Способ установки тензорезисторов
Владельцы патента RU 2698554:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") (RU)
Заявляемый способ относится к измерительной технике, в частности к способам установки тензорезисторов, предназначенных для работы в условиях открытого космоса. Способ установки тензорезисторов заключается в том, что склеивание посадочных поверхностей тензорезисторов и изделия выполняется в термобарокамере при давлении не более 1 ⋅ 10-4 Па с помощью клеевого состава из эпоксидной смолы и отвердителя, затвердевающего при температуре более 80°С, после выдерживания изделия до затвердевания клеевого состава, температура изделия опускается до 25°С, затем проводится калибровка измерительной системы относительно механических и температурных воздействий на изделие в условиях работы в открытом космосе. Техническим результатом заявляемого способа является предотвращение смещения тензорезисторов при затвердевании клеевого слоя при помещении изделия в условия эксплуатации в открытом космосе за счет склеивания тензорезистора и изделия в термобарокамере в условиях вакуума. 2 ил.
Заявляемый способ относится к измерительной технике, в частности к способам установки тензорезисторов, предназначенных для работы в условиях открытого космоса.
Известен датчик деформаций тензорезисторный, патент РФ №2349874, предназначенный для измерения деформации, содержащий один или несколько тензорезисторов, эластичное покрытие, защищающее тензорезисторы от внешнего воздействия, коммутационную плату. Все три компонента датчика соединены клеевым способом в единую трехслойную конструкцию, склеивание происходит в условиях атмосферы. Датчик предназначен для измерения деформаций конструкций на месте их эксплуатации, в том числе, в экстремальных условиях, например, при измерении деформации элементов железной дороги.
Следует отметить, что эластичное покрытие не защищает от воздействия высоких и/или низких температур, вследствие чего предложенный датчик не применим для использования в условиях открытого космоса.
Известна адгезивная композиция и способ склеивания с ее использованием, патент РФ №2562987, заключающийся в приклеивании пленки к слою не вулканизированной резины, включающий размещение адгезивной композиции, предварительно растворенной в подходящем растворителе, между слоями и вулканизации слоев. Композиция обеспечивает улучшенную адгезию к слою пленки и к резиновому слою, а также уменьшает воздухопроницаемость.
Следует отметить, что данный способ не применим для наклейки тензорезисторных датчиков, предназначенных для работы в условиях открытого космоса, за счет сохранения воздуха в клеевом слое и высокой температурной деформации клеевого слоя на основе каучука.
Известен патент РФ №2393425, принятый в качестве ближайшего аналога, при котором используют измерительное устройство, содержащее два чувствительных элемента, смонтированных на одной основе в условиях атмосферы, в качестве которых использованы два тензорезистора, установленные под углом друг к другу. После установки измерительного устройства на деталь выполняется градуировка измерительного устройства по воздействию, вызывающему заданные деформации детали и температурному воздействию.
Основным недостатком является то, что тензорезисторы наклеиваются на объект в условиях атмосферы, при этом в клеевом слое остаются пузырьки воздуха, вследствие чего тензорезисторы ограничены при измерении деформации во всем диапазоне измерения. Под воздействием вакуума и изменения температуры в диапазоне -125…+150±5°С, пузырьки воздуха испаряются, нарушая расположение тензорезистора относительно направления сил, действующих на объект, нарушая целостность клеевого слоя, вызывая частичный или полный отрыв тензорезистора от посадочной поверхности измеряемого объекта.
Технической задачей заявляемого способа является предотвращение смещения тензорезисторов относительно посадочной площадки измеряемого объекта при помещении изделия в условия эксплуатации в открытом космосе.
Поставленная техническая задача решается следующим образом:
Для решения поставленной технической задачи тензорезисторы наклеиваются на изделие с использованием клеевого состава, затвердевающего при высокой температуре, например, эпоксидная смола совместно с отвердителем, затвердевающие при температуре более 80±2°С. Клей наносится на склеиваемые поверхности изделия и тензорезистора, изделие помещается в термобарокамеру, в камере достигается давление не более 1⋅10-4 Па и выдерживается не менее 2 часов. Затем тензорезисторы устанавливаются в соответствующие пазы с помощью телемеханического устройства, например, копирующего манипулятора. Затем с помощью теплопроводящей плиты, оснащенной нагревательными элементами, изделие нагревается до температуры затвердевания клеевого состава, что контролируется температурными датчиками, расположенными на поверхности изделия. Изделие выдерживается при заданной температуре время, необходимое для отверждения клеевого состава, затем температура изделия опускается до 25±2°С.
При наклеивании тензорезисторов на изделие в условиях вакуума исключается образование пузырьков воздуха в клеевом слое при затвердевании, что обеспечивает сохранение положения тензорезисторов относительно направления действующих сил, стабильность характеристик измерительной системы при выводе изделия в условия работы в открытом космосе, за счет чего обеспечивается работоспособность тензорезисторов в заданном диапазоне измерения усилий в условиях работы в открытом космосе.
На фиг. 1 представлено расположение тензорезисторов 1 при наклейке на изделие 2. На посадочные поверхности тензорезисторов 1 и изделия 2 наносится клеевой состав 3. На фиг. 2 укрупненно представлено изделие 2, установленное на теплопроводящую плиту 4 термобарокамеры 5, с установленными тензорезисторами 1, датчиками температуры 6, показано расположение выводов 7 тензорезисторов, нагрев осуществляется с помощью нагревательных элементов 8.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом:
Изделие подготавливается к наклейке тензорезисторов - шлифуются, очищаются и обезжириваются посадочные поверхности на изделии. На склеиваемые поверхности тензорезисторов и изделия наносится клеевой состав, например, из смеси эпоксидной смолы XT-728 и отвердителя МОЕА. Композиции на основе эпоксидной смолы ХТ-728 обладают высокой температурой затвердевания и высокими физико-механическими свойствами: динамическая вязкость при 25°С не более 17,0 Па. Отверждение совместно с отвердителем МОЕА происходит при температуре 120±2°С в течение не менее 2 часов.
На изделие устанавливаются датчики температуры для контроля температуры изделия. Изделие и тензорезисторы помещаются в термобарокамеру, в термобарокамере достигается давление не более 1⋅10-4 Па. По достижении указанного давления изделие и тензорезисторы выдерживаются не менее 2 часов. При удержании указанного давления из клеевого состава испаряются пузырьки воздуха и летучие вещества в составе эпоксидной смолы. Затем тензорезисторы устанавливаются на посадочные поверхности пазов изделия в следующем положении - два тензорезистора противолежащих плеч мостовой схемы устанавливаются продольно направлению действующих сил, два других тензорезистора устанавливаются перпендикулярно направлению действующих сил. Изделие нагревается до температуры 120±2°С для отверждения клеевого слоя. Затем температура опускается до 25±2°С.
Затем проводится калибровка тензорезисторов по механическим воздействиям на изделие, в условиях, приближенных к условиям эксплуатации, при давлении 2⋅10-6 Па, в температурном диапазоне - 125…+150°С.
Техническим результатом заявляемого способа является предотвращение смещения тензорезисторов относительно посадочной площадки измеряемого объекта при помещении изделия в условия эксплуатации в открытом космосе за счет склеивания тензорезистора и изделия в термобарокамере, в условиях вакуума.
В изделии, деформацию которого необходимо измерить, выполняются пазы для установки тензорезисторов. Шлифуются, очищаются и обезжириваются посадочные поверхности на изделии. На посадочные поверхности тензорезисторов и пазов изделия наносится клеевой состав из эпоксидной смолы ХТ-728 и отвердителя МОЕА. Изделие устанавливается в термобарокамеру. В термобарокамере достигается давление не более 1⋅10-4 Па. В процессе откачки воздуха из термобарокамеры пузырьки воздуха, летучие соединения испаряются из материалов, в том числе из клеевого состава и удаляются из термобарокамеры. Удаление пузырьков воздуха из клеевого состава путем испарения обеспечивает равномерное затвердевание клеевого состава и исключает возможное смещение тензорезистора от установленного положения, обеспечивая точную ориентацию относительно направления измеряемых сил, вызывающих деформацию изделия.
Затем с помощью нагревательных элементов, установленных на теплопроводящей плите термобарокамеры, изделие нагревается до температуры 120±2°С, начинается процесс затвердевания клеевого состава из эпоксидной смолы ХТ-728 и отвердителя МОЕА. Клеевой состав затвердевает и обеспечивает надежное крепление тензорезисторов в пазах. Выдерживание изделия в вакууме во время затвердевания клеевого состава обеспечивает сохранение положения тензорезисторов, удаление пузырьков воздуха из клеевого состава обеспечивает равномерное затвердевание. При этом выводы тензорезисторов закрепляются в клеевом составе, что предотвращает их обрыв от чувствительного элемента при монтаже или в процессе эксплуатации.
По окончании процесса затвердевания клеевого состава температура объекта снижается до 25±2°С. Затем проводится калибровка измерительной системы относительно механических и температурных воздействий на изделие в условиях работы в открытом космосе.
Достигаемый технический эффект заключается в предотвращении смещения тензорезисторов относительно посадочной поверхности измеряемого объекта, благодаря чему обеспечивается работоспособность тензорезисторов во всем диапазоне измерения усилий в условиях работы в открытом космосе.
Способ установки тензорезисторов, соединенных по мостовой схеме, которые наклеивают с помощью клеевого состава, состоящего из эпоксидной смолы и отвердителя, путем горячего отверждения, затем проводится калибровка датчика по механическим и температурным воздействиям, вызывающим деформацию изделия, отличающийся тем, что тензорезисторы и изделие с нанесенными клеевыми слоями выдерживаются в термобарокамере в течение не менее двух часов при давлении не более 1⋅10-4 Па, затем выполняется склеивание посадочных поверхностей тензорезисторов и изделия в термобарокамере при давлении не более 1⋅10-4 Па, затем тензорезисторы и изделие выдерживаются в течение времени, необходимого для отверждения клеевого состава, при температуре, определяемой требованиями к клеевому составу горячего отверждения.
