Покрытия, способные работать при высоких температурах, нашли эффективное применение в тензометрии. Такие покрытия, используемые в качестве электроизоляционного материала в высокотемпературных тензорезисторах, позволили получить качественно новые измерительные элементы, существенно превосходящие известные по техническим характеристикам [111].
В результате создания новых тензорезисторов оказалось возможным решить ряд ответственных задач, связанных с измерением деформаций деталей и узлов конструкций при высоких температурах.
Высокотемпературный тензорезисгор (рис. 11.1) представляет собой решетку 2 из тензочувствительной проволоки диаметром 0,02- 0,03 мм с выводными проводниками 1, укрепленную на исследуемой детали или металлической подложке 4 с помощью крепящего и. изолирующего материала 3, который обеспечивает передачу деформации детали тензочувствительной проволоке и надежную электрическую изоляцию между ними.
Электроизоляционный материал для высокотемпературного тензорезисгора обладает комплексом механических и электрических свойств в рабочем диапазоне температур: высокой прочностью сцепления как с исследуемой деталью (или подложкой), так и с тензочувствительным элементом, высоким электрическим сопротивлением, химической инертностью к материалу тензочувсгвительного элемента, стойкостью к воздействию окружающей атмосферы и специфических рабочих условий.
Рис. 11.1. Высокотемпературный тензорезистор:
1 - выводные проводники; 2 - решетка из тензочувствителыюй проволоки; 3 - крепящий и изолирующий материал; 4 - металлическая подложка
В современной высокотемпературной тензометрии в качестве электроизоляционных материалов широко используют органосиликатные материалы, например ОС-82-01, ОС-52-02 и др., имеющие удовлетворительную адгезию к деталям из распространенных марок конструкционных сталей до температур 400-500 °С и сопротивление изоляции порядка 5 МОм при 500 °С. Максимальная рабочая температура для тензорезисторов, изготовленных с использованием органосиликатных материалов, при измерении статических деформаций составляла 500 °С [112]. При более высоких температурах электрическое сопротивление органосиликатных материалов резко снижалось, нарушалась адгезия материала к исследуемому объекту. К недостатку большинства органосиликатных материалов относится также высокая температура отверждения (200-400 °С), что не всегда приемлемо при установке тензорезисторов на изделия. Для снижения температуры отверждения органосиликатных материалов в их состав вводили катализаторы, например этиловый эфир ортотитановой кислоты или его смесь с диэтилдитиокарбаматом кобальта. Указанные катализаторы, добавленные в количестве 0,5-4% к сухому остатку органосиликатного материала ВН-76, снижали температуру отверждения с 200 до 100-120 °С [113]. Пленки из этих материалов после отверждения при температурах 120 и 100 °С соответственно удовлетворяли требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления и наклейки тензодатчиков. Эти материалы имеют хорошую адгезию к стали, алюминиевым сплавам и стеклопластикам, термостойки до 400 °С в течение длительного времени, стойки к резким перепадам температуры в диапазоне от -60 до+4 00° С, имеют высокое удельное объемное сопротивление (1011 Омм при 20 °С и не менее 106 Ом м при 400 °С), влагостойки в условиях тропической влажности и достаточно механически прочны. Основные технические данные тензодатчиков (с сопротивлением решетки 200 и 700 Ом и базой 20 мм), изготовленных с применением этих органосиликатных материалов, приведены в табл. 11.6. Такие тензодатчики при температуре отверждения органосиликатного материала 120—180 °С с тензометрической проволокой из константана позволяли измерять деформацию до 0,7% и могли надежно работать в диапазоне температур от —60 до +400 °С, при вибрациях до 2000 Гц, с ускорением до 100g. При этих условиях коэффициент тензочувствительности оставался практически постоянным. Его изменение в рабочем диапазоне температур не превышало 5 %, ползучесть — 0,4-0,5 %, сопротивление изоляции - более 100 МОм. Тензодатчики подвергали старению в течение 1 года как в наклоненном, так и в ненаклоненном положении. При этом их тензометрические характеристики не изменились. Описываемые тензодатчики работали в вакууме при остаточном давлении 10-3 Па.
Таблица 11.6. Технические данные тензодатчиков, изготовленных с применением изоляции высокой нагревостойкости
Таблица 11.7. Технические данные тензорезисторов
Таблица 11.8. Сопротивление изоляции теизорезисторов с различными связующими материалами
Из данных табл. 11.6 следует, что тензодатчики, изготовленные с применением органосиликатного материала с температурой отверждения 100 °С, по своим метрологическим и эксплуатационным характеристикам не уступали тензодатчикам, изготовленным из материала, отвержденного при температурах 120-180 °С. Тензодатчики на основе этого материала позволяли измерять деформацию до 0,9% и были установлены на изделия из стали, алюминиевых сплавов и стеклопластиков.
Для повышения рабочих температур было предложено использовать в качестве электроизоляционных материалов тугоплавкие оксиды, которые наносили методами газопламенного и плазменного напыления. Первые сообщения о тензорезисторах, устанавливаемых на деталь с использованием газопламенного напыления тугоплавких оксидов, появились в 1962 г. Фирма AVRO (Великобритания) использовала тензорезисторы, закрепляемые на деталях с помощью газопламенного напыления стержней из оксида алюминия ’’Рокайд”, для измерений динамических деформаций при температурах 700-1000 °С [111]. В проспектах зарубежных фирм сообщалось о температурных пределах применения тензорезисторов такого типа (табл. 11.7).
В СССР созданы качественные тензорезисторы на основе тугоплавких оксидов с надежными измерительными характеристиками. В табл. 11.8 приведены сравнительные данные по сопротивлению изоляции тензорезисторов, полученных с использованием различных электроизоляционных материалов [111].
