Способ устранения пузырей в заполненных жидкостью точноизмерительных приборах Советский патент 1978 года по МПК G01C25/00 

(54) СПОСОБ УСТРАНЕН В ЗАПОЛНЕННЫХ ЖИДКОСТЬЮ 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. Объемыis скрытые под поверхностью, сокращенно именуются «скрытыми полостями, а соединяющие их с поверхностью и жидкостью микрощели и поры - «поверхностными капиллярами. Известен способ вакуумирования приборов в котором прибор, подлежащий заполненик)2° жидкостью, подвергают вакуумированию, причем саму жидкость вакуумируют в отдельном сосуде 11j. Недостатком известного способа является то, что отсутствует замещение жидкостью мик- 25 ПРИБОР ИЯ ПУЗЫРЕЙ ТОЧНОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ АХ розазоров 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 превьипающем 10 мм рт. ст. 2. , Недостаток известного способа состоит в том, что отсутствует замещение жидкостью пористых структур, образуемых клеями, диэлектР ками, пластиками и т.д. Ьлижаишим техническим рещением к предлагаемому изобретению является способ З, Р отором сухой прибор, подлежао ий заполнению жидкостью, и жидкость в отдельном подвергают вакуумированию - обычно Р Давлении, не превышающем Ю мм рт. ст., а для некоторых приборов 10 - 10 мм рт. ст., обычно в течение не менее ч. При этом жидкость вакуумируют обычно как минимум ° прекращения выделения газовых пузырей, а прибор - до прекращения существенного газоотделения, уровень которого для каждой конструкции -прибора определяется экспериментально. Да.чее, не прерывая вакуумированпя, самотеком пропускают жидкость из сосуда сквозь 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 изводствеиного помещения. После этого обьщно выполняют контроль суммарного объема остаточных микропузырей в полости блока, состоящих из паров жидкости. Далее вмполняют герметизацию полости прибора с жидкостью, например перекрыванием щтуцеров, служащих для ввода в прибор жидкости. Целью вакуумирования сухого прибора является удаление с поверхностей в его полости, а также из «скрытых полостей газообразных, жкдких и, возможно, твердых летучих включений, способных при эксплуатации прибора вновь образовать газовые пузыри, изменяющие «Параметры плавучести подвижного узла прибйра, указанные ниже; при этом основным физическим процессом является десорбция, т. е, удаление сорбированных газов и жидкостей путем их испарения в вакуум и отсасывания. / Привакуумироваиии 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 атмосфериыми условиями, например в сотни раз увеличивает силу их плавучести, открывающую пузыри от деталей и заставляющую их всплывать и удаляться от прибора; под вакуумом предварительно обезгзжениая жидкость выделяет пар только через поверхиости, отделяющие жидкость от газообразиой фазы, т.е. пар выходит через аакуумируемые 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 иатяжеиие 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, образуют.ся 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; «поверхиостные 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, которое, однако, не может продавить ее в «скрытые полости через «поверхностные капилляры из-за их малой щирины и высокой вязкостн 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 существеиного гидравлического сопротивления для паров, имеющих вязкость, например, в тысячи раз меиьщую, чем жидкость 3, Таким образом, недостатком способа-прототипа является отсутствие замещения жидкостью паров в «скрытых полостях, что приводит к процессам .образования пузырей и, Как следствие, к дрейфам «параметров плавучести подвижного узла прибора, а в итоге, к образова нию нестабильности (дрейфов) выходного сигнала приборов. Под «параметрами плавучести здесь понимаются: сила плавучести (вес в жидкости) подвижного узла; моменты маятииковости 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 - суточиые, транспортировочные, связанные с включением потребляемой мощности и др., они вызывают соответствующие колебания давлеиия пара в «скрытых полостях. Физическая система «жидкость - поверхностные капилляры - скрытые полости - пар отличается следующими свойствами: при повыщении 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, давлеиия происходит обратный процесс, т.е. всасывание того же поверхностного пузыря в «скрытую полость ; если этот пузырь иа поверхности был удалеи, например, ускорением (встряхиванием), либо коагуляцией (слипанием) с соседними пузырями, лнбо растворением в окружающей жидкости (поскольку стационарное давление насыщенных паров жидкости обычно ниже атмосферного давления), то удалеииая часть пузыря (при понижении температуры) восполняется испарением жидкости через «поверхностные капилляры в «скрытые полости, вплоть о восстановления там стационарного давления насыщенного пара;

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 или приемлемыми, проявляющимися регулярно или случайно, стационарными или нестационарными, расхо дящимися или сходящимися. Причины таких вариаций 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 8ч, необходимого для процесса продавливания через поверхностные поры и междетальные мякрощели в скрытые полости и пористые структуры жидкости, сдавливающей, конденсирующей и растворяющей там свои пары, ранее всосавшиеся после замены вакуума на атмосферное давление, как пояснено выше.

В результате замены над поверхностью жидкости вакуума на высокое давление отрессовки (в течение технологически приемлемого периода времени) должно преодолеваться высокое гидродинамическое сопротивление «поверхностных капилляров движению жидкости, которая обычно имеет весьма высокую вязкость. Через них жидкость продавливается в «скрытые полости, где вследствие изотермического сжатия находящихся там паров, последние конденсирук тся, и образующаяся из них жидкость растворяется 8 MHCcfe продавленной жнд1юсти. При этой секундная масса конденсируемого пара пропорциональна давлению сшрессовки. Факт

пропорциональности скорости конденсации давлению опрессовки дает следующие соображения:

во-первых, при увеличении давления опресJ совки можно, в принципе, достигнуть полнпй конденсации паров в «скрытых полостях, так как, в частности, подбор марки жидкости, как правило, обеспечивает постепенное растворение паровых пузырей в своей жидкости уже при атмосферном давлении, т.е. стационарное 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 случаях 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.

5

ЖИДКОСТИ или сосредоточенной силы, например, весом гири. Наполненные жидкостью приборы обычно имеют эластичный элемент гермокорпуса-сильфон, мембрану и т.п., который позволяет жидкости беспрепятственно изменять

Q 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

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 плавучести подвижных узлов показали, что для заданных приборов разница параметров до и после опрессовки оказывалась весьма существенной.. Таким образом, путем массовых экспериментов подтверждено, что аналогичным

5 образом для каждой новой конструкции прибора, представленной материальным образцом, могут быть экспериментально определены величины давления и времени опрессовки, а затем также и количественная результативность нх реализации. В частности, в результате опытов

0 были установлены для заданного изделия: давление опрессовкн 50 ати, время опрессовки 8 ч.

Предлагаемый способ поясняется 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 количественного контроля параметров отрегулированного узла.

Второй этап - стабилизация «параметров плавучести того же подвижного узла, но в составе собрапиого и загерметизированного прибора, в связи с его заполнением жидкостью (п процессе сборки прибора его подвижный узел был высушен вакуумированием). Стабилизаций необходима как для восстановления откалиброэй..нных в первом этапе «параметров плавучести,ак и для обеспечения их стабильиости при эксплуатации прибора.

На первом этапе полностью собранный подвижный узел, обособленный от прибора, в жидкости те.хнологической 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 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 ж.идкости 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, высущивают и направляют на окончательную сборку прибора.

После опресссвки 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 взвещенным в более холодном слое жидкости (расположенном ниже), чем слой, в котором узел взвешивался до его опрессовки. Поскольку это изменение веса достаточно точно повторяется от узла к узлу, есть возможность уже при «грубой регулировке заранее учесть 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 - обособленного от прибора подвижного узла с последующим контролем его «параметров плавучести - позволяет достоверно установить,

какими будут параметры после повторной опрессовки - на втором этане - подвижного узла загерметизированного прибора, причем прямой контроль будет невозможен.

После окончательного контроля первого этапа «параметров плавучести подвижного узла

последний обычно участвует в многочисленных «сухих сборочно-регулировочных онерациях, а перед заполнением прибора жидкостью совместно с неподвижными частями прибора подвергается вакуумированию, вследствие чего происходит «осушение, т.е. полное удаление жидкости из «скрытых полостей и «поверхностных капилляров путем испарения в вакуум и отсасывания паров. В связи с такой перспективой после первого этапа подвижные узлы не обязательно хранить в жидкости.

Второй этап следующий.

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

Полость прибора, подлежащую заполнению жидкостью, герметично соединяют со специальной установкой для заполнения приборов жидкостью и подвергают сухому вакуумированию при давлении Ю мм рт. ст. в течение 8 ч.

за некоторое время до окончания предыдущего процесса (которое связано с параметрами жидкости), подвергают вакуумированию жидкость в отдельном сосуде, причем основными требованиями являются полное обезгаживание и выдерживание заданного удельного веса; не прерывая вакуумирования, пропускают жидкость сквозь полость прибора снизу вверх, вакуумируя входную и выходную поверхности жидкости в течение 2 ч; заменяют вакуум над поверхностью жидкости на атмосферное

давление и выполняют герметизацию прибора путем перекусывания медных трубчатых штуцеров прибора с их герметизацией «холодной сваркой и страховочной пайкой.

Далее применяют предлагаемый способ: прибор помещают 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 одина ковым вследствие наличия в гермокорпусе прибора эластичного элемента в виде сильфона; 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 стабилизация. Кроме того, выполняется существенная попутная задача: под действием давления жидкости конденсируются и растворяются микропузырьки из паров жидкости, которые неизбежно остаются вне подвижного узла прибора, в результате процесса заполнения его жидкостью.

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

В качестве практического результата в некоторых случаях могут быть получены суш.ествеиные улучшения статистических показатс.чей точности, надежности и стабильности выходных сигналов соответствуюших 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 способа после способа-прототипа подвижные узлы приборов приобретали дополнительную отрицательную плавучесть (соответствующую весу жидкости, вдавленной в «скрытые полости и «поверхностные капилляры, сум.марный объем которых предопределен данной конструкцией и приблизительно одинаков в разных экзе.мплярах). Величина этой нестабильности силы плавучести, как и наблюдавшийся размер нестабильности момента маятниковости в жидкости, устраняемые посредством предлагаемого способа, следует считать весь.ма существенными для данного типа приборов.

Формула изобретения

1.Способ устранения пузырей в заполненных жп.а,костью точноизмерительных приборах непрерывным вакуумированием прибора п жидкости до заполнения, в его процессе и после пего, отличающийся тем, что, с целью замещения паров жидкостью в скрытых под noiiopxностью полостях и пористых структурах, после окончания вакуумирования заполненного жидкостью прибора или его обособленного подвижного узла, погруженного в жидкость, на поверхность жидкости оказывают дав,1енпе опрессовки, превосходящее атмосферное давлепие, например 50 ати, настолько высокое, насколько позволяет, в частности, прочность прибора, в течение времени, напри.мер 8 ч, необ5ходимого для процесса иродавливания через поверхностные поры и междетальные микрощели в скрытые полости п пористые структуры жидкости, сдавливающей, конденсируюнгей и растворя:®щей TaiM свои пары.

0

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление опрессовки может передаваться на жидкость, в частности, внутрь гер.метизированпого прибора через эластичный элемент нрибора, например сильфон, нагружением последнего давление.м газа, жидкости или сосредоточенной силы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

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

2.Асе Б. А. и др. «Сборка, регулировка и испытание авиационных приборов, М., «Машиностроение, 1969, с. 273.

3.Асе Б. А. и др. «Сборка, регулировка и испытание авиационных приборов, М., «.Машиностроение, 1969, с. .