книги / Малобазные тензодатчики сопротивления
..pdfния розеток специальной формы. Для намотки розеток на этих станках в плитке, несущей решетки, выполняют ряд сопряжен ных отверстий, с помощью которых ее можно закреплять на штиф тах ползунка поворотного столика последовательно в нескольких положениях. Расположение сопряженных отверстий на плитке определяется формой и типом решетки.
Рис. 1. Специальные розетки проволочных петлевых тензодатчиков и плитки для их изготовления:
а — восьмиэлементная веерная розетка для определения остаточных напряжений методом отверстия; б — прямоугольные трехэлементные розетки с совмещенными центрами реше ток; в — плитка для изготовления восьмикомпонентной веерной розетки; г — плитка для изготовления четырех прямоугольных трехкомпонентных розеток; 1—4 — пары сопря женных отверстий
Профиль плитки для различных типов розеток определяют при помощи блокирующих контуров, которые зависят от конструк тивных и геометрических параметров поворотного столика. Авто рами были спроектированы и изготовлены плитки для намотки веерных восьмиэлементных розеток, предназначенных для опре деления остаточных напряжений методом отверстия [36], а также
плитки для намотки прямоугольных |
трехэлементных розеток |
с совмещенными центрами решеток (рис. |
1). |
Тензодатчики с плоской решеткой изготовляют на бумажной подложке; связующим служит клей БФ-2. Решетки, намотанные на пластинках, выдерживают при комнатной температуре в тече
ние 86,4 ксек (24 ч). Затем пластинки через картонные прокладки складывают в пакет из 20—25 шт. и подвергают тепловой обра ботке по следующему режиму г:
Нагрев до |
°К (°С) . |
333 |
(60) |
433 (160) |
Выдержка |
в ксек (ч) |
7,2 |
(2) |
14,4 (4) |
Заключительная операция первого цикла тепловой обработки состоит в охлаждении пакетов с тензодатчиками до комнатной температуры и выдержке при ней в течение 57,6 ксек (16 ч).
После первого цикла тепловой обработки на решетку сверху наносят второй слой клея БФ-2, тензодатчики выдерживают при
Рис. 2. Устройство для намотки тензочувствительной решетки по методу, предложенному Кемпом [И ]:
а — формирование решетки; б — крепление петель решетки
комнатной температуре в течение 172,8 ксек (48 ч), затем вновь подвергают тепловой обработке в пакетах при 433° К (80° С) в течение 14,4 ксек (4 ч).
Заслуживает внимания предложенный Кемпом метод изготов ления решеток безосновных тензодатчиков, база которых не ме нее 3 мм [11].
Сущность этого метода состоит в следующем. К тензочувстви тельной проволоке карма диаметром 25 мкм, длина которой приблизительно равна полной длине нитей развернутой решетки, присоединяют первичные выводные проводники из кармы диа метром 0,25 мм. Присоединение выводных проводников может быть выполнено пайкой, сваркой или механическим путем. В по следнем случае применяют специальные трубчатые выводные проводники.
Выводные проводники 8 вставляют в державки 4 и проволоку огибают вокруг двух стержней 2, образуя тем самым тензочувствительную решетку 3 (рис. 2, а). Расстояние между стержнями соот-
1 В литературе приводятся и несколько иные, незначительно отличающиеся режимы тепловой обработки [46, 57].
выступающий конец фольговой ленты закрепляют неподвижным зажимом 11у после чего шток и подвижный зажим под действием пружины 12 возвращаются в начальное положение. При подаче ленты последняя из капельницы 10 смачивается раствором бес кислотного флюса. Во время этой операции нити решетки под нимаются гребенкой в верхнее положение, что обеспечивает сво бодное перемещение под ними подвижного зажима.
Поворотом гребенки тензочувствительные нити опускаются в нижнее положение и плотно ложатся на фольговую ленту. Через ленту пропускают ток, температура фольги повышается до темпе ратуры пайки, в результате чего тензочувствительные нити спаи ваются с лентой. После обрезания ленты, поступающей с барабана, нити с припаянной перемычкой перемещаются на величину базы тензодатчика и припаивается вторая перемычка. Конструкция станка предусматривает возможность автоматического контроля величины базы. Затем приступают к припайке перемычек следую щей решетки.
Перемычки между нитями (через одну нить) разрезаются рас положенными в шахматном порядке ножами пуансона 5, образуя тем самым решетку тензодатчика.
Сформированные решетки тензодатчиков перемещаются прием ным барабаном по рабочему столу до тех пор, пока они целиком не заполнят пластинку-вкладыш. Решетки смазывают клеем БФ-2 или лаком Ф-7Т и после схватывания с бумагой или пленкой сво бодные концы нитей, выступающие с пластинки вкладыша, об резают.
Необходимое натяжение проволоки, образующей нити в про цессе формирования решеток, создается пружинным фрикционным устройством и регулируется весом груза, устанавливаемого сверху катушки. Наклеенные на пластинке-вкладыше решетки* подвер гают тепловой обработке в соответствии с принятым режимом (см., например, стр. 32).
2. ГРУППОВОЙ СПОСОБ |
ИЗГОТОВЛЕНИЯ |
ТЕНЗОДАТЧИКОВ |
С ДВУХСЛОЙНОЙ |
СПИРАЛЬНОЙ |
РЕШЕТКОЙ |
Решетка двухслойных тензодатчиков состоит из двух элемен тов: чувствительного элемента (собственно решетки) и накидных петель. При групповом способе изготовления к накидным петлям решеток групповой сваркой приваривается гребенка выводных проводников [30]. Подобный способ изготовления позволяет по лучить тензодатчики с минимальной величиной разброса по из мерительным характеристикам.
Решетки тензодатчиков наматываются на станке (рис. 4), в основу которого положена кинематическая схема, предложен ная В. И. Мазо [30].
Гильзу, на которую наматывается проволока, образующая чувствительные элементы решеток тензодатчиков, изготовляют из
предварительно пропитанной клеем БФ-2 бумажной ленты, нави ваемой по винтовой линии на специальный стержень. После соот ветствующей тепловой обработки, необходимой для полимериза ции клея, гильзу снимают со стержня и устанавливают на цен тральной игле 21 оправки 24. Центральную иглу выполняют сменной; диаметр ее выбирают в зависимости от базы изготовляе мых тензодатчиков.
В оправке установлена также боковая игла 26, смещенная относительно центральной иглы на величину /. Боковая игла служит для образования накидных петель, к которым впослед ствии приваривается гребенка выводных проводников.
Тензочувствительную проволоку с катушки 14 пропускают через рычажно-грузовое натяжное устройство 15, неподвижный блок 13, систему блоков У, 18, 2, 5, 6 каретки 3 и закрепляют зажимом 23 на оправке.
Блоки 5 и 6 размещены на консольном проводоводителе 4, который смещен относительно центральной иглы на величину а. Проводоводитель установлен на поворотном рычаге 17, качаю щемся относительно оси 0 г. Угол качания поворотного рычага выбран таким, что при намотке чувствительного элемента прово
доводитель |
находится между центральной и боковой иглами |
(а < /), а |
при образовании накидных петель — за центральной |
иглой (а > |
/). |
Каретка перемещается ходовым микрометрическим винтом 12 от рукоятки 9 через систему зубчатых передач.
При намотке чувствительного элемента во время прямого хода каретки (слева направо) винт приводится в движение через смен ные шестерни 7 и 11 и накидную шестерню 16; при образовании накидных петель, а также во время обратного (ускоренного) хода — через стационарные шестерни 8 и 10 и накидную шестерню 20. Число зубьев сменных шестерен выбирают исходя из необходи мого шага намотки (см. стр. 14) изготовляемых тензодатчиков.
Прямой или обратный ход включают качающимся относительно оси О2 рычагом 19, на котором установлены в параллельных плоскостях накидные шестерни 16 и 20.
Оправка приводится во вращение синхронно с перемещением каретки поводком 25.
Формирование решеток (рис. 5) на гильзе начинают с намотки нескольких нерабочих витков 1 тензочувствительной проволоки (рис. 5, а). Затем проводоводитель выводят за пределы боковой иглы, включают ускоренную передачу и приступают к формиро ванию накидной петли 2 (рис. 5, б). После образования накидной петли проводоводитель вновь вводят между центральной и боко вой иглами (рис. 5, в) и наматывают тензочувствительный эле мент 3 первой решетки (рис. 5, г).
Последовательный процесс намотки тензочувствительных эле ментов и накидных петель продолжают до тех пор, пока тензо-
з* |
35 |
чувствительные элементы не заполнят всю длину центральной иглы, после чего второй (свободный) конец проволоки зажимают пружиной 22 (рис. 4), установленной на каретке и перемещаю щейся вместе с последней.
Наружную поверхность гильзы с намотанной решеткой смазы вают клеем, который затем высушивают на воздухе в течение
° ) |
6 ) |
Рис. 5. Формирование решеток двухслойных спиральных тензодатчиков:
а — образование начальных нерабочих витков; б — начало фор мирования накидной петли; в — окончание формирования накид ной петли; г — формирование чувствительного элемента первой решетки
нескольких часов. После окончания сушки накидные петли вблизи бокового стержня перерезают и гильзу снимают с оправки. Вну треннюю поверхность гильзы смазывают клеем, гильзу сплющи вают и приклеивают к общей бумажной подложке. На этом про цесс формирования решеток на общей подложке оканчивается.
3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОЛЬГОВЫХ ТЕНЗОДАТЧИКОВ
Решетку фольговых тензодатчиков изготовляют фотомехани ческим способом, аналогично способу, применяющемуся в высо кой печати. Весь технологический процесс производства решеток тензодатчиков состоит из следующих основных операций: получе ния группового негатива; копирования негатива; дубления и об жига светочувствительной эмали; нанесения подложки (пленки)
итравления фольги.
Внастоящее время наиболее полно отработана технология из
готовления тензодатчиков из константановой и нихромовой фольги [10, 65] и др.
Изготовление тензодатчиков из константановой фольги
Изготовление негатива. Для получения группового негатива решетку в крупном масштабе вычерчивают черной тушью на листе меловой бумаги.
С масштабного чертежа в натуральную величину изготовляют негатив отдельной решетки, а затем позитив ряда (до 10—15 шт.) решеток. Контактной печатью с позитивного ряда получают гото-
■И ш - 411
HI т m
Рис. 6. Групповой негатив для изготовления фольговых тензодатчиков (фрагмент)
вый групповой негатив (рис. 6), предназначенный для экспониро вания решеток на фольгу.
Подобный метод изготовления группового негатива сложен, не обеспечивает необходимой воспроизводимости оригинала и, в конечном итоге, приводит к значительному разбросу сопротив ления готовых тензодатчиков.
Определенный интерес представляет изготовление масштабного чертежа непосредственно на позитивной пленке с последующим выполнением группового негатива. Однако этот способ в настоя щее время мало применяется.
Подготовка фольги. Подготовительные операции сводятся к за чистке фольги с последующим нанесением слоя светочувствитель ной эмали.
Поверхность фольги очищают ультразвуком. В основу ультра звукового метода очистки положено явление кавитации. Основ ная трудность применения ультразвука для очистки фольги ма-
38
лой толщины (не более 10 мкм) состоит в выборе такого режима очистки, который обеспечивает высокий класс чистоты поверх ности фольги при одновременном отсутствии явлений кавитацион ного разрушения, сопровождающегося образованием микроотвер стий (микродырок).
Наилучшим, сточки зрения указанных требований, по данным Томского завода математических машин, оказались следующие режимы очистки:
Частота ультразвуковых колебаний |
19,5±0,2 |
кгц |
|
Ток подмагничивания . . . |
3.5 |
а |
|
Рабочий (высокочастотный ток) |
4.5 |
а |
кв |
Напряжение . . . . |
2,6—2,8 |
||
Температура раствора . |
363—368° К |
(90—95° С) |
|
Время очистки |
10 ± 2 |
сек |
Перед зачисткой листы фольги в пакетах выдерживают в бен зине, после чего по 5—10 шт. подвешивают в кассете, которую устанавливают в моечную ванну ультразвуковой очистной уста новки.
В качестве моечного раствора применяют раствор следующего состава:
Кальцинированная сода Na2C 03 |
0,20 |
Тринатрийфосфат Na3P 0 3 |
0,60 |
Едкий натр NaOH |
0,10 |
Присадка ОП-7 |
0,03 |
Вода |
10,00 |
Наряду с ультразвуком возможна также очистка фольги поли ровкой ее поверхности мелкоизмельченным мелом.
По окончании процесса очистки фольгу промывают последова тельно горячей и холодной водой и тщательно просушивают.
Для нанесения слоя светочувствительной эмали зачищенную фольгу накладывают на пластинку натяжной рамки (рис. 7) и устанавливают горизонтально в центрифуге. Поверхность фольги смачивают раствором эмали, который просушивают в течение 1,02—1,08 ксек (17—18 мин) при вращении рамки с равномерно увеличивающейся скоростью от 3,14 до 10,50 рад/сек (от 30 до 100 об!мин) и при общем подогреве до 313—323° К (40—50° С).
Состав эмали определяется шириной нити и протравы (рас стоянием между нитями) изготовляемых решеток.
При ширине нити и протравы до 150 мкм рекомендуется применять светочув ствительную эмаль на основе гидролизованной желатины следующего состава в об. ч.:
15%-ный раствор |
гидролизованной |
желатины |
• |
. |
250,00 |
22% -ный раствор двухромовокислого аммония (NН4)2Сг20 7 |
30,00 |
||||
Этиловый спирт СН3СН2ОН . |
. |
|
|
12,50 |
|
8%-ный раствор |
смачивателя СВ-101 |
|
|
1,00 |
|
Вода |
|
|
|
|
12,50 |
Гидролизованную |
желатину получают при растворении |
сухой желатины |
в воде с последующим добавлением 1%-ной концентрированной азотной кислоты (от объема воды).
Эмаль данного состава применяют в том случае, если экспозицию производят дуговыми фонарями, свет которых богат ультрафиолетовыми лучами.
Если экспозицию осуществляют флуоресцентными лампами с бариевым люминофором, свет которых менее богат ультрафиолетовыми лучами, чем свет дуговых фонарей, то содержание двухромовокислого аммония увеличивают до 45 об. ч.
Для повышения светочувствительности слоя и улучшения его проявляемости рекомендуется добавлять ряд веществ: альбумин, аммиак, лимонную кислоту и т. д.
При ширине нити и протравы до 50 м к м рекомендуется применять светочув
ствительную эмаль на основе поливинилового спирта следующего состава в об. ч.:
85%-ный |
раствор поливинилового спирта |
......................89,00 |
100%-ный |
раствор двухромовокислого аммония (NH4)2Cr20 7 11,00 |
Копирование негатива, дубление и обжиг светочувствительной
эмали. Копирование (экспозиция) |
негатива |
на светочувствитель |
|||||
Пласт инка |
ную эмаль |
выполняют |
на |
||||
полиграфических |
копиро |
||||||
|
|||||||
|
вальных |
рамах. |
Время |
||||
|
экспозиции |
составляет |
|||||
|
180—210 |
сек |
(3—7 мин) |
||||
|
при освещении дуговыми |
||||||
|
фонарями |
и |
1,8—2,4 ксек |
||||
|
(30—40 мин) |
при |
освеще |
||||
|
нии флуоресцентными лам |
||||||
|
пами.^ Во |
время |
экспози |
||||
|
ции |
светочувствительная |
|||||
|
эмаль |
под |
прозрачными |
||||
|
участками |
негатива |
за- |
||||
Рис. 7. Натяжная рамка |
дубливается, |
т. е. перехо |
|||||
|
дит |
в нерастворимое |
в |
||||
|
воде |
состояние. |
|
|
Незадубленную эмаль смывают водой с поверхности фольги, после чего отпечатки решеток, покрытые задубленной эмалью, окрашивают для проверки качества отпечатков 10%-ным водным раствором метилвиолета или анилиновой краской.
Участки светочувствительной эмали, соответствующие отпе чаткам решетки, подвергают дополнительному дублению.
Дополнительное дубление производится в растворе на основе двухромовокислого аммония:
Двухромовокислый аммоний (NH4)2Cr20 7 |
4,00 |
Хромовая кислота Н2Сг04 или хромоаммонийные квасцы |
|
Сг2 (S04)3 • (NH4)2S 0 4 • 2Н20 |
1,00 |
Этиловый спирт СН3СН2ОН |
7,90 |
Вода |
90,00 |
Конечный этап операции нанесения светочувствительного слоя на фольгу состоит в переводе эмали в кислотоупорное состояние. Для этого эмаль обжигают в воздушной атмосфере в течение 300 сек (5 мин) при 543—553° К (270—280° С).