способ установки мембранного тензорезисторного датчика для измерения давления в полимеризуемой массе при изготовлении крупногабаритных изделий

Формула изобретения

1. Способ установки мембранного тензорезисторного датчика для измерения давления в полимеризуемой массе при изготовлении крупногабаритных изделий, включающий крепление мембраны датчика с помощью подсоединительного элемента заподлицо с поверхностью технологического элемента, формирующего внутреннюю поверхность крупногабаритного изделия, отличающийся тем, что в качестве подсоединительного элемента используют жесткий цилиндр, а датчик предварительно градуируют совместно с ним в сборке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличивают жесткость мембраны датчика путем напрессовки кольца.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что мембрана тензорезисторного датчика отделена от массы слоем ткани.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам установки мембранных тензорезисторных датчиков давления, и может быть использовано для измерения давления в процессе полимеризации при изготовлении крупногабаритных изделий.

Из уровня техники известен способ установки мембранного тензорезисторного датчика давления (Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под редакцией Е.И. Осадчего. - Машиностроение, с.118, табл. 5.5, конструкция №4), заключающийся в следующем: отградуированный датчик через резьбовое соединение устанавливают на технологический элемент, обеспечивая герметичность соединения с помощью прокладки. При этом для предотвращения проникновения массы до прокладки между технологическим элементом и датчиком, последние сопрягаются по скользящей посадке,

Недостатком данного способа установки мембранного тензорезисторного датчика давления являются большой размер узла крепления датчика на объекте, а также необходимость соблюдения с высокой точностью перпендикулярности сопрягаемых поверхностей датчика и подсоединительного элемента к их продольной оси и параллельности сопрягаемых поверхностей датчика и технологического элемента для исключения перекоса датчика при его установке, что увеличивает трудоемкость подготовки измерений. Большие размеры узла крепления датчика в большинстве случаев не позволяют замену датчика на технологическом элементе при его подготовке к сопряжении с емкостью.

В качестве прототипа взят способ установки мембранного тензорезисторного датчика давления (Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под редакцией Е.И.Осадчего. – М.: Машиностроение, с. 118, табл. 5.5, конструкция N6), заключающийся в следующем: отградуированный датчик с помощью резьбового соединения устанавливают в технологический элемент и подтягивают уплотнительную прокладку, создавая герметичность соединения. Затем помещают технологический элемент в емкость, заполняют ее пастообразной массой и помещают в термокамеру, где за счет температуры происходит полимеризация массы. После выдержки емкости при температуре 65-70°С и возникающем при этом давлении до полной полимеризации массы температуру снижают, следя за изменением давления. При падении давления до нуля из емкости извлекают технологический элемент, на поверхности которого при этом должно отсутствовать давление массы.

В качестве недостатка данного способа необходимо отметить возникновение напряжений в корпусе датчика при затяжке резьбы, что влечет изменение градуировочных характеристик датчика. Имеющаяся на боковой поверхности корпуса датчика проточка, отделявшая мембранный узел от корпуса, при работе выступает концентратором напряжений, возникающих в корпусе датчика, при действии на мембрану боковой составляющей давления вязкой полимеризуемой массы. Это приводит к дополнительной погрешности при измерении давления. Кроме того, наличие промежутка между технологическим элементом и мембранным узлом датчика с проточкой приводит к проникновении в этот зазор полимеризуемой массы и искажении показаний датчика. При извлечении технологического элемента из готового крупногабаритного изделия нарушается целостность его поверхности, что может привести к появлению трещин и выходу изделия из строя.

Таким образом, известные способы не обеспечивают необходимой точности измерения давления в процессе полимеризации вязкой массы при изготовлении крупногабаритных изделий.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа, обеспечивающего надежное и точное измерение давления в процессе полимеризации массы при изготовлении крупногабаритных изделий.

Поставленная задача решается предлагаемым способом установки мембранного тензорезисторного датчика для измерения давления в полимеризуемой массе при изготовлении крупногабаритных изделий, включающем крепление мембраны датчика с помощью подсоединительного элемента заподлицо с поверхностью технологического элемента, формирующего внутреннюю поверхность крупногабаритного изделия, при этом в качестве подсоединительного элемента используют жесткий цилиндр, а датчик предварительно градуируют совместно с ним в сборке.

Кроме того, с целью повышения точности измерения, увеличивают жесткость мембраны датчика путем напрессовки кольца, а для того, чтобы уловить момент отхода массы от мембраны датчика в конце процесса полимеризации, мембрану тензорезисторного датчика отделяют от массы слоем ткани.

Применение резьбового соединения датчика с жестким цилиндром через слой герметика и градуировка датчика в составе сборки с последующей установкой ее в технологический элемент позволяет исключить появление неучтенных перекосов мембраны при его установке, и, следовательно, снизить влияние факторов, действующих на силовом входе датчика и влияющих на точность измерения давления в полимерной массе. Повышение жесткости мембраны датчика при той же ее толщине за счет уменьшения диаметра, прогибающегося под действием нагрузки путем напрессовки на мембрану кольца, значительно снижает зависимость показаний датчика от изменения модуля упругости. Наличие тканевого слоя между мембраной датчика и массой способствует их разделению при снижении давления в массе до нуля и появлению растягивающих сил на границе мембрана-масса.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается рядом преимуществ, а именно сохранением метрологических характеристик датчика после его установки на технологический элемент, исключением прилипания массы к мембране датчика и снижением влияния изменения жесткости массы на показания датчика, а крепление датчика через слой герметика исключает попадание массы между датчиком и технологическим элементом.

Градуировка датчика в составе сборки с последующей установкой ее в технологический элемент позволяет приблизить условия градуировки датчика к условиям его работы, что повышает точность измерения за счет качества расшифровки показаний датчика.

Такой способ подготовки датчика (градуировка его совместно с жестким цилиндром) ранее не встречался, т.е. данное решение соответствует критерию "новизна".

При измерении давления традиционным способом возникает возможность пропустить момент распрессовки готового изделия (извлечение технологического элемента). Расспрессовка изделия ранее этого момента, когда давление на технологический элемент в его центральной части не равно нулю, приводит к нарушению целостности поверхности изделия, а извлечение элемента после отхода заполимеризованной массы от его центральной части приводит к повреждению концевых зон охвата ими технологического элемента.

Применение предлагаемого способа установки датчика давления позволяет определить момент распрессовки изделия за счет исключения погрешностей, связанных с различием условий градуировки и работы датчика давления и влиянием изменения жесткости полимеризуемой массы и ее прилипания к мембране датчика.

Таким образом, предлагаемый способ с заявляемой в нем совокупностью признаков позволяет достичь желаемый технический результат - получить качественное изделие за счет надежного и точного измерения давления в процессе полимеризации при изготовлении крупногабаритного изделия. Такой способ измерения давления в крупногабаритных изделиях из уровня техники явным образом не вытекает и не был очевидным для специалистов, а имеющиеся отличия непосредственно влияют на решение поставленной задачи. Это дает основание считать данное решение обладающим изобретательским уровнем.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором приняты следующие обозначения: 1 – шпилька, 2 - технологический элемент, 3 – упор, 4 - герметизируемая прокладка, 5 - датчик давления, 6 - ткань хлопчатобумажная, 7 – герметик, 8 - жесткий цилиндр, 9 - мембрана датчика, а - электрический кабель датчика.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: датчик 5 через слой герметика 7 сочленяется с помощью резьбового соединения с жестким цилиндром 8. Мембрана датчика 9 закрывается слоем ткани 6 и вся сборка помещается в устройство для градуировки датчика. После градуировки жесткий цилиндр 8 с датчиком 5 и упором 3 за счет шпилек 1 через прокладку 4 для создания герметичности прижимается к технологическому элементу 2. Затем технологический элемент помещают в термокамеру, где за счет температуры происходит полимеризация массы. После выдержки емкости при высокой температуре (порядка 65-70°С) и возникающем при этом давлении до полной полимеризации массы, температуру снижают, следя за изменением давления. При падении давления до нуля извлекают из емкости технологический элемент, на поверхности которого должно отсутствовать давление массы.

Предлагаемый способ установки мембранного тензометрического датчика для измерения давления массы при изготовлении крупногабаритных изделий может быть реализован на имеющемся оборудовании, его техническая реализация не представляет труда, результат, получаемый описанным способом, прост в расчете, дает высокую точность измерения. Необходимость же в использовании предлагаемого способа, обеспечивающего достоверное и надежное измерение давления в полимеризуемой массе при изготовлении крупногабаритных изделий, очевидна, следовательно, предложение обладает промышленной применимостью.