47. Электроконтактные элементы экип. Коррозия и эрозия контактов, механическая прочность.

Электроконтактные преобразовательные элементы. Электрическим контактом называется надежное соединение двух проводников, позволяющее проводить электрический ток. В измерительных преобразователях контакты изготавливаются из вольфрама, рения, серебра, а также палладиевого и ридиевого сплава ПДИ18 (18% ридия), палладиевого-серебрянного сплава ПдСр-50 (40% серебра) и вольфрамо-рениевого сплава ВР-20 (20% рения).

Сила, с которой контакты прижимаются друг к другу называются контактным усилием. Начальной стадией процесса механического контактирования ввиду наличия микро и макронеровностей на рабочих поверхностях контакты соприкасаются только в отдельных так называемых контактных точках. Под действием контактного усилия металл в контактных точках деформируется, и контактные точки превращаются в контактные пятна. Сумма поверхностей контактных пятен образует некоторую контактную поверхность Ак, в которой устанавливается среднее удельное давление . При последующих контактах поверхность Ак подвергается дальнейшим пластическим деформациям, в результате чего среднее контактное усилие принимает значение.:

– коэффициент пропорциональности (0,2 -1)

– твердость по Бринеллю.

При k близком к 1 контакты деформируются в основном пластически, при k близком к 0,2 контакты деформируются в основном упруго.

При , т.е. достижение практически идеально упругой деформации контактов является нереальной задачей.

Соотношение ограничивает максимально допустимое значение контактного усилия P. Минимальное усилие P находится из условия проводимости контактов и необходимости обеспечения возможно меньшего разброса моментов их срабатывания (погрешности срабатывания).

Проводимость контактов в целом оценивают контактным сопротивлением R, которое в общем случае включает в себя сумму трех сопротивлений сопротивление пленки, сопротивление стягивания (можно рассчитать как функцию контактной поверхности), сопротивление, кристаллическое сопротивление возникающее из-за нарушения порядка в кристаллических решетках при их деформациях, возникающих при соударениях.

Пропустил не много …однако для изучения процессов в контактах , происходящих в ЭКИП преобразователей он не редко оказывается неприемлемым, т.к. большинство схем, в которые преобразователи включаются не реагируют на реальные изменения контактного сопротивления. Гораздо удобнее оказывается характеризовать состояние контактов не численным значением контактного сопротивления, а усилием, необходимым для прорыва пленок и электрического замыкания измерительной цепи. Последний критерий представляется не только удобным, но и обоснованным, если учесть что минимальные усилия замыкания для свежезачищенных контактов, изготовленных из подавляющего большинства применяемых в преобразователях материалов находятся на примерно одном и том же уровне (0,1 -1) сН и практически не изменяется при изменении приложенной к ним электрической нагрузки.

Пользуясь этим критерием легко расположить контактные материалы по степени их устойчивости к коррозии.

Наиболее устойчивым оказывается серебро (мин. контактное усилие, необходимое для замыкания серебряных контактов не меняется в течение года, за этот же срок минимальное контактное усилие увеличивается для рениевых контактов в 14 раз, для контактов из сплава ПДИ 18 в … раз, для контактов из вольфрама в 70 раз) .При этом образовавшиеся пленки оказываются настолько прочными, что их разрушение и следовательно стабилизация усилия, что их разрушение наступает только после 30 последовательных замыканий.

В качестве оптимального контактного усилия принимается нечто среднее между контактным усилием для свежезачищенных контактов и контактов, покрытых прочной пленкой потускнения. Для вышеуказанных материалах оно находится в пределах от 3-10 сН.

Реализуемое контактное усилие определенным образом влияет на нормируемую погрешность срабатывания контактов, а именно чем чище контакты, меньше контактное усилие и тверже материал контактов, тем меньше погрешность срабатывания. Следует иметь ввиду, что эта погрешность стабилизируется на определенном уровне (0,4 – 1,3) мкм у контактов и сплавов Р20 (0,5-1,7) мкм у контактов из ПДИ18 и т.д. после первых 25 тысяч включений и в дальнейшем не зависит от приложенной электрической нагрузки и наличия или отсутствия цепей искрогашения. Данный эффект можно объяснить приработкой контактных поверхностей, т.е. практическим прекращением дальнейших пластических деформаций контактов и достаточно полным разрушением высокоомных пленок.

Механический износ и пластические деформации контактов приводят так же к некоторому смещению настройки измерительного преобразователя. Наибольший износ (18-30мкм за 1 млн. циклов) наблюдается у контактов, изготовленных из серебра и сплава ПДИ18. Износ контактов из вольфрама, рения и сплава ВР20 гораздо менее интенсивен и находится на уровне 1-5 мкм за 1 млн. раб. циклов, при чем происходит он, в основном в течение первых 25 тыс. включений. Именно по этому, а так же в целях стабилизации контактного усилия и восстановления проводимости контактов оказывается совершенно необходимым перед началом эксплуатации измерительного преобразователя производить его обкатку в течение 25 тыс. раб. циклов.

Следует отметить, что механический износ и пластические деформации являясь основными причинами появления погрешности срабатывания, в то же время не могут быть основными причинами наблюдающегося смещения настройки измерительных преобразователей, т.к. поднастройка последних производится гораздо раньше, чем износ и деформации достигнут практически значимого уровня. Основной причиной смещения настройки является электрический износ или эрозия контактов, проявляющаяся в переносе металла с одного контакта на другой, в выработке углублений и кратеров на поверхности одного и в появлении игл и конусов на поверхности другого, а так же в потере части материла в окружающей среде. Предпосылкой возникновения эрозии является высокая температура, развивающаяся под действием тока, протекающего через контакты и достигающая не только точки плавления, но и точки кипения материала из которого они изготовлены. Механизм переноса материала в процессе электрического износа, его направление и интенсивность зависят от направления взаимного перемещения контактов, тока и напряжения на контактах и характера приложенной нагрузки (активная она или реактивная).

При активной электрической нагрузке контакты работают следующим образом:

а) контакты устойчиво разомкнуты б) контакты разомкнуты неустойчиво

в) контакты замкнуты устойчиво г) контакты замкнуты неустойчиво

продолжение фазы неустойчивого размыкания зависит от тех же факторов что и динамическая точность преобразователя, т.е. от массы и жесткости отдельных его деталей и сборочных единиц.

Частота колебания в фазе δ определяется вибрациями и ударными нагрузками, воспринимаемыми измерительным преобразователем извне, а также автоколебательными, при перемещении трущихся деталей друг относительно друга. и обусловлено ударами подвижных о неподвижные.

Частотный спектр и амплитуда колебаний, наблюдающихся в зоне б определяется вибрациями и ударами, воспринимаемыми преобразователем из вне, а так же автоколебаниями, возникающими при перемещении трущихся деталей друг относительно друга и колебаниями, обуславливаемыми ударами подвижных контактов о неподвижные.

Фаза в – контакты замкнуты устойчиво

Фаза г – контакты замкнуты неустойчиво, частотный спектр и амплитуда колебаний, наблюдающихся в зоне г определяется теми же факторами, с той разницей, что колебания, обусловленные соударением контактов за время, в течение которого контакты остаются замкнутыми могут затухнуть, именно этим и объясняется то, что продолжительность фазы г как правило меньше продолжительности фазы б. Наибольший эрозионный износ наблюдается в фазах б и г.

При реактивной нагрузке принцип аналогичен.

Наиболее устойчив к электрическому износу сплав ВР20, наименее устойчиво серебро. Наибольший износ наблюдается в первый период их работы. После 25 тысяч включений смещение настройки контактов, изготовленных из сплава ВР20 и включенных без искрогасящих цепочек, составляет всего 1,2-1,5мкм, после 1,5 млн. включений примерно 9 мкм. Для контактов из сплава ПДИ18 эти значения равны 3 и 32 мкм.

При использовании цепочки искрогашения эти параметры еще меньше. Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что сплав ВР20 является наилучшим во всех отношениях ( и по механической прочности, и по устойчивости к коррозии и по сопротивлению эрозии). Во избежание повышенной эрозии напряжение на контактах не должно превышать 10В, но не быть меньше 0,2В. …..Ток…….Обычно в 0,2А, т.к. при этих условиях дугообразование минимально. Рекомендуется подавать напряжение на контакты только после их механического соприкосновения (это требование выполняется только в конструкции преобразователей БВ68). При выборе кинематической схемы и усилий в элементах ЭКИП следует учитывать, что все известные контактные пары обладают некоторым гистерезисом, возникающим вследствие сцепления контактов при их замыкании. Сила слипания является функцией площади соприкосновения поверхностей. У мягких контактов эта площадь больше и соответственно больше значение гистерезиса.

Перед началом эксплуатации преобразователя его контакты рекомендуется очистить и подвергнуть старению. Старение контактов заключается в разрушении адгезионных пленок кислорода. Для осуществления старения контакты заставляют вибрировать с небольшой амплитудой и звуковой частотой (например, с помощью камертона). Процесс называется старением, поскольку тот же эффект можно достигнуть выдерживая контакты в полном покое в нейтральной атмосфере некоторое, довольно продолжительное время.