陶瓷骨架加熱器受感器絕緣電阻問題的研究

郎賀明，楊愛新，劉海珍

(太原航空儀表有限公司，山西 太原 030006)

陶瓷骨架加熱器受感器絕緣電阻問題的研究

郎賀明，楊愛新，劉海珍

(太原航空儀表有限公司，山西 太原 030006)

陶瓷骨架加熱器受感器在生產(chǎn)過程中，絕緣電阻超差問題是現(xiàn)場的主要問題，占全部故障總數(shù)的約50%。本文通過分析陶瓷骨架加熱器受感器加工流程和工藝要素，進(jìn)行工藝實驗，確定影響絕緣電阻的主要因素為加工順序和后端面的清洗次數(shù)。依據(jù)分析結(jié)果提出了改進(jìn)措施，使問題得到了解決。

空氣壓力受感器；陶瓷骨架加熱器；絕緣電阻

空氣壓力受感器簡稱受感器，用于感受飛機飛行時的總壓、靜壓氣壓信號，并輸出給飛機的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)用于解算空速、高度、馬赫數(shù)等飛行參數(shù)。根據(jù)受感器加熱器結(jié)構(gòu)劃分，可分為陶瓷骨架加熱器和鎧裝加熱器。

陶瓷骨架加熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但因成本較低，故老式受感器均采用這種加熱器結(jié)構(gòu)。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的故障數(shù)據(jù)，絕緣電阻超差是陶瓷骨架加熱器受感器的主要故障模式，占全部故障總數(shù)的約50%，是影響產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)進(jìn)度的主要問題。

本文通過分析陶瓷骨架加熱器受感器加工流程和工藝要素，得出導(dǎo)致絕緣電阻超差的原因和機理，提出解決措施，并開展了驗證試驗。

1 結(jié)構(gòu)特點及工藝分析

1.1 受感器結(jié)構(gòu)特點

陶瓷骨架加熱器受感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。

陶瓷骨架加熱器的工作原理為：導(dǎo)線兩端接通額定電壓，電流通過導(dǎo)線、接線片、引線，傳遞給鎳合金加熱絲。加熱絲在電流作用下發(fā)熱，熱量經(jīng)云母絕緣片、加熱器外套管傳遞給外殼，保證總壓腔和靜壓孔的溫度，防止受感器結(jié)冰。

由圖1，受感器絕緣電阻超差問題，即是加熱器電路與外殼間的絕緣電阻超差問題。根據(jù)工藝規(guī)程要求，受感器加熱器電路與外殼間，在加載500 V直流電壓的條件下，其絕緣電阻應(yīng)不小于500 MΩ。

1.外殼；2.加熱器外套管；3.云母絕緣片；4.陶瓷骨架；5.鎳合金加熱絲；6.導(dǎo)線；7.接線片；8.引線外套管；9.絕緣管；10.引線；11.云母墊片；12.氣路導(dǎo)管

1.2 工藝流程分析

陶瓷骨架加熱器受感器的加熱器組裝工藝流程如圖2所示。

圖2 加熱器組裝工藝流程示意圖

根據(jù)工藝流程圖，受感器的組裝過程包含了裝配、焊接、機加工、電鍍等多種工藝方法，工藝流程較長。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，并對各工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，能夠?qū)^緣電阻造成影響的工藝方法有：裝配、焊接、電鍍。

為進(jìn)一步分析具體哪個環(huán)節(jié)對絕緣電阻造成的影響，我們在每個工藝環(huán)節(jié)后均增加了絕緣電阻測試，并跟蹤了若干批次產(chǎn)品的生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)場實測的絕緣電阻數(shù)據(jù)，確定對絕緣電阻有影響的工藝環(huán)節(jié)主要是：電鍍、后端面清潔。

在執(zhí)行電鍍工藝時，為保證鍍層結(jié)合力和均勻性，首先要對工件進(jìn)行堿洗除油，再經(jīng)表面活化，最后執(zhí)行電鍍操作。為保證液體不進(jìn)入工件內(nèi)部，表面處理的液面要始終保持在后內(nèi)襯套端面下部，為此制作了專用定位夾具。經(jīng)現(xiàn)場觀察，雖然采取了若干措施，但堿洗除油后內(nèi)襯套端面依然有液體殘余，存在液體進(jìn)入工件內(nèi)部的可能，從而影響絕緣電阻。

在后端面清潔中，采用的清潔溶劑為無水酒精，工具為棉紗。操作時工人使用棉紗蘸無水酒精對工件后端面進(jìn)行清潔。對操作過程進(jìn)行觀察，在清洗時清洗次數(shù)不定，少則1～2次，多則4～5次，甚至出現(xiàn)不清洗的現(xiàn)象。用放大鏡仔細(xì)觀察后端面清潔結(jié)果，其質(zhì)量也存在差異，可能是影響絕緣電阻的因素。

2 工藝試驗及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)對生產(chǎn)工藝流程的分析結(jié)果，影響絕緣電阻的因素主要有兩條：第一是電鍍過程的堿洗除油后工件后端面液體殘余，第二是后端面清洗的次數(shù)。

電鍍前，工件未安裝引線外套管和絕緣管，引線和后內(nèi)襯套之間間隙較大。根據(jù)圖1，此間隙與加熱絲和陶瓷骨架相連。故液體極易沿間隙進(jìn)入加熱絲和陶瓷骨架之中，從而影響絕緣電阻。如果在電鍍前將引線外套管和絕緣管裝配好后，間隙將大大減小，也降低了液體進(jìn)入工件內(nèi)部的可能性。

為驗證上述分析，針對工藝順序的調(diào)整和清洗次數(shù)，分兩批次開展了工藝實驗。其中，工藝順序?qū)嶒灩膊杉瘶颖?5個，收集了絕緣電阻結(jié)果數(shù)據(jù)和工藝順序方法數(shù)據(jù)；清洗次數(shù)實驗共采集樣本61個，收集了絕緣電阻結(jié)果數(shù)據(jù)和清洗次數(shù)數(shù)據(jù)。根據(jù)本文1.1節(jié)對絕緣電阻的要求，絕緣電阻的結(jié)果數(shù)據(jù)為“合格”、“不合格”的離散數(shù)據(jù)，在分析中以“0”和“1”代表。采用原工藝順序用“A”代表，采用新工藝順序用“B”代表。對采集的數(shù)據(jù)，使用MiniTab軟件進(jìn)行卡方檢驗，結(jié)果見下。

1) 工藝順序?qū)嶒灁?shù)據(jù)的卡方檢驗結(jié)果(見表1)

表1 工藝順序?qū)嶒灁?shù)據(jù)的卡方檢驗結(jié)果

2) 清洗次數(shù)實驗數(shù)據(jù)的卡方檢驗結(jié)果(見表2)

表2 工藝順序?qū)嶒灁?shù)據(jù)的卡方檢驗結(jié)果

根據(jù)兩次實驗數(shù)據(jù)的卡方檢驗結(jié)果看，工藝順序和清洗次數(shù)確實與絕緣電阻問題有統(tǒng)計上的相關(guān)性。新的工藝順序合格率高于原工藝順序，清洗次數(shù)越高，合格率越高。

3 問題機理

根據(jù)本文第2章對工件結(jié)構(gòu)的分析，在采用原工藝順序時，由于引線外套管和絕緣管未安裝，引線和后內(nèi)襯套之間產(chǎn)生很大的間隙。該間隙聯(lián)通了外界和工件內(nèi)部，使液體很容易進(jìn)入加熱絲和陶瓷骨架的部位，導(dǎo)致絕緣失效。

對電鍍工藝過程仔細(xì)觀察，雖然采取了專用定位夾具等措施，但在堿洗除油過程中，依然有液體自氣路導(dǎo)管后端噴出，飛濺到工件后端面。經(jīng)分析，其原因為：為保證除油效果和質(zhì)量，槽液溫度較高，工件浸入液體后，在高溫槽液、壓力差和毛細(xì)作用的綜合作用下，槽液將沿氣路導(dǎo)管上涌，自導(dǎo)管后端噴出，導(dǎo)致工件后端面液體殘留。

采用新工藝順序后，由于引線與后內(nèi)襯套之間的間隙被引線外套管和絕緣管填充，即使有液體飛濺到工件后端面，液體也難以進(jìn)入工件內(nèi)部。為徹底消除隱患，在實驗后的工藝改進(jìn)中，又增加了用熱縮管保護(hù)引線外套管端面的方法，使液體無法進(jìn)入工件內(nèi)部。

對清洗工藝的操作仔細(xì)觀察，在清洗前是引線與導(dǎo)線的點焊工藝。點焊操作時，會隨機產(chǎn)生少量火花飛濺。而點焊位置距離引線外套管和絕緣管外端面較近，飛濺物易粘到絕緣管端面，使其絕緣性能降低。檢查工藝規(guī)程，未對清洗次數(shù)進(jìn)行規(guī)定，導(dǎo)致操作具有一定隨意性。

4 改進(jìn)措施及試驗驗證

根據(jù)上述對受感器絕緣電阻超差問題的分析和實驗，制定工藝措施如下：

1) 將焊接引線外套管、裝配絕緣管調(diào)整到電鍍之前進(jìn)行，并在電鍍前用熱縮管密封保護(hù)絕緣管和引線外套管端面，確保液體無法進(jìn)入工件內(nèi)部；

2) 明確規(guī)定端面清洗次數(shù)不得少于3次，以保證清潔質(zhì)量。

根據(jù)措施開展了兩批次的驗證，批量分別為45只和72只，兩次驗證試驗均取得合格率100%的良好效果，可見措施有效可行。

5 結(jié)論

陶瓷骨架加熱器受感器絕緣電阻超差的主要原因為：一是，工藝過程順序不合理，導(dǎo)致電鍍前堿洗溶液易進(jìn)入到工件內(nèi)部，致使絕緣失效；二是，后端面清洗次數(shù)未明確，導(dǎo)致清洗質(zhì)量不理想，影響了絕緣效果。針對原因調(diào)整了工藝順序，并規(guī)定了清洗次數(shù)后，合格率大幅度提升，效果良好，問題得到了圓滿的解決。

[1] 洪楠.MINITAB統(tǒng)計分析教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

Research on Insulation Resistance Problem of the Ceramic Core Heater Pitot

Lang Heming, Yang Aixin, Liu Haizhen

(TaiyuanAviationInstrumentCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030006,China)

In the production process of ceramic core heater pitot, the ultra poor insulation resistance is the main problem which account for 50% of the whole faults. In this paper, it analyzes the structural characteristics, processing flow and process elements of the Pitot; carries on the craft experiment; determines that the main factors affecting the insulation resistance is the processing sequence and the number of end face cleaning. Based on the analysis results, it puts forward the improvement measures to solve the problem.

pitot; the ceramic core heater; insulation resistance

2017-06-01

郎賀明(1980- )，男，遼寧錦州人，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事空氣壓力受感器設(shè)計與制造。

1674- 4578(2017)04- 0085- 02

TM934.31

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