книги / Малобазные тензодатчики сопротивления

ния 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).