|
| |
|
Слаботочка Книги лам (аотр= 10-7-30 кг/см), высокой механической прочностью и нагревостойкостью [75]. Характерной особенностью этих клеев является сохранение механической прочности после прогрева до высоких температур. Большинство типов высокотемпературных зарубежных тензорезисторов используют фосфатные клеи в качестве связующих. Это алюмофосфатные клеи А1Р-1, А1РВХ, цемент Н и Brimor 529 [25]. Рабочие температуры тензорезисторов с этими связующими: 350-400°С для измерения статических деформаций и 600-700°С для измерения динамических деформаций. Тепловая обработка после прикрепления тензорезисторов этими связующими 315°С в течение 1-6 ч. Институтом химии силикатов АН СССР для тензометрии разработан отечественный алюмосиликатфосфатный клей НЦ-1 (АСФ-1), твердеющий при 100-150°С, обладающий высокой адгезией к металлам, стеклу и керамике и имеющий хорошие изоляционные свойства (рис. 103). Этот алюмосиликатфосфатный клей относится к клеям-цементам, состоящим из порошка и жидкости затворителя [75]. Структура клея-цемента НЦ-1, состоящего из комплексов и групп, такова, что в нем слабо выражены релаксационные свойства. Это позволяет рекомендовать его для тензорезисторов, предназначенных для длительных испытаний в условиях длительного действия нагрузки и температуры. Так, проведенные исследования показали, что длительные (десятки и сотни) часы действия температуры и деформации е=1500 млн- не приводят к заметному изменению чувствительности тензорезисторов с этим связующим, а ползучесть при этих испытаниях за длительное время не превышает 3,5% (табл. 35). При ис-пол{>зовании в тензорезисторах органических и кремнийорганических связующих ползучесть при тех же температурах даже за более короткое время (5-6 ч) достигает больших значений (6-7% и более). Однако алюмосиликатфосфатный клей НЦ-1 имеет малую вязкость и невысокую клеящую способность, что затрудняет массовое применение тензорезисторов в сложных условиях их установки на натурные конструкции. Отечественной промышленностью для тензометрии и термометрии разработан неорганический клей ВК-21 на основе алю-мохромфосфатных связок АХФС, которые можно рассматривать как вязкую полимерную жидкость. Отверждение этих связок происходит в результате реакции конденсации. Клей обладает высокой вязкостью и хорошей клеящей способностью. Однако высокая вязкость не позволяет использовать его для изготовления тензорезисторов и он рекомендуется только для их установки на исследуемую конструкцию. После прикрепления тензорезисторы подвергаются тепловой
обработке при 200°С в течение 2-3 ч, приводящей к удалению из клея кристаллизационной воды и повышению за этот счет сопротивления изоляции тензорезисторов при нагреве. Неорганические фосфатные клеи имеют после отверждения большие значения модуля сдвига (примерно на порядок больше, чем у органических соединений). Высокий модуль, а также большая хрупкость неорганических клеев типа НЦ-1 и ВК-21 К приводят к тому, что предельная деформация, измеряемая тензорезисторами с этими связующими, составляет не более 0,2- 0.3%. Наилучшими изоляционными и механическими свойствами при высоких температурах из неорганических связующих обладает связующее в виде плазменно напыленных жаростойких оксидов [16]. Наиболее успешно это связующее разрабатывается в ИМАШ для тензорезисторов с металлической подложкой [56]. Сопротивление изоляции тензорезисторов со связующим на основе напыленной алюмомагнезиальной шпинели составило 15-20 МОм при температурах до 700-750°С. Недостатком такого типа связующего является высокая жесткость, повышающая приведенный модуль (металлическая подложка-связующее) примерно в 1,5-2 раза (£пp=3,0--3,5X Х10« МПа). Рассмотренные ранее исследования проводились при высоких температурах. Исследования, проведенные с различными клеями и цементами при азотных и гелиевых температурах показывают, что практически все высокотемпературные клеи и Тип тензорезнстора Связующее .1-Пн ЗСПК КФ5П1-3-400 1-ЭП ЗСПЭ ПКСМХЮ ВТХЮ ЗСПХЮ цннм БФ-2, ВЛ-6 ВК-32-2, ВК-9 ПИР-2 ВС-350 БФ-2, ВЛ-6 ПИР-2 ПКСМ ПИР-2 НЦ-1 Подложка К при различных температурах, °С -196 -269 Чувствительный элемент Пленка из ВЛ-6 Стеклоткань » Феиилон Пленка из ВЛ-6 Стеклоткань Асбестовая бумага Временная из целлофана Стеклоткань 1,93 2,08 1,87 2,12 1,82 1,83 2.41 2,65 2,66 2,18 1,83 2,01 1,85 2,14 1,87 2,50 2,80 1,80 2,50 Констаита-новая проволока То же Константа-новая фольга Проволока эваном То же Проволока Х21Ю5ФМ То же НМ23ХЮ цементы пригодны для использования при криогенных температурах. Например, передача деформации производится без искажения такими клеями, как эпоксидные (ЭПК, ВК-9 и др.), фенолоформальдегидные (БФ, ВЛ и др.), полиимидные (ПИР-2 и др.), кремнийорганические (ВН-15Т, Ц10 и др.), фосфатные НЦ-1 и др. (табл. 36). Релаксационные процессы в связующих при криогенных температурах резко уменьшаются, и ползучесть тензорезисторов мала (как правило, не превышает -0,5%). Изоляционные свойства связующих при криогенных температурах сохраняются высокими. 4. КОНСТРУКЦИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ В целях измерения деформаций при наличии материалов для чувствительного элемента и связующего необходимо разработать конструкцию тензорезисторов, обеспечивающую простоту изготовления и наклейки и не искажающую деформацию, передаваемую от конструкции к чувствительному элементу тензорезнстора. При массовом применении тензорезисторов их конструкция должна обеспечивать длительное хранение и возможность изготовлять их в запас. Желательно, чтобы тензорезистор перед установкой был в собранном виде, т. е. имел чувствительный элемент, прочно вделанный в связующее, и приваренные выводные проводники. Проволочные тензорезисторы по способу намотки чувствительного элемента делятся на два типа: спиральные и плоские. Спиральные тензорезисторы изготовляются из проволоки, намотанной на трубку из бумаги или другого материала, которая затем сплющивается. Такие тензорезисторы имеют два ряда проволоки, изолированных двумя спаями подложки (рис. 104, а). Плоские тензорезисторы имеют чувствительный элемент, уложенный на подложку в одной плоскости. Решетка укладывается или в виде петель - петлевая форма намотки (рис. 104, б) -или в виде параллельно уложенных нитей с поперечными перемычками-непетлевая форма намотки (рис. 104, в). Преимущество спирального тензорезнстора заключается в том, что можно на малой базе получить большие сопротивления. Эти тензорезисторы имеют малую поперечную чувствительность, так как петли решетки располагаются перпендикулярно к поверхности детали. Однако спиральные тензорезисторы имеют большую толщину, плохие условия охлаждения и допускают меньшую по сравнению с другими формами силу тока питания. Такие характеристики, как ползучесть и гистерезис у спиральных тензорезисторов существенно выше, лем у тензорезисторов плоской формы. Поэтому спиральные тензорезисторы имеют ограниченное применение и в основном используются для измерения динамических деформаций. В тензометрии, особенно для измерения статических деформаций, наиболее распространена плоская петлевая форма намотки, так как по сравнению со спиральными такие тензорезисторы имеют меньшую толщину, лучшие условия охлаждения и соответственно лучшие метрологические характеристики. Эта    Рис 104. Формы иамотки решетки проволочного тензорезнстора: форма намотки чувствительного элемента более удобна и проста в исполнении, чем непетлевая форма намотки, которая, однако, благодаря концевым участкам li имеет незначительную зависимость чувствительности от базы, малые ползучести и гистерезис. Кроме того, непетлевые тензорезисторы вследствие отсутствия петель не имеют поперечной чувствительности. В практике тензометрирования применяются конструкции тензорезисторов без подложки, с временной подложкой и с различными типами постоянных подложек. Следует отметить, что в практике используется также конструкция бесклеевых (подвесных) проволочных тензорезисторов, в которых проволочная решетка закреплена на токоизолированных штырьках, жестко связанных с исследуемой конструкцией. Такие тензорезисторы обладают высокой временной стабильностью, однако в связи со сложностью закрепления на исследуемой конструкции в основном используются для измерительных устройств (датчиков силы, давления, перемещения) [55]. В качестве примера конструкции тензорезисторов без подложки можно привести конструкцию тензорезисторов НТ (фирмы BLH), представляющую собой проволочную решетку, укрепленную на рамке, которая после установки тензорезистора удаляется (рис. 105). Достоинством конструкции тензорезистора без подложки является то, что после установки тензорезистор располагается в однородном слое связующего. К недостаткам конструкции относятся сложность установки тензорезистора на деталь, особенно на криволинейную поверхность, и трудность ориентировки тензорезистора в момент прикрепления, а иногда и невозможность прикрепления его в труднодоступных местах. Конструкция тензорезисторов с временной подложкой, используемой только для изготовления и хранения тензорезисторов, устраняет эти недостатки, сохраняя достоинства тензорезисторов без подложки. Задачи массового применения тензорезисторов, особенно на натурных конструкциях, потребовали большой надежности работы и уменьшения числа отказов тензорезисторов в процессе их установки и монтажа. Этого можно достичь применением конструкции тензорезисторов на постоянной подложке, которая вместе с чувствительным элементом и выводными проводниками устанавливается на исследуемую деталь. Располагаясь между чувствитель-Рис. 105. Схема тензорезистора типа НЫМ элементом С ВЫВОДНЫМИ НТ без подложки (фирма BLH) проводниками и деталью, под-  ложка осуществляет их дополнительную электрическую изоляцию. В качестве подложки используются лаковая пленка, различные тонкие листовые материалы (стеклоткань, бумага, стек-лобумага и бумага из полиамидных волокон, асбестовая бумага и др.), а также металлическая фольга. При выборе подложки следует исходить из того, что она не должна быть жесткой, так как в противном случае она может искажать поле измеряемых деформаций в детали, а также приводить к малым отношениям G/E„ (где G -модуль сдвига связующего, Е„ - модуль упругости подложки) и соответственно к большим потерям в коэффициенте передачи деформации от исследуемой детали к подложке. Учитывая последнее, тензорезисторы на металлической подложке устанавливают, как правило, на исследуемую деталь посредством точечной сварки. В этом случае, считая, что ядро сварки работает на сдвиг, получаем: отношение G/£n=0,38 и коэффициент передачи деформации подложке, рассчитанный по формулам (54) и (55) (при размерах подложки, например, для тензорезисторов ТТ-600 1п= = 16 мм, ап=6 мм, ha==0,3 мм и принятии толщины связующего he, равной толщине подложки /in), принимает значение Кпер.п- =0,87. По теплостойкости, механическим и электрическим свойствам, а также по эластичности и технологичности наиболее  500 600 700 t;c Рис. 106. Зависимость сопротивления изоляции тензорезисторов со связующ щим НЦ-1 с подложками из различной бумаги: 1 - кварцевой; 2 - базальтовой; 3 - кремнеземистой; 4 - каолиновой; 5 - без подложки 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 |
||||||||||||||||||||||||||||