Gerinim Pullarının (Strain-Gauge) Yapıştırılması ve Sensör Yapımı
1. Genel Bilgiler
Gerinim Ölçerlerin (SG) yapıştırılma süreci, temel olarak strain gaugelerin birleştirilmesi ve kablolanması işlemlerinden oluşur. Bu makalede, eksiksiz bir sensör elde etmek ya da doğru bir strain ölçümü yapabilmek için strain gaugeleri bir yüzeye yapıştırmak ve bir Wheatstone köprü devresini kurmak için önerilen adımlar ve prosedürler ele alınacaktır.
Hassas sensörler üretmek için,strain gaugeler sensör gövdesinin yüzeyine ısıyla sertleşen yapıştırıcılar kullanarak yapıştırılmalıdır. Stress analizi için yapılacak uygulamalarda ise parmak ile baskı uygulanarak kısa sürede kuruyabilen yapıştırıcılar tercih edilmelidir.
Bunlara dikkat edilmelidir:
- Temizlenen alanın yapıştırılacak strain gauge boyutundan çok daha büyük olduğundan emin olun.
- Temizleyicileri tek yönde hareket ettirerek uygulayın. Asla ileri geri hareket etmeyin.
- Yapıştırma yüzeyinde herhangi bir kurutma solüsyonundan kaçının.
- Temizlenen alana asla parmaklarınızla dokunmayın.
- Plastik saplı pamuk uçlu aplikatörleri kullanmayın.
2. Strain Gauge Uygulama Adımları
Gerilim ölçerlerin (Strain Gauge) bir yüzeye yapıştırma süreci, aşağıdakileri içeren bir dizi alt adımdan oluşur;
Strain Gauge yapıştırma:
- Strain Gauge’in bir yapıştırıcı yardımıyla yüzeye yapıştırılması
- Yapıştırıcının sertleştirilmesi
Strain Gauge kablolama:
- Strain Gauge üzerine lehim ile kablolama
- – Whestone köprü devresinin kurulumu
Burada bu işlemler 14 adımda anlatılacaktır.
Adım 1: Yüzey Hazırlığı
Yapıştırma yüzeyinin kimyasal olarak temiz olduğundan, özellikle silikon içeren herhangi bir kontaminasyondan, örneğin silikon içeren kesme yağı veya yağlayıcıdan arınmış olduğundan emin olunması önemlidir. Silikon, yağlama etkisinden dolayı mastar yapıştırmanın en büyük düşmanıdır. Bu nedenle, en az miktarda silikon, tüm yapıştırma işini bozabilir.
İşleme sırasında sensör gövdesi silikon içerikli kesme yağı ile temas etmiş olabileceğinden, bu adımdaki talimatlara harfiyen uyularak yapıştırma yüzeyinin temizlenmesi gerekir. Ayrıca çalışma alanının silikon içeren herhangi bir üründen arındırılmış olması esastır. Örneğin, el kremi gibi kozmetikler genellikle silikon içerir. Bu nedenle strain gauge yapıştırma işlemini yapan personelin sadece silikonsuz el kremi kullanması tavsiye edilir.
1-1 Önce, alüminyum veya çelikten yapılmış bir sensör gövdesi olduğu varsayılan bir metal plakanın yapıştırma yüzeyini, klorid içeren bir yağ giderme solventi veya klorid içermeyen izopropil alkol ile temizleyin. Solventin kirlenmesini önlemek için yağ giderici, Şekil 1’de gösterildiği gibi basınçlı sprey gibi tek yönlü bir aplikatör şeklinde kullanılmalıdır.
1-2 Kireç veya oksidi temizlemek için metal plakanın yapıştırma yüzeyi 220 veya 320 kumlu zımpara kağıdı ile zımparalayın. Ardından yapıştırma yüzeyini fosforik asit düzenleyici ile iyice ıslatın ve Şekil 2’de gösterildiği gibi 320 veya 400 grit zımpara kağıdı ile yüzeyi zımparalayın. Zımpara işleminden sonra yüzeyi şekilde gösterildiği gibi gazlı bezle kurulayın. Zımpara yerine kum püskürtme sistemi kullanılıyorsa 120, …, 400 ebadında alüminyum oksit grit kullanılması tavsiye edilir. Ayrıca kumlama sistemi herhangi bir silikon kontaminasyonundan kaçınmak için yağsız basınçlı hava ile çalıştırılmalı ve sadece yüzey hazırlama amaçlı kullanılmalıdır. Son olarak, kullanılmış taşlar yüzey hazırlığı için tekrar kullanılmamalıdır. Aksi takdirde, niteliksiz yapışmaya neden olabilecek silikon veya diğer kimyasalların sisteme bulaşma riski vardır.
1-3 Bir 4H kalemle (veya strain gauge bir çelik levhanın yüzeyine yapıştırılacaksa bir tükenmez kalemle) alüminyum levhanın yüzeyindeki gerilim ölçerleri yapıştırmak için konumu işaretleyin. Strain gauge konumu, metal plaka üzerine çizilen 2 veya 3 konumlandırma çizgisi ile işaretlenmelidir.
1-4 Şartlandırıcıyı pamuk uçlu bir aplikatör ile aplikatör ucunun rengi değişmeyene kadar yapıştırma yüzeyine tekrar tekrar uygulayın. Ardından, kalan şartlandırıcıyı bir gazlı bezle yavaşça silerek çıkarın.
1-5 Bağlama yüzeyinin pH değerini 7,0~7,5’e nötrleştirmek için şartlandırıcıyı Şekil 4’te gösterildiği gibi pamuk uçlu bir aplikatörle uygulayın. Daha sonra nötrleştiriciyi çıkarın ve yapıştırma bölgesini bir gazlı bezle yavaşça ve dikkatlice silerek kurulayın.
Adım 2: Gerinim Pulunun Yüzeyde Konumlandırılması
Gerilim ölçerler (Strain Gauge) yalnızca küt uçlu cımbız veya vakumlu kalemle tutulmalı, asla parmakla dokunulmamalıdır. Bir Strain Gauge’e parmaklarınızın yanlışlıkla dokunması durumunda, pamuk uçlu aplikatörler kullanarak hemen bir IPA yağ giderici ile temizlenmelidir.
Strain Gauge’i küt uçlu cımbız veya vakumlu kalemle lehim pedinden veya destek katmanının kenarından tutun, ancak asla algılama ızgarası alanından tutmayın.
Strain Gauge’ler üretildikten sonra temizlenip kimyasal olarak temiz bir plastik zarf içinde paketlense de, yüksek hassasiyetli sensörler üretilirken ölçerin yapıştırmadan hemen önce tekrar temizlenmesi önerilir.
2-1 Kimyasal olarak temiz cam plaka üzerine konumlandırma işaretleri çizin. Göstergeyi küt uçlu cımbız veya vakumlu kalemle plastik zarfından/paketinden çıkarın ve göstergeyi, gösterge yapıştırma tarafı ile Şekil 5’te gösterildiği gibi, kimyasal olarak temiz cam plaka üzerindeki konumlandırma işaretleri ile aynı hizaya getirin.
2-2 Plastik bir paketle bastırarak strain gauge konumunda sabit tutun ve gerinim pulunun lehim pedlerinin yarısını kaplamak için kısa bir gauge sabitme bandı kullanın.
Yapıştırılabilir terminaller kullanılıyorsa, bandı yaklaşık 30°’lik keskin bir açıyla soyun ve yapıştırılabilir terminalleri, göstergeye göre istenen bir konumda bandın üzerine yerleştirin. Terminallerin birleştirme tarafının strain gauge ile aynı tarafta olduğundan ve terminallerin tamamen bantla kaplandığından emin olun. Ardından, Şekil 6’da gösterildiği gibi bandı geri yapıştırın. Bir sonraki adımda bandın çıkarılmasını kolaylaştırmak için bandın bir ucu serbest bırakılabilir.
2-3 Bandı, Şekil 7’de gösterildiği gibi yaklaşık 30°’lik keskin bir açıyla, gösterge ve terminaller hala üzerindeyken çekin.
2-4 Adım 1-5’te hazırlanan yapıştırma yüzeyine strain gauge’in yapıştırılması için bandı hazır hale getirin. Göstergeyi plaka üzerinde doğru ve hassas bir şekilde konumlandırmak çok önemlidir.
Bu, Şekil 8’de gösterildiği gibi gösterge üzerindeki üçgen konumlandırma işaretlerini ve plaka üzerine çizilen konumlandırma çizgilerini sabitleyerek yapılabilir.
Adım 3: Gerinim Ölçerin Yapıştırılması
Gerilim ölçerlerin (SG) yüksek kalitede yapıştırılmasını sağlamak için, en üst düzeyde temiz tutulması önemlidir. Bu nedenle, yapıştırma işlemi tercihen filtrelenmiş hava sağlanan temiz bir odada tozsuz bir çalışma tezgahı üzerinde gerçekleştirilir.
Yani temizlenmemiş herhangi bir yüzey (örneğin, temizlikten birkaç dakika sonra) kontamine yüzey olarak kabul edilecektir. Bu nedenle, strain gauge yapıştırmadan hemen önce bu yapıştırma yüzeyinin tekrar temizlenmesi önerilir.
3-1 Strain Gauge sabitleme bandının bir kısmını yaklaşık 30°’lik keskin bir açıyla soyun ve strain gauge’in yapıştırma tarafını ve terminalleri yapıştırıcı sürmek için yüzeyden ayırın. Bununla birlikte, bandın diğer ucunu plakadan ayırmayın. Bu şekilde, bant geri yapıştırılırken gösterge ve terminaller kolayca doğru konumlarına geri yerleştirilebilir.
3-2 Yapıştırma yüzeyini, izopropil alkol gibi bir çözücü ile ıslatılmış pamuk uçlu aplikatörlerle temizleyin. Pamuk uçları, yüzey tamamen temiz olana kadar (pamuk uçları temiz kalana kadar) sık sık yenileyin.
3-3 Yapıştırma alanını, Şekil 9’da gösterildiği gibi bir deve tüyü fırçası kullanarak yapıştırıcıyla kaplayın ve yapıştırıcının kuruması ve ince bir tabaka oluşturması için birkaç dakika bekleyin. -İstenilen kalınlıktaki yapışkan tabakaya sahip olmak için Bölüm 3.1’e bakılabilir.
3-4 Şekil 9’da gösterildiği gibi, yapıştırıcıyı hem kapsüllenmiş strain gauge’in hem de terminallerin bağlama tarafına kaplayın. Bu şekilde, yapışkan kürleme işlemi sırasında açık yüzlü veya yarı iletken strain gauge’i korumak için ince bir yapışkan tabakası oluşturabilir.
3-5 Gösterge sabitleme bandını orijinal konumuna geri yapıştırın.
3-6 Göstergeyi 80μm kalınlığında bir teflon film parçasıyla örtün. Fazla miktarda yapışkanı yumuşak bir şekilde sıkmak için baş parmağınızla filme hafifçe bastırın. Göstergenin altında olası hava kabarcığı olmadığından emin olmak çok önemlidir. Gerektiğinde teflon filmi bir parça strain gauge sabitleme bandıyla sabitleyin.
3-7 2,5 mm kalınlığında bir silikon lastik pedi ve ölçü alanından ve terminallerinden biraz daha büyük bir alüminyum levha kesin. Bu silikon lastik tamponu ve alüminyum levhayı Şekil 10’da gösterildiği gibi strain gauge üzerine sırayla koyun. Fazla yapışkanın kolayca bastırılabilmesi için silikon lastik pedin en az bir tarafında Teflon filmin üzerine çıkmadığından emin olun.
Adım 4: "Sandviç" Tertibatın Sıkma Aleti ile Basınçlandırılması
3. adımın sonunda oluşturulan “sandviç” düzeneği, yapıştırıcının eşit bir şekilde yayılması için, kürleme işlemi sırasında tanımlanmış ve sabit bir basınçta Şekil 11’de gösterildiği gibi bir yaylı kelepçe aracılığıyla basınçlandırılmalıdır
Yaylı kıskaçlar veya ölü ağırlıklar, evrensel bir kenetleme aleti olarak kullanılabilir. En iyi strain gauge yapıştırma kalitesini elde etmek için, “özel yapım” bir sıkıştırma aleti şiddetle tavsiye edilir. Bu araç, aynı kalınlıkta eşit olarak dağıtılmış bir yapıştırma hattı sağlamak için “sandviç” düzeneğine sabit ve tekrarlanabilir bir basınç sağlamalıdır.
“Sandviç” düzeneğinin üst tabakası olan alüminyum levha, yapıştırma yüzeyinin şeklini taklit etmelidir.
Normalde yapıştırma yüzeyi düz bir yüzeydir. Silindirik bir yüzey olması durumunda, alüminyum levhanın silindirinki ile aynı eğriliğe sahip olması gerekir, böylece kürleme işlemi sırasında homojen bir basınç garanti edilmeli ve gerinim ölçerlere uygulanmalıdır.
4-1 “Sandviç” düzeneğini kenetleme aletine yerleştirin ve basıncı yapışkan veri sayfasında belirtilen basınca göre ayarlayın. Optimum kenetleme basıncının nasıl hesaplanacağı aşağıda Bölüm 3.1’de ele alınacaktır.
4-2 Teflon film, silikon kauçuk ped ve alüminyum levhanın doğru konumda olup olmadığını kontrol edin.
Adım 5: Yapıştırıcının Kürlenmesi
5-1 Doğru bir kürleme işlemi, soğuk bir fırına yerleştirilen kelepçeli “sandviç” tertibatıyla başlar. Yapıştırıcı belirli bir yüksek sıcaklıkta kürlenmeli ve fırın sıcaklığı dakikada 2°C oranında kademeli olarak artırılmalıdır. Yapıştırıcı için önerilen çeşitli sertleştirme sıcaklıkları Bölüm 3’te belirtilmiş ve tartışılmıştır.
Kürleme işleminin sıcak bir fırında başlatılması, genellikle yapıştırıcıda hava kabarcıkları oluşturur ve çoğu zaman düzensiz bir yapıştırıcı hattına ve yapıştırıcı tabakasında yüksek gerilime yol açar.
5-2 Belirtilen kürleme sıcaklığına ulaşıldıktan sonra sıcaklığı kullanılan yapıştırıcının veri sayfasında belirtildiği gibi belirli bir süre koruyun. Süre dolduktan sonra fırının gücünü kapatın, sıkıştırılmış “sandviç” tertibatını fırının içinde tutun ve yapışkan tabakadaki iç gerilimi gidermek ve sertleştirmek için doğal olarak oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Ardından kelepçeli “sandviç” tertibatını fırından çıkarın. Sıkma aletini, alüminyum levhayı, silikon lastik tamponu, teflon filmi ve gauge ankraj bantlarını çıkarın.
5-3 Kürleşmeyi bitirmek için, bantlardaki tüm artık yapıştırıcıyı ve diğer kontaminasyonu gidermek için tüm yapıştırma alanını rosin solventiyle temizleyin. Solventi bir gazlı bezle kurulayın. Bu temizleme prosedürü sırasında yapıştırılmış strain gauge’e asla dokunulmamalıdır.
5-4 Yüksek kaliteli sensörler için, kürlenmiş yapışkan katmandaki olası artık gerilimleri tamamen ortadan kaldırmak için sensör gövdesine yapıştırılan SG’nin son kürlenmesi gerekir. Son kürleme için sıkıştırma aletinin sensör gövdesinden çıkarılması gerekir. Yukarıda belirtilen sertleştirme ile karşılaştırıldığında, son sertleştirme, oda sıcaklığına düşmeden önce sensör gövdesinin belirli bir süre daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılmasıyla gerçekleştirilir. Kullanılan yapıştırıcının veri sayfasında hem sıcaklık hem de süre belirtilebilir.
Hassas sensörlerin üretimi için her zaman kürleme sonrası işlemin gerçekleştirilmesi önerilir. Yine de sensörün yüksek doğruluk sınıfına sahip olması gerekmiyorsa bu işlem atlanabilir.
Adım 6: Yapışma Kalitesinin Kontrolü
6-1 Son kürlemeden sonra strain gauge, sensör gövdesinin yüzeyine yapıştırılmıştır. Yapıştırma kalitesinden emin olmak için yapıştırılan SG’yi incelemek gerekir. Yapışma kalitesinin görsel kontrolü, bir büyüteç veya 10 kat büyütmeli bir mikroskop kullanılarak yapılabilir. Görsel inceleme yoluyla Tab.1’de listelenen yapıştırma kusurları bulunabilir.
Yapışma Hataları | Temel Neden |
Boşluklar, yani oldukça geniş bağlanmamış alanlar. | Yanlış yapıştırma veya yanlış sıkıştırma. |
Kabarcıklar | Yapıştırıcının yanlış kürlenmesi |
Düzensiz tutkal hattı. | Yanlış sıkıştırma basıncı |
SG’nin algılama ızgarası alanının altında kabarcıklar veya boşluklar bulunursa, strain gauge çıkarılmalı ve yeni bir strain gauge yapıştırılmalıdır.
Algılama ızgarası alanının dışında kabarcıklar bulunduğunda, nitelikli bir sensör oluşturmaya uygun olabilecek şekilde yapışmış olan strain gauge çıkarılmayabilir.
6-2 Boşlukların veya kabarcıkların varlığı, strain gauge uyarma altındayken SG direnci ölçülerek kontrol edilebilir. Örneğin, boşluklar varsa, SG bir sabit voltaj veya sabit akım kaynağı ile uyarıldığında ölçülen gösterge direnci kararsız olacaktır.
6-3 Yapıştırılmış SG’nin bağlanma kalitesi sürünme testiyle de kontrol edilebilir.
Adım 7: Yapıştırılmış Gerinim Ölçerleri (SG) Koruyucu Kaplama ile Koruyun
Strain gaugeler neme karşı hassastır. Yapıştırılmış SG’nin arka tabakasının, yapıştırmanın sonraki adımlarında kimyasallar tarafından kenarında herhangi bir olası hasar görmesini veya herhangi bir nemi emmesini önlemek için, yapıştırılmış SG’ye koruyucu bir kaplama tabakası oluşturmak üzere bir kaplama uygulamak gerekir. Kürlenme kalitesi sağlandıktan sonra mümkün olan en kısa sürede bu işlem yapılmalıdır.
7-1 Yapıştırılmış strain gaugelerin lehim pedlerini strain gauge bandıyla kapatın.
7-2 Koruyucu kaplamayı, örn. SG’nin yüzeyine ve çevresine uygulayın. Nitelikli bir koruyucu kaplama tabakası oluşturmak için kaplamayı belirtilen kürleme koşullarına göre kürleyin.
7-3 Koruyucu kaplama tabakası düzgün bir şekilde oluştuktan sonra, bandı çıkarın, tüm yapıştırma alanını reçine solventi ile temizleyin ve solventi bir gazlı bezle kurulayın.
Adım 8: Lehim Aletleri ve Yardımcı Ürünlerin Seçimi
8-1 Lehimleme istasyonu: Sıcaklığı ayarlayabilen bir lehimleme istasyonu seçin. Tipik olarak havya sıcaklıkları 200ºC ila 400ºC arasındadır. Bu tür bir sıcaklık aralığı muhtemelen lehim istasyonunun 20W~50W civarındaki güç tüketimine karşılık gelir.
8-2 Lehim ucu: Şekil 12’de gösterildiği gibi, lehim ucunun şekli keskin bir uç yerine düz keski şeklinde olmalıdır.
Yalnızca bir tür lehimle bir lehim ucu kullanın. Farklı lehim türleri kullanılıyorsa, en azından her bir lehim türünün belirli bir lehim ucuyla kullanılması için yeterli sayıda lehim ucu hazırlayın.
8-3 Lehim: Yapıştırılmış strain gauge’in metal folyo malzemelerine, bağlı dirençlere ve bağlı terminallere göre uygun lehim tipini seçin.
Sensör uygulamalarında, bir ara erime sıcaklığındaki lehim yaygın olarak kullanılır. Örneğin, çoğunlukla 183°C erime noktasına sahip Sn60Pb40 (yani %60 kalay ve %40 kurşun) veya Sn63Pb37 lehimi kullanılır.
Kurşunsuz lehim ile kurşunlu lehim karşılaştırıldığında, kurşunsuz bir lehim normalde daha yüksek bir erime noktasına sahiptir. En yaygın kullanılan kurşunsuz lehim, örneğin SAC 305 (Sn96.5 Ag3 Cu0.5), 217°C ~ 220°C civarında bir erime noktasına sahiptir.
Genel amaçlı lehimleme için, yaygın olarak kullanılan bir lehim, aktif reçine akışı çekirdeğine sahip olan WFS lehimidir. WFS lehimi, dış akıma ihtiyaç duymadan konstantan SG ve bakır folyo dirençler üzerine kabloları/kabloları lehimlemek için kullanılabildiğinden normalde yeterlidir. Bu sayede WFS lehimi, sahada sıvı rosin flux bulunmadığında özellikle popülerdir.
8-4 Flux: Aşağıdaki Tab.2’de listelendiği gibi lehim tipine göre fluxu seçin.
Lehim Tipi | Akış Türü | Uygulama |
WFS reçine çekirdekli lehim |
WLF sıvı reçine akısı | Genel amaçlı, örneğin konstantan strain gaugelere ve bakır terminallere lehimleme uçları/kabloları. |
WSS katı telli lehim | WAF sıvı asit akışı | Karma ölçerlere lehimleme kabloları/telleri. |
Adım 9: Strain Gauge'in Lehimlenmesi
9-1 Lehimlemeden önce lehim pedlerini ve strain gauge’i hazırlayın.
Yapışmış SG’nin lehim pedlerinde kirlenmiş herhangi bir fazla yapışkan veya koruyucu kaplama varsa, yapışkan veya koruyucu kaplamayı pedlerden uzaklaştırarak lehim pedlerini temizlemek gerekir. Bu, bir silgi kalemi veya bir elektrikli silgi kullanılarak yapılabilir.
Çıplak lehim pedlerine (Solder Pads) sahip strain gaugeler için, SP’nin oksitlenmiş yüzeyini çıkarmak ve ardından SP’yi etanol ile temizlemek için 600 veya 800 kumlu bir zımpara kağıdı kullanılabilir.
SP’nin tekrar oksitlenmesini önlemek için kalaylama işleminin SP’nin temizlenmesinden hemen sonra yapılması önerilir.
Lehim noktalı (Solder Dots) karma ölçerler için, SD’de kirlenmiş herhangi bir fazla yapışkan veya koruyucu kaplama varsa, SD’yi lehimleme için açığa çıkarmak üzere SD’yi hafifçe aşındırmak için 400 kumlu bir zımpara kağıdı kullanılabilir.
Kullanılan strain gauge açık yüzlüyse, ölçüm ızgarasını sıçrayan herhangi bir lehimden korumak için gage’in algılama ızgarasını tamamen kaplamak için strain gauge koruyucu bandın (örn. kağıt çizim bandı) kullanılması gerekir.
9-2 Havyanın sıcaklığını ayarlayın.
Lehimin iyice erimesi için havyanın sıcaklığı yeterince yüksek olmalıdır. Ancak çok yüksek de olamaz çünkü aksi halde akı çok çabuk buharlaşır ve havya düzgün ve temiz kalamaz.
Havyanın sıcaklığı normalde lehim ve eritken malzemelerine bağlı olarak 250ºC ila 400ºC arasında değişen bir sıcaklığa ayarlanır. Lehimleme sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, lehimleme süresi o kadar kısa olur.
İnce uçların konstantan göstergelere kalaylanması ve lehimlenmesi için, örneğin, havyanın sıcaklığı 260~300°C’ye ayarlanabilir ve eğer biri kullanılırsa lehimleme işlemi 2 saniyeden daha kısa sürede tamamlanmalıdır. Öte yandan, klorür içermeyen ve aşındırıcı olmayan eritkenle birlikte Sn60Pb40 lehimi kullanılırsa, havyanın sıcaklığı yaklaşık 250°C’ye veya daha da altına ayarlanabilir.
İnce uçların stress analizi için kullanılacak olan strain gaugelere kalaylanması ve lehimlenmesi için havya sıcaklığı en az 300ºC’ye ayarlanmalı ve lehimleme süresi 2 saniyeden uzun olmamalıdır. Kalaylama ve lehimleme, WSS katı tel lehimi ve 330~340°C sıcaklıktaki havya ile birlikte WAF sıvı asit akışı kullanılarak gerçekleştirilmelidir. Ek olarak Sn60Pb40 lehimi ve %2,5 eritkenin (yani katı içeriği ağırlıkça %2,5 olan eritken) kombinasyonu, kalay ve ince lehime iyi bir alternatiftir.
9-3 Hem gerinim ölçerlerin hem de birleştirilebilir terminallerin lehim pedlerini kalaylamak için aşağıdaki adımları izleyin.
- Lehim ucunu temizleyin ve az miktarda lehimle ıslatın.
- Strain gaugeler lehim noktalarıyla (SD) bitmişse, gerinim ölçerlerin lehim pedlerinde kalaylamayı yeniden yapmak gerekli değildir.
- Lehim pedlerine bir damla WLF sıvı rosin fluxu uygulayın. WFS rosin çekirdekli lehim kullanılıyorsa, bu adım atlanabilir.
Bununla birlikte, gerinim ölçerlerin çıplak lehim pedlerinde kalaylama olması durumunda, WAF sıvı asit akışını yalnızca lehim pedlerine uygulayın.
Akı miktarını kontrol etmeye yardımcı olmak için, bir diş çubuğu kullanarak biraz akı emebilir ve küçük bir miktarı lehim pedlerine damlatabilirsiniz.
- Lehim pedlerini WFS rosin çekirdekli lehimle kalaylayın. Karma ölçerler için, lehim pedlerini WSS yekpare telli lehimle kalaylayın.
- Kalaylamada WFS rosin çekirdekli lehim kullanılıyorsa, şu anda toz artıklarının temizlenmesi gerekli değildir.
Bununla birlikte, WAF sıvı asit fluxu kullanılıyorsa, düzenleyiciyi fırçalayarak alanı temizleyin ve gazlı bezle kurulayın. Ardından alanı tekrar temizlemek için nötrleştiriciyi uygulayın ve gazlı bezle kurulayın.
9-4 İnce uçları kalaylamak ve lehim pedlerine lehimlemek için aşağıdaki adımları izleyin.
- İnce uçları istenen uzunlukta kesin, temizleyin ve uçları Adım 9-3’te kullanılanla aynı lehimle kalaylayın.
- Lehim pedine az miktarda eritken uygulanabilir. Lehim noktalı (SD) gerinim ölçerler için herhangi bir eritken uygulamayın.
- Ucu lehim pedi üzerinde uygun yönde düz tutun ve havya ucuyla ucuna bir damla lehim uygulayın.
- Lehim damlası katı hale gelene ve lehim pedi üzerinde parlak bir lehimli bağlantı oluşturana kadar, lehim pedi üzerindeki ucun ucunun konumunu yaklaşık 1 saniye boyunca sabit tutun. Ek lehim uygulamak genellikle gerekli değildir.
- Gerinim pulunun lehim pedleri ile terminaller arasındaki kablolar için, Şekil 13’te gösterildiği gibi bir gerilim azaltma halkası oluşturun.
Adım 10: Kalıntıların Giderilmesi
Lehimleme işlemi bittikten sonra gerinim ölçer üzerindeki eritken kalıntıları tamamen giderilmelidir. Bunun nedeni, herhangi bir akı kalıntısının gerinim ölçerin kararsızlığına neden olabilmesi ve Adım 12’de gerinim puluna uygulanacak koruyucu dolgu macununun sızdırmazlık özelliğini bozabilmesidir.
10-1 Yumuşak, orta boy bir fırça kullanarak tüm yapıştırma alanını WBS reçine solventiyle temizleyin. IPA veya baskılı devre kartları için akış temizleyici gibi diğer temizleyiciler kullanılabilir.
10-2 Gösterge koruyucu bant, Adım 9-1’in sonunda açıklandığı gibi strain gauge’in algılama ızgarasını kapatmak için kullanılmışsa, bu bandı çıkarmadan önce, WBS kolofan solventi sürekli olarak yüzeye uygulanmalıdır. Bandın yapıştırıcısının tamamen yapışkan olmaması için bandın kenarına bastırın. Bu şekilde, bant sonunda çıkarılabilir.
Adım 11: Lehimli Bağlantıların İncelenmesi
11-1 Lehimli bağlantı, pürüzlü veya çapaklı kenarlar olmaksızın homojen, pürüzsüz ve parlak olmalıdır. Lehimlendiğinden şüphelenilen bağlantı yerleri yeniden lehimlenmelidir.
11-2 Kablolar gerinim ölçerlerin lehim pedi üzerinde düz durmalıdır. Ve strain gauge üzerindeki lehim pedleri ile terminaller arasındaki uçlar, Şekil 13’te gösterildiği gibi gerilim azaltma döngüsünü oluşturmalıdır.
11-3 Gerinim ölçerlerde görünür akı kalıntıları gözlemlenemez.
Adım 12: Yalıtım Direncinin İncelenmesi
Strain Gauge’in her bir lehimli ucu veya teli ile sensör gövdesi arasındaki direnci ölçerek, bağlı göstergenin yalıtım direncini inceleyin. Örneğin, bu denetimi gerçekleştirmek için bir yalıtım direnci test cihazı kullanılabilir.
Yalıtım, 50Vdc’de en az 1000MΩ’a kadar yüksek olmalıdır. Yalıtım direncinin çok düşük olması genellikle akı artıklarından veya düşük kaliteli yapıştırıcı sertleşmesinden kaynaklanır. Yalıtım direnci çok düşük olduğunda, sensörlerin çıkış değerleri kararsız olacaktır. Bu nedenle, böyle bir durumda lehimlemeyi veya strain gauge yapıştırma işlemini tekrar yapmanız şiddetle tavsiye edilir.
Adım 13: Strain Gauge Kablolaması
Bir Wheatstone köprü devresi oluşturmak üzere yapışmış SG’yi kablolamak için Adım 8 ila 12’ye bakın.
Adım 14: Yapıştırılmış Gerinim Ölçerlerin Köprü Devresini Mastikle Koruyun
Köprü devresini neme ve diğer kimyasallara karşı korumak için, köprü devresinin tüm alanını kaplamak üzere koruyucu sızdırmazlık maddesini uygulayın.
Koruyucu mastik sertleştikten sonra, Adım 12’de açıklandığı gibi yalıtım direncini bir kez daha kontrol edin.
3. Yapıştırıcının Kürlenme Koşulları
Hassas sensörlerin üretimi için ısıyla sertleşen yapıştırıcıların kullanılması önerilir. Aşağıda verilen talimatlara uyulması, optimum sertleştirme ve sonradan sertleştirme sonuçları elde etmek için özellikle önemlidir.
Kürlenme sürecinde her zaman belirtilen basıncın uygulanması tavsiye edilir. Sıkma aleti tarafından uygulanan basınç ne kadar yüksek olursa, sensörlerin sürünme hatası o kadar küçük olur.
Daha iyi kürleme ve tavlama sonuçları elde etmek için sırasıyla kürleme ve kürleme sonrası işlemlerde belirtilen sıcaklık ve sürenin uygulanması her zaman tavsiye edilir.
3.1. Kürleme Basıncı
Kürleme basıncı, farklı yapıştırıcılara veya farklı sensör gövdesi malzemelerine göre değişebilir. Kürleme işleminde mümkün olan maksimum kürleme basıncının uygulanması tavsiye edilir. Kürleme basıncı her zaman kenetleme kuvvetlerinin kenetleme aleti tarafından uygulanır. Aşağıdaki formül kullanılarak gerekli sıkma kuvveti hesaplanabilir;
sıkıştırma kuvveti = plakanın boyutu x belirtilen sertleştirme basıncı
Örneğin, istenen dikdörtgen şeklindeki bir alüminyum levhanın boyutu 10mm x 5mm = 50mm2 ve gerekli sertleştirme basıncı 5 bar ise (yukarıda 3.1. ve 3.2. bölümlerde belirtilen yapıştırıcı özelliklerine ve sensör gövde malzemesine göre).
gerekli sıkma kuvveti şu şekilde hesaplanabilir:
sıkma kuvveti = 5(kgf/cm2) x 50 x10-2 cm2 = 2,5kgf = 24,5N
3.2. Tutkal Kalınlığı ve Sürünme Hatasına Karşı Kürleme Basıncı
Sensör uygulamaları için, daha yüksek sertleştirme basıncı, daha düşük bir negatif sürünme hatasına yol açan daha ince bir yapıştırma hattı oluşturabilir. Bu nedenle, sürünme hatasını azaltmak için izin verilen maksimum kürleme basıncının uygulanması önerilir.
Tutkal hattının optimum kalınlığı 15μm ila 20μm arasındadır. Bu kalınlık sadece yeterli yapışma sağlamakla kalmaz, aynı zamanda sürünme hatasını yeterince düşük bir seviyede tutabilir.
3.3. Kürleme Basıncı ve Sensör Gövdesi Malzemeleri
Aynı destek malzemesine sahip strain gaugeler için, sensör gövdesi farklı malzemelerden yapılmışsa sertleştirme basıncı farklı olabilir. Şekil 3’te, modifiye edilmiş poliimid (arkalık kodu:I) destek tabakasına sahip SG’nin üzerlerine yapıştırılmış olmasına rağmen, iki farklı sensör gövdesi malzemesi için sertleştirme basıncının farklı olduğu bir örnek gösterilmektedir.
Destek Malzemesi | Sensör Gövde Malzemesi | Kürleme Basıncı |
Değiştirilmiş Poliimid Reçinesi (kod I) | Hafif Çelik veya Paslanmaz Çelik | 3 bar,….,5 bar |
Değiştirilmiş Poliimid Reçinesi (kod I) | Alüminyum Alaşım | 1 bar,…, 3bar |
3.4. Kürlenme Sıcaklığı ve Süresine Karşı Sensör Gövde Malzemeleri
Aynı arkalık malzemesine (örn. modifiye poliimid, arkalık kodu: I) sahip strain gauge için, sensör gövdesi farklı bir malzemeden yapılmışsa kürleme sıcaklığı ve süresi değişebilir. Tablo 4’de, sensör gövdesinin yapıldığı en yaygın kullanılan iki metalin sertleşme sıcaklığı ve süresi gösterilmektedir.
Destek Kodu | Sensör Gövde Malzemesi | Kürleme Basıncı | Kürleme Sıcaklığı ve Süresi | Kürleme Sonrası Sıcaklık ve Süre |
I | Hafif Çelik veya Paslanmaz Çelik | 3 bar,….,5bar | 1,5 saat Boyunca 170°C | 2 saat Boyunca 200°C |
I | Alüminyum Alaşım | 1bar,…,3bar | 2 saat Boyunca 135°C | 2 saat Boyunca 165°C |
3.5. Kürlenme Sıcaklığı ve Süresi ile Strain Gauge Destek Malzemelerinin Karşılaştırılması
Kürlenme sıcaklığı ve süresi strain gauge destek malzemelerinin çalışma sıcaklığı aralığı ile de ilişkilidir. Tab.5’te SG altlık malzemelerine göre kürlenme sıcaklıkları ve süreleri listelenmiştir.
Destek Kodu | Sensör Gövde Malzemesi | Kürleme Basıncı | Kürleme Sıcaklığı ve Süresi | Kürleme Sonrası Sıcaklık ve Süre |
F | Hafif Çelik veya Paslanmaz Çelik | 3 bar,….,5bar | 2 saat Boyunca 135°C | 2 saat Boyunca 165°C |
I,B,L | Hafif Çelik veya Paslanmaz Çelik | 3 bar,….,5bar | 1,5 saat Boyunca 170°C | 2 saat Boyunca 200°C |
A | Hafif Çelik veya Paslanmaz Çelik | 3 bar,….,5bar | 1,5 saat Boyunca 200°C | 2 saat Boyunca 230°C |
4. Yarı İletken Gerinim Ölçerlerin Yapıştırılması
Yarı iletken gerinim ölçerler, silikon çubuğun altında herhangi bir destek tabakası olmayan korumasız ölçerlerdir.
Dikkat: Yarı iletken gerinim ölçerin silikon çubuğu kırılgan olduğundan, çıplak ölçerler kullanılırken ekstra özen gösterilmelidir. Korumasız strain gauge’in silikon çubuğu yerine uçlarından tutun. Strain Gauge’in iki ucunu aynı anda çekmeyin.
4.1. Korumasız Strain Gaugelerin Yalıtım Katmanı
Bölüm 2’deki Adım 3’te açıklandığı gibi strain gauge yapıştırmadan önce, korumasız yarı iletken göstergeler için ilk önce bir yalıtım tabakası oluşturmak gerekir. Bunu yapmak için, Bölüm 2’de açıklanan Adım 1 ve Adım 2 takip edilebilir ve gauge yapıştırma alanının yüzeyini kaplamak için yapıştırıcı uygulanabilir ve uygun bir yalıtım tabakası oluşturmak için belirtilen sıcaklıkta tamamen kürlenir.
Üzerine yapıştırılacak korumasız ölçerin sürünme hatasını azaltmak için, katman gösterge yeterli bir yalıtım sağladığı sürece, yapıştırma yüzeyine daha ince bir yapıştırıcı tabakası uygulamak daha iyidir. Yalıtım amacıyla yaklaşık 30μm kalınlığında bir tabaka oluşturulması tavsiye edilir.
4.1. Korumasız Strain Gaugelerin Yapıştırılması
Bu tip ölçerleri bağlamanın iki yolu vardır: biri basınçla yapıştırma, diğeri ise basınçsız yapıştırmadır (basınçsız bağlama işlemi).
Sürünme hatası, sensörlerin gerekli sınırını karşılayabildiği sürece, basınçsız birleştirme işleminin uygulanması önerilir. Göstergeleri yalıtım katmanına yapıştırın ve gaugeleri bir fırında belirtilen sıcaklıkta belirtilen süre boyunca sertleştirin.
Sürünme sensörlerin limitinin ötesindeyse, göstergenin basınçla metal folyo ölçerin yapıştırılmasında kullanılanla aynı şekilde yapıştırılması tavsiye edilir. Sürünme hatasını azaltmak için kürleme işleminde 0,5 bar, ., 1 bar basınç uygulanabilir.
4.3. Bakır Telleri Korumasız Strain Gaugelerin Altın Uçlarına Bağlama
Adım-1: Yapıştırılabilir terminalleri korumasız gaugelerin yanına yapıştırın.
Adım 2: Korumasız gaugelerin altın uçlarını terminale lehimlemek için kalay yerine indiyum uygulayın. Maksimum lehimleme sıcaklığı 165 °C’dir.
