Материал для изготовления чувствительных элементов высокотемпературных тензорезисторов Советский патент 1980 года по МПК G01B7/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения деформаций твердых тэл, использующих изменение электрического сопротивления чувствительного элемента. Оно может быть использовано в электрических тензометрах для измерения механических напряжений и деформаций в деталях и конструкциях, работающих при высоких температурах.

Известны полупроводниковые материалы, например, германий, кремний и другие, которые используются в качестве материала для чувствительных элементов тензорезисторов ij .

Недостатком известных полупроводниковых материалов является невозможность их использования при температурах свыше 25О-270°С, так как и.х тензочувствитеяьность, высокая при нормальных температурах, сильно падает с ростом температуры. Кроме того, при высоких температурах они сильно окисляются на открытом воздухе, что не обеспечивав

стойкости тензорезисторов и стабильности их метрологических характеристик в процессе длительных испытаний.

За последнее время в качестве материала для чувствительных элементов вььсокотемпературных тенаорезисторов применяют карбид кремния гексагональной структуры - ОС Si С (6Н). Его тензочувствитальность остается удовлетворительной при текшературах до ЮОО С,

10 он стоек в окислительной среде вплоть до температуры 15ОО С L2J .

Однако карбид кремния - дорогостоящий материал, это значительно увеличивает стоимость экспериментальных иссле15дований и промышленных испытаний проч. ностньк свойств деталей машин и элементов конструкций.

Целью изобретения является снижение

X .затрат на экспериментальные исследования и промышленные испытания прочностных свойств машин и конструкций при высоких температурах.

Это достигается применением в качестве материала для изготовления чувствительных элементов высокотемператур- ньрс тензорезисторов.

Феррит обладает тензочувствительносФью порядка 6О-8О в диапазоне температур С, он стоек к окислению на открытом воздухе до 900 С. Ферритдешевый материал стоимостью порядка десятков рублей за килограмм.,

На фиг. 1 показана установка для испьггания образцов чувствительньк элеме тов; на фиг. 2 - график испытаний.

Образцы чувствительных элементов для испытаний изготовляют из феррита марки 400 НМ в виде параллелепипедов со средними размерами 17x2,5.x 1,3 мм, и.х поверхность шлифуют, полируют и протирают спиртом. Место для двух электрических вьюодов у концов образцов смазывают

суспензией на сциртовой основе из равных частей порошка серебра и окиси меди После этого образцы нагревают до расплавления твердых компонентов суспензии (1ООО-1100°С), а затем о.хлаж,цают до нормальной температуры. К полученным проводяишм поверхностям с помощью электрической сварки прикрепляют контактные электрические вьшоды из никелевого провода. Измерительная база таких чувст- витапьных элементов составляет в среднем 12,5 мм. Испытания изготовленных чувствительных элементов проводят на установке (см. фиг. 1), представляющей собою балку 1 равного сопротивления, жестко зай, репленную в стойке 2 и нагружаемую грузом 3. Чувствительный элемент 4 из феррита крепится на балке 1 с помощью цемента. Нагружая балку 1 различными грузами 3 при различных значениях окружающей температуры и измеряя сопротивление между электрическими вьшодами 5, можно определить основные характеристики феррита, которые необходимо знать для его применения в качестве материала для чувствительных элементов высокотемпературных тензорезисторов.

На фиг. 2 приведена зависимость относительного изменения сопротивления

ОДНОГО из образцов феррита от относительной деформации при нормальной температуре. Для сравнения приведены такие же зависимости для карбида кремния и фосфида галлия.

Основные характеристики феррита 400 ИМ как тензочувствительного материала при 8ОО°С.

Удельная электропровод-

28,8 омсм .ность

Относительная деформа6.10 ция

Т е нзочувствит альность 65 Температурный коэффици-1,

10 V

12,4 ент сопротивления Температурный коэффициент тензочувствительнос-

Ю /°С ти

Применение феррита в качестве материала для изготовления чувствительных элементов высокотемпературных тензоре- зисторов даст большой экономический эффект, во-первых, благодаря дешевизне феррита, а, во-вторых, благодаря тому, что технология производства чувствитвп гных элементов из феррита проста и близка к технологии производства ферритовых чувствительных элементов для термисто- ров.

Формула изобретения

Применение феррита в качестве материала для изготовления чувствительных элементов высокотемпературных тензоре- зисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Тейзометрия в машиностроении. Справочное пособие под ред. Макарова Р. А., М., Машиностроение, 1975, с. 56, табл. 3.

2,Рапацкая И. В. Карбид кремния новый материал для вьюокотемпературны тензопреобразоватвлей.-Измерения, контроль, автоматизация, М., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1975, вып. 2, с. 52-58 (прототип).

А

у

Фи1.

xia

л

Iff

i 6

4 2

exW