|
| |
|
Слаботочка Книги
Примечание. Числитель - до длительных испытаний, знаменатель -после. тензорезисторов не превышает 5%. Проведенные испытания тензорезисторов ЗСПК. и ЗСПН показали, что вероятность безотказной работы при действии 1 млн. циклов знакопеременной деформации с амплитудой ±1000 млн при нормальной температуре составляет 0,90. Средние температурные характеристики сопротивления и их рассеяния в выборках для таких тензорезисторов воспроизводятся после длительного (50- 100 ч) действия максимальных рабочих температур и большого числа перепадов температур от комнатной до /max. Статическая характеристика преобразования тензорезисторов типа ЗСП практически линейна до деформаций ±10 000 МЛН"" при комнатной и рабочей температурах. В практике теплопрочностных исследований натурных конструкций возникают задачи определения напряженного состояния конструкций при многократных быстрых циклических перегревах до 350-400°С. Чувствительность тензорезисторов ЗСПК не изменяется, если при этом суммарное время выдержки при 350°С не превышает 2 ч. Однако температурная характеристика сопротивления тензорезисторов ЗСПК воспроизводится только после 10 циклических кратковременных (время нагрева 1-2 мин) пе-
hnnnn -O-OCr In n о -i-1 i <-,-, 0 20 W so 80 100 120 Ш ISO 180 200 220 r,4 Рис. 108. Чувствительность К Я ее рассеяние 5» в выборке наклеенных тензорезисторов 2ВК54НМ, определенные после длительных в течение времени т прогревов нх прн 400°С: а - при нормальной температуре; б - при 400°С после длительных прогревов при температуре 400°С регревов до 350°С, дальнейшее увеличение циклических нагревов приводит к нестабильности этой характеристики. Как показали исследования, тензорезисторы ЗСПН с чувствительным элементом из модифицированного нихрома * допу-, екают без изменения характеристик чувствительности и температурной характеристики сопротивления многократные (50- и 100-разовые) циклические кратковременные (1-2 мин) перегревы до 350 и 400°С. * В этих исследованиях в качестве чувствительного элемента использовалась проволока нз модифицированного ннхрома Н80ХЮД, разработанного в ЦНИИЧМ [61]. 80 Тоос.ч  Рнс 109. Часовая ползучесть тензорезисторов 2ВК54НМ: а-при нормальной температуре; б - при 400°С после длительных прогревов Для дальнейшего повышения рабочей температуры исследования натурных конструкций и агрегатов летательных аппаратов в последнее время разработаны тензорезисторы типа 2ВК54НМ со связующим из клея ВК54М, отверждающегося без тепловой обработки, и чувствительным элементом из проволоки НМ23ХЮ. Тензорезисторы 2ВК54НМ устанавливаются на конструкцию без тепловой обработки и могут быть использованы при испытаниях в условиях длительного (около нескольких сотен часов) действия температуры 400°С. При этом характеристики чувствительности при комнатной температуре и 400°С (рис. 108) и их рассеяние в выборках практически не изменяются, часовая ползучесть при 4Q0°C уменьшается (рис. 109), а температурная характеристика воспроизводится. 6, ТЕНЗОРЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ШИРОКОГО ДИАПАЗОНА КРИОГЕННЫХ И ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР При исследовании прочности машиностроительных конструкций в условиях криогенных температур возникают задачи измерения напряженного состояния конструкций и задача создания измерительных устройств для измерения нагрузок, пе ремещений и др. В первом случае необходимо исследовать в основном натурные конструкции, тензорезисторы при этом должны применяться в массовых количествах й основными требованиями к ним являются установка без проведения тепловой обработки, простота и надежность установки и в случае измерения тепловых напряжений конструкций - небольшие значения температурной характеристики сопротивления It- Полиимидный клей ПИР-2, используемый в тензорезисторах ЗСПК и ЗСПН, предназначенный для массового тензометрирования натурных объектов при температурах до 300°С, может быть использован и для тензорезисторов, предназначенных для криогенных температур. Кроме того, как показали исследования, это связующее в тензорезисторах не приводит к изменению его характеристик при изменении давления от 6,6-,10-Па до нормального, а разрежение заметно не сказывается на дрейф тензорезисторов. Клей ПИР-2 обеспечивает тензорезисторам при температуре жидкого азота (-196°С) сопротивление изоляции (7-20) 10 МОм. Как было показано в параграфе 2 гл. 7, наиболее благоприятные температурные характеристики сопротивления при криогенных температурах имеют тензорезисторы с чувствительными элементами из модифицированных нихромовых сплавов эваном. Карма, Х20Н73ЮМ, никель-молибденовых сплавов НМ23ХЮ и НМ23ЮФ (см. рис. 84) и из отожженной проволоки сплавов Х21Ю5ФМ (см. рис. 97), В табл. 41 для тензорези- Таблица 41
* Данные работы [25]. сторов С чувствительными элементами из этих сплавов, а также новых сплавов - хровангал (ТУ 14-173-124-78) и терминал (ТУ 14-173-125-78), разработанных во ВНИИМ [18, 62], приведены значения чувствительности при нормальных температурах и значения температурного коэффициента Вк, характеризующего функцию влияния температуры на чувствительность. Исследования показали, что для всех исследуемых сплавов в диапазоне температур от -200 до 300°С функция влияния температуры на чувствительность линейна и имеет вид: Ф(/) = 1+5,(-0, где t, - текущая рабочая и нормальная температуры. Температурные характеристики сопротивления тензорезисторов из этих сплавов, установленных на балки из стали н из алюминиевого сплава, приведены на рис. 110. В диапазоне температур от -200 до 300°С наименьшие значения температурных характеристик сопротивления имеют тензорезисторы с чувствительными элементами из сплава Карма и эваном. Наиболее широко используемые в настоящее время в этом диапазоне температур тензорезисторы с чувствительным элементом из эванома и связующим холодного отверждения ПИР-2, названные ЗСПЭ, имеют метрологические характеристики, приведенные в табл. 38. Исследования показали, что тензорезисторы ЗСПЭ имеют стабильные характеристики при длительных (в течение года) периодических испытаниях, заключающихся в многократных (до 100) циклических перепадах температур от -200 до 200°С и нагружениях после них до е=1500 млн->. При этом каждый -2000 -4000 -6000 -8000 -10000 -moo -moo -200 -too
200 t;c Рис. 110. Температурные характеристики сопротивления тензорезисторов типа ЗСП с чувствительными элементами из проволок различных сплавов: / - ЫМ23ХЮ (яаклееяяыв на балку из стали 12Х18Н9Т); 2 -терминал (12Х18Н9Т); 3-Х20Н73ЮМ (Д16Т); < -хровангал (12Х18Н9Т); 5-Х21Ю5ФМ (1Х18Н9Т); «-Карма (Д16Т); 7-эваиом (Д16Т); 8 - эваяои (12Х18Н9Т); О - 1-е испытание; X-2-е; Л - 3-е; □-4-е ЦИКЛ заключал в себе «тепловой удар» и состоял из выдержки в течение 10 мин балки с тензорезисторами в жидком азоте (=-196°С), быстрого помещения балки в печь, нагретую до 200°С, и выдержки при этой температуре в течение 40-50 мин. По истечении 70 циклов таких перепадов балка с тензорезисторами ЗСПЭ подвергалась однократному перепаду температур от -200 до 320°С. После проведения таких длительных испытаний чувствительность при всех рабочих температурах изменяется не более чем на 2-3,5%, функция влияния температуры на чувствительность не изменяется (ф(/) = 1-0,24• 10-0, часовая ползучесть при максимальной температуре 300°С умень-204 шается от -6 до -1%, средние в выборках значения температурных характеристик сопротивления воспроизводятся в пределах ±100 млн-, а средние квадратические значения St не изменяются. Тензорезисторы ЗСПЭ можно рекомендовать для измерения деформаций при более низких температурах, вплоть до температур жидкого гелия. Так, средняя чувствительность и ее рассеяние в выборке тензорезисторов ЗСПЭ, определенная во ВНИИФТИ при температуре жидкого гелия (-269°С), практически не изменяется по сравнению с чувствительностью при нормальных температурах (/(26900= 1,80, Sk=1,2%; /С25>о== = 1,83, 5к=1,0%). Эти исследования также показали, что статическая характеристика преобразования тензорезисторов ЗСПЭ линейна в пределах погрешности аппроксимации 5а- = 5 млн- до 6=12 000 млн-. Тензорезисторы ЗСПЭ, наклеенные на балки из различных сплавов, имеют относительно небольшие значения It во всем диапазоне температур от нормальной до температуры жидкого гелия, а рассеяние в выборках характеризуется значением S-269°o, не превышающим 280 млн- (рис. 111). В случае применения тензорезисторов при криогенных температурах для измерительных устройств допускается проведение тепловой обработки после установки тензорезистора. Однако становятся более высокими требования к надежности и стабильности метрологических характеристик тензорезисторов. Для измерительных устройств, работающих в условиях криогенных температур до -200ч-269°С, разработаны и применяются фольговые тензорезисторы ФНМ [8] и проволочные 1-ЭП [76]. Фольговые тензорезисторы ФНМ имеют чувствительный элемент из сплава НМ23ХЮ, а проволочные - из сплава эваном. В качестве связующего в обоих типах тензорезисторов используется связующее горячего отверждения-лак
Рис. III. Температурные характеристики сопротивления тензорезисторов ЗСПЭ, наклеенных иа балки из различных материалов: i-броиза БрБ2,5; г-сталь 12X18H9T; 3-титановый сплав ПТ-ЗВ (шкала 1, от О до -5000) 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||