом, что за первый оборот сварка производится в 3-4-х точках 5, представляющих собой зоны 8 локального расплавления. Далее изменяется соотношение числа

импульсов к скорости вращения из расчета формирования 6-8 сварочных точек, расположенных в промежутке между ранее сфор- мированными и т.д. Таким образом,

количество сварочных точек с увеличением числа проходов (оборотов) пропорционально увеличивается, например, в арифметической прогрессии. Зная диаметр сварочной точки, длину сварного соединения и учитывая коэффициент перекрытия сварочных то- чек (0,6-0,8), можно определить число оборотов свариваемого узла, необходимое для получения непрерывного вакуум-плотного соединения. На фиг.2 и фиг.З процесс

сварки проиллюстрирован следующим образом: мембрану закрепляют в 3-х сварочных точках ai, 32, аз, затем в 34, as, ae, a, as, ад и так далее в ак-1, ак. Благодаря поочередному формированию сварочных точек,

локальные деформации, возникающие в сварных зонах, уравновешиваются, и деформация мембраны отсутствует. Как было отмечено, управление режимом сварки может осуществляться путем изменения скорости вращения свариваемого узла или частотой следования сварочных импульсов (точек сварки).

Пример. Тонкая мембрана толщиной 0,1 мм из материала 79 НМ приваривалась

к корпусу из 44НХТЮ. Сварочная установка - Квант-15.

Режимы сварки: напряжение на накопителе 600 В; длительность импульса 0,4 мс; частота следования импульсов 2 Гц; диаметр свариваемого узла 24 мм; диаметр сва- рочной точки 0,8 мм; коэффициент перекрытия 0,7; минимальное число оборотов до полной сварки равнялось 7, максимальное число оборотов 90 об./мин. Затем

плавное снижение. После сварки визуально как невооруженным глазом, так и при наблюдении через часовой пректор при десятикратном увеличении выхлопов или короблений мембраны не наблюдалось.

Предлагаемый способ крепления мембранного чувствительного элемента позволяет увеличить выход годных датчиков на 10-20% за счет уменьшения брака по короблению и выхлопу мембраны, а также из-за

проплэвления зоны сварки. Кроме того, в результате уменьшения остаточных напряжений в узле стабилизируются метрологические характеристики датчика и уменьшается их временной дрейф.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении высокочувствительных датчиков давления, силы, акселерометров и направлено на увеличение выхода годных изделий. Сущность изобретения: металлическую мембрану 1 накладывают на металлический корпус 2 и помещают в приспособление, позволяющее вращать соединяемый узел в плоскости сварки, при этом за первый оборот сварка производится в трех-четырех точках, далее в шести-восьмиточках, расположенных в промежутке между ранее сформированными, и т.д. до полного перекрытия сварных точечных зон между собой. 3 ил.

Формула изобретения Способ крепления мембранного чувствительного элемента, включающий установку мембраны на корпус и последующее их соединение сваркой, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода годных

изделий, в нем сварку производят путем многократных проходов, причем мембрану закрепляют по периметру в нескольких равноудаленных одна от другой точках, при

этом при первом проходе сварку производят в 3-4-х точках, а при последующих количество сварных точек пропорционально увеличивают вплоть до полного перекрытия сварных зон.