SE1050478A1 - Mechanical temperature compensation element, method of mounting thereof, and method of mechanical temperature compensation - Google Patents
Mechanical temperature compensation element, method of mounting thereof, and method of mechanical temperature compensation Download PDFInfo
- Publication number
- SE1050478A1 SE1050478A1 SE1050478A SE1050478A SE1050478A1 SE 1050478 A1 SE1050478 A1 SE 1050478A1 SE 1050478 A SE1050478 A SE 1050478A SE 1050478 A SE1050478 A SE 1050478A SE 1050478 A1 SE1050478 A1 SE 1050478A1
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- temperature
- temperature compensation
- planar
- expansion
- mechanical
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011343 solid material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 208000004356 Hysteria Diseases 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 208000012839 conversion disease Diseases 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/008—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
-
- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B7/00—Compensating for the effects of temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
- Connection Of Plates (AREA)
Abstract
SAMANDRAG Uppfinningen avser en anordning och ett förfarandefor att kompensera temperaturutvidgningseffekter i fastamaterial, samt en metod att tillverka namnda anordning. Temperaturkompensering gors genom att anordningenmekaniskt samverkar med den anordning som skalltemperaturkompenseras. Temperaturkompenseringselementet(10) ar sammanbunden till ett holje består av en innesluten skiva som via en snedstalld(13) (11) temperaturutvidgningskoefficient skiljer sig från den lankanordning vars inneslutna skivans. Både positiva och negativatemperaturkompenseringar kan utforas. Tillverkningsmetodenbestår i att ingående delar varms upp eller kyls så att enpresspassning uppnås då delarna sammanfogats och atttemperaturen på ingående delar styrts till avsett temperaturkompenseringsområde. Att publiceras med Fig. 2 SUMMARY The invention relates to a device and a method for compensating for temperature expansion effects in solid materials, as well as a method for manufacturing said device. Temperature compensation is made by the device mechanically cooperating with the device which is to be temperature compensated. The temperature compensation element (10) is connected to a housing consists of an enclosed disc which, via an obliquely (13) (11) temperature expansion coefficient, differs from the lane device whose enclosed disc. Both positive and negative temperature compensations can be performed. The manufacturing method consists of the components being heated or cooled so that a press-fit fit is achieved when the parts are joined and the temperature of the components is controlled to the intended temperature compensation range. To be published with Fig. 2
Description
15 20 25 30 35 delar såsom hårdhet, utmattningsegenskaper, hållfasthet, korrosionsresistens, ytjämnhet, transparens, färg, elektriska egenskaper, smältpunkt, pris m.m. Parts such as hardness, fatigue properties, strength, corrosion resistance, surface smoothness, transparency, color, electrical properties, melting point, price, etc.
Då olika material kombineras är det vanligt att de ingående material har olika I de flesta fall orsakar inte detta några problem om konstruktionen görs på temperaturutvidgningskoefficienter. ett sådant sätt att dessa temperaturutvidgningar inte skadar konstruktionen eller funktionen. Detta kan uppnås genom att ha tillräckliga toleranser som medger temperatureffekterna samt att konstruktionen har en struktur och ett materialval som ger så liten effekt som möjligt där temperaturen kan ha inverkan på funktionen.When different materials are combined, it is common for the constituent materials to be different. In most cases, this does not cause any problems if the design is made on temperature expansion coefficients. in such a way that these temperature expansions do not damage the construction or the function. This can be achieved by having sufficient tolerances that allow the temperature effects and that the construction has a structure and a choice of material that gives as little effect as possible where the temperature can have an effect on the function.
Det finns dock temperaturkritiska konstruktioner där temperaturkompensationselement behövs för en tillfredställande funktion vid temperaturväxlingar.However, there are temperature-critical constructions where temperature compensation elements are needed for a satisfactory function during temperature fluctuations.
Exempel på temperaturkritiska konstruktioner kan vara anordningar för mikropositionering, styrning av laserstrålar, fokusering av mikroskop; atom, optiska och ultraljud, halvledartillverkning, sensorer för mikropositionering, spektroskopi och optiska bänkar.Examples of temperature-critical constructions can be devices for micropositioning, control of laser beams, focusing of microscopes; atom, optical and ultrasound, semiconductor manufacturing, micropositioning sensors, spectroscopy and optical benches.
Vid mikropositionering är det vanligt att positioneringen styrs av en aktuator i form av en piezoelektrisk kristall. En piezoelektrisk kristall har ett utstyrningsområde utgörande ca 0,1 % av kristallens tjocklek, dvs. utstyrningsområdet är väldigt litet i förhållande till kristallens tjocklek. För att uppnå en större rörelse har konstruktioner tagits fram i form av bimorfa kristaller som har två lager av piezomaterial med motriktade arbetsriktningar. Genom att de sammanfogade lagerna utformas som en balk uppnås en böjning på samma sätt som bimetall. Piezobalken blir däremot temperaturstabil eftersom den består av material med samma temperaturutvidgningskoefficient överallt.In micropositioning, it is common for the positioning to be controlled by an actuator in the form of a piezoelectric crystal. A piezoelectric crystal has a control range of about 0.1% of the thickness of the crystal, i.e. the equipment range is very small in relation to the thickness of the crystal. To achieve greater movement, constructions have been developed in the form of bimorph crystals that have two layers of piezo material with opposite working directions. By designing the joined layers as a beam, a bend is achieved in the same way as bimetal. The piezo beam, on the other hand, becomes temperature stable because it consists of materials with the same coefficient of temperature expansion everywhere.
Nackdelen med piezobalkar är dock att kraften är begränsad på grund av piezokeramikens skörhet. 10 15 20 25 30 35 Ett annat sätt att uppnå större rörelse med piezoteknik är att seriekoppla ett antal piezoelement i form av en stack.The disadvantage of piezo beams, however, is that the force is limited due to the fragility of the piezo ceramic. 10 15 20 25 30 35 Another way to achieve greater movement with piezo technology is to connect a number of piezo elements in series in the form of a stack.
Detta kan göras integrerat på liknande sätt som vid tillverkning av keramiska flerskiktskondensatorer. En piezoaktuator med en längd av åtskilliga centimeter kan tillverkas på detta sätt. Om en stack förankras i en ände kommer den andra änden att röra sig relativt omgivningen till den andra änden. Omgivningen till den andra änden utgörs normalt av samma material som är förankrat i piezostackens ände. För att få en relativ rörelse som inte påverkas av omgivningstemperaturen måste piezostacken och det omgivande materialet ha samma temperaturutvidgningskoefficient. Detta är dock svårt att uppnå, eftersom piezomaterialet ofta har en utvidgningskoefficient på endast några få ppm, och i vissa material till och med en negativ koefficient. Omgivande material måste då ha samma koefficient, vilket starkt begränsar urvalet av möjliga material. Endast vissa speciallegeringar och keramiska material återstår som möjliga alternativ. Dessa alternativen är ofta olämpliga på grund av hållfasthet, tillverkningsmetoder, korrosionsegenskaper, eller högt pris.This can be integrated in a similar way as in the manufacture of ceramic multilayer capacitors. A piezo actuator with a length of several centimeters can be manufactured in this way. If a stack is anchored at one end, the other end will move relative to the vicinity of the other end. The environment to the other end is normally made of the same material that is anchored at the end of the piezo stack. In order to obtain a relative movement that is not affected by the ambient temperature, the piezo stack and the surrounding material must have the same coefficient of temperature expansion. However, this is difficult to achieve, as the piezo material often has a coefficient of expansion of only a few ppm, and in some materials even a negative coefficient. Surrounding materials must then have the same coefficient, which greatly limits the selection of possible materials. Only certain special alloys and ceramic materials remain as possible alternatives. These options are often unsuitable due to strength, manufacturing methods, corrosion properties, or high cost.
Dagens existerande lösningar är exempelvis att en andra piezostack utgör referenspunkt till den första. Detta ger en merkostnad och begränsning av den mekaniska designen. Ett annat sätt är att som ovan nämnts att använda speciella material utgörande referenspunkt. Ytterligare ett sätt är att i serie med piezostacken lägga in ett element med signifikant temperaturutvidgning. Piezostacken i serie med kompensationselementet kan då fås att ha samma temperaturutvidgning som omgivande material. och US 6,l48,842.Today's existing solutions are, for example, that a second piezo stack is a reference point for the first. This gives an additional cost and limitation of the mechanical design. Another way is to use special materials as a reference point, as mentioned above. Another way is to insert an element with significant temperature expansion in series with the piezo stack. The piezo stack in series with the compensation element can then be made to have the same temperature expansion as the surrounding material. and US 6,148,842.
I US 7,5l4,847 används en aluminiumkropp som Denna princip finns beskriven i patenten US 7,5l4,847 kompenseringsdel. Eftersom aluminium har en relativt låg temperaturutvidgningskoefficient jämfört med vanliga 10 15 20 25 30 35 konstruktionsmaterial behövs en stor sådan här kropp, vilket leder till signifikant större dimensioner och en försämrad responstid.In US 7,5l4,847 an aluminum body is used which This principle is described in the patent US 7,5l4,847 compensation part. Since aluminum has a relatively low coefficient of temperature expansion compared to ordinary construction materials, a large body like this is needed, which leads to significantly larger dimensions and a reduced response time.
I US 6,l48,842 används en sluten behållare fylld med olja som kompensationskropp. Denna lösning ger en kompaktare kompensationskropp eftersom det finns oljor med hög temperaturutvidgningskoefficient. Nackdelen är dock att oljan måste inneslutas hermetiskt för att undvika läckage, vilket leder till höga tillverkningskostnader.US 6,148,842 uses a closed container filled with oil as a compensating body. This solution provides a more compact compensation body because there are oils with a high coefficient of temperature expansion. The disadvantage, however, is that the oil must be hermetically sealed to avoid leakage, which leads to high manufacturing costs.
Kompensationsmetoder med minnesmetall finns också beskrivna exempelvis i patent US 5,059,850.Memory metal compensation methods are also described, for example, in U.S. Patent 5,059,850.
Detta är dock en lösning som är tyngd av hysteresproblem, materialval och höga kostnader.However, this is a solution that is burdened by hysteria problems, material choices and high costs.
Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla en temperaturkompensering med en kropp som har signifikant större temperaturutvidgningskoefficient än metaller och vanliga konstruktionsmaterial. En anordnign som tillhandahåller denna kompensering ska lätt kunna tillverkas.The object of the invention is to provide a temperature compensation with a body which has a significantly greater coefficient of temperature expansion than metals and ordinary construction materials. A device that provides this compensation should be easy to manufacture.
Sammanfattning av uppfinning Dessa syften åstadkommes med hjälp av anordningen enligt de bifogade oberoende kraven, varvid särskilda utföringsformer behandlas i de beroende kraven.Summary of the invention These objects are achieved by means of the device according to the appended independent claims, wherein particular embodiments are dealt with in the dependent claims.
Den föreliggande uppfinningen söker således framför allt motverka, förbättra eller eliminera en eller flera av ovan identifierade tillkortakommanden och nackdelar inom konventionell teknik, individuellt eller i någon kombination, och löser åtminstone delvis de ovan nämnda problem genom att erbjuda en utrustning enligt de vidlagda patentkraven.The present invention thus seeks in particular to counteract, improve or eliminate one or more of the above-identified shortcomings and disadvantages in conventional technology, individually or in any combination, and at least partially solves the above-mentioned problems by providing an equipment according to the appended claims.
Uppfinningen kan i en första aspekt beskrivas som ett mekaniskt temperaturkompenseringselement avsedd att användas som kompensationselement för temperaturutvidgning.The invention can in a first aspect be described as a mechanical temperature compensation element intended to be used as a compensation element for temperature expansion.
Elementet innefattar ett plant element med en första 10 15 20 25 30 35 temperaturutvidgningskoeffioient; ett hölje med en andra temperaturutvidgningskoefficient skild frän den första temperaturutvidgningskoefficienten; en, gentemot det plana elementet, snedställd länkanordning som mekaniskt kopplar samman det plana elementet och höljet; vid temperaturförändring utvidgas det plana elementet radiellt och länkanordningen förflyttas radiellt varvid den från det plana elementet radiella utvidgningen omvandlas till en, gentemot det plana elementet, ortogonal rörelse, vilket lyfter eller sänker höljet i beroende av temperaturkompenseringselement temperatur.The element comprises a flat element with a first coefficient of temperature expansion; a housing having a second temperature expansion coefficient different from the first temperature expansion coefficient; an inclined linkage device opposite the planar element which mechanically connects the planar element and the housing; in the event of a temperature change, the planar element expands radially and the link device is moved radially, the radial expansion from the planar element being converted into an orthogonal movement relative to the planar element, which lifts or lowers the housing depending on the temperature compensating element temperature.
Genom denna konstruktion fäs en mekanisk anordning som kan användas till att mekaniskt kompensera för förändringar som bero på temperaturförändringar och som kan användas till temperaturkritiska konstruktioner såsom t ex för mikropositionering, styrning av lasersträlar, fokusering av mikroskop; atom, optiska och ultraljud, halvledartillverkning, sensorer för mikropositionering, spektroskopi och optiska bänkar. Eller för att kompensera, den temperaturberoende, slaglängden för ett piezoelement.This construction provides a mechanical device which can be used to mechanically compensate for changes due to temperature changes and which can be used for temperature-critical constructions such as for example micropositioning, control of laser beams, focusing of microscopes; atom, optical and ultrasound, semiconductor manufacturing, micropositioning sensors, spectroscopy and optical benches. Or to compensate for the temperature dependence of the stroke of a piezo element.
Temperaturkompenseringen sker genom att det plana materialet har en temperaturkoefficient som är högre eller lägre än ett ovanliggande hölje eller ett hölje bestående av två motsatta halvor. När en temperaturförändring sker så utvidgas det plana elementet radiellt vilket leder till att, en till höljet länkande, ett hävstångsliknande rörelse och lyfter eller sänker mekanisk anordningen utför höljet ortogonalt relativt det plana elementet.The temperature compensation takes place in that the flat material has a temperature coefficient which is higher or lower than an overlying casing or a casing consisting of two opposite halves. When a temperature change occurs, the planar element expands radially, which leads to a lever-like movement linking to the casing and lifting or lowering the mechanical device performing the casing orthogonally relative to the planar element.
Det plana elementet samt höljet kan i olika utforingsformer ha varierande former. Till exempel kan de vara antingen cirkelformade, polygonformade eller ellipsformade.The flat element and the casing can have different shapes in different embodiments. For example, they can be either circular, polygonal or elliptical.
I ett utförande av det mekaniska temperaturkompenseringselementet innefattar länkanordningen en bricka med romboidiskt tvärsnitt, radiella slitsar och eller, separata segment med romboidiskt tvärsnitt. 10 15 20 25 30 35 Det är genom denna konstruktion, av den mellan det plana elementet och höljet mekaniskt länkade anordningen, som den hävstångsliknande rörelsen bildas av det plana elementets temperaturberoende radiella förändring.In an embodiment of the mechanical temperature compensation element, the link device comprises a washer with a rhomboid cross-section, radial slots and or, separate segments with a rhomboid cross-section. It is through this construction, of the device mechanically linked between the planar element and the housing, that the lever-like movement is formed by the temperature-dependent radial change of the planar element.
I ytterligare ett utförande av det mekaniska temperaturkompenseringselement har det plana elementet en temperaturutvidgningskoefficient som är högre än höljets.In a further embodiment of the mechanical temperature compensation element, the planar element has a coefficient of temperature expansion which is higher than that of the housing.
Detta ger en positiv temperaturkompensering vilket ger en lyftande effekt när temperaturen ökar. Ett exempel på ett material som kan användas till det plana elementet är här zink.This gives a positive temperature compensation which gives a lifting effect when the temperature increases. An example of a material that can be used for the flat element here is zinc.
I ytterligare ett utförande av det mekaniska temperaturkompenseringselement har det plana elementet en temperaturutvidgningskoefficient som är lägre än höljets.In a further embodiment of the mechanical temperature compensation element, the flat element has a coefficient of temperature expansion which is lower than that of the housing.
Detta ger en negativ temperaturkompensering vilket gör att det mekaniska temperaturkompenseringselement sänker sig när temperaturen ökar.This gives a negative temperature compensation, which means that the mechanical temperature compensation element lowers as the temperature increases.
I ett annat utförande av det mekaniska temperaturkompenseringselementet kan det kopplas i serie med ett piezoelement.In another embodiment of the mechanical temperature compensation element, it can be connected in series with a piezo element.
Vid en sädan koppling används det mekaniska temperaturkompenseringselementet för att kompensera för temperatur beroende förändringar av piezoelementets slaglängd. Men som tidigare nämnts kan uppfinningen användas till att temperaturkompensera för andra temperaturkritiska konstruktioner.In such a coupling, the mechanical temperature compensation element is used to compensate for temperature-dependent changes in the stroke of the piezo element. However, as previously mentioned, the invention can be used to compensate for temperature for other temperature-critical constructions.
En andra aspekt av uppfinningen innefattar ett förfarande vid montering av det mekaniska 10 15 20 25 30 35 temperaturkompenseringselementet vilket innefattar att det plana elementet kyls ner innan montering.A second aspect of the invention comprises a method of mounting the mechanical temperature compensation element which comprises cooling the planar element before mounting.
En tredje aspekt av uppfinningen innefattar ett förfarande vid montering av det mekaniska temperaturkompenseringselementet, vilket innefattar att holjet värms upp innan montering.A third aspect of the invention comprises a method of mounting the mechanical temperature compensation element, which comprises heating the housing before mounting.
Dessa två aspekter av uppfinningen består i att ingående delar värms upp eller kyls så att en presspassning uppnås då delarna sammanfogats och att temperaturen på ingående delar styrts till avsett temperaturkompenseringsområde.These two aspects of the invention consist in that the components are heated or cooled so that a press fit is achieved when the parts are joined and that the temperature of the components is controlled to the intended temperature compensation range.
En fjärde aspekt av uppfinningen innefattar ett förfarande for att mekaniskt temperaturkompensera en temperaturkritisk konstruktion, innefattandes av ett plant element, med en temperaturutvidgningskoefficient som är skild från dess holjes temperaturutvidgningskoefficient, vid temperaturförändring utvidgas och där därmed trycker på en, mellan det plana elementet och holjet, mekaniskt länkade konstruktion som lyfter eller sänker holjet ortogonalt relativt det plana elementet som samverkar med den temperaturkritiska konstruktionen.A fourth aspect of the invention includes a method of mechanically temperature compensating a temperature critical structure, comprising a planar element, having a coefficient of temperature expansion different from the coefficient of temperature expansion of its cavity, upon temperature change expands and thereby presses one, between the planar element and the casing. mechanically linked construction that lifts or lowers the housing orthogonally relative to the planar element that cooperates with the temperature-critical construction.
Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen tillhandahålls ett forfarande för temperaturkompensering där ett temperaturkompenseringselement användas som kompensationselement för temperaturutvidgning, varvid vid temperaturförändring utvidgas ett plant elementet radiellt och en snedställd länkanordning forflyttas radiellt varvid den från det plana elementet radiella utvidgningen ortogonal omvandlas till en, gentemot det plana elementet, rörelse, vilket lyfter eller sänker ett holjet som omger det plana elementet i beroende av temperaturkompenseringselements temperatur. 10 15 20 25 30 35 Fördelarna med denna metod ar som för ovan beskrivna utrustning. Att man på ett relativt enkelt och billigt satt kan få en automatisk mekanisk temperaturkompensering av en temperaturkritisk konstruktion t ex ett piezoelement. Översiktlig beskrivning av ritningarna Dessa och andra aspekter, särdrag och fördelar som uppfinningen åtminstone partiellt innehar blir tydligare och specificerade genom följande beskrivning av utförandeformer av föreliggande uppfinning, där referens görs till de vidliggande figurerna, i vilka Figur 1 visar i en schematisk vy ett utförandeexempel enligt en princip av uppfinningen, i detta exempel år anordningen i sin lägsta arbetstemperatur; Figur 2 visar samma utförandeexempel som figur 1, men med anordningen i sin högsta arbetstemperatur; Figur 3 visar ett utförande dar en negativ temperaturkompensering kan uppnås i enlighet med uppfinningen; I detta exempel ar anordningen i sin högsta arbetstemperatur; Figur 4 visar en detaljerad vy av figur 2 där principen för lånkanordningen visas; och Figur 5 och 6 visar varianter av lankanordningarna.According to a further aspect of the invention there is provided a method of temperature compensation wherein a temperature compensating element is used as a compensating element for temperature expansion, wherein with temperature change a planar element expands radially and an inclined link device is moved radially the radial expansion radially converted from the planar element to the element, movement, which raises or lowers a housing surrounding the planar element depending on the temperature of the temperature compensation element. The advantages of this method are as for the equipment described above. That in a relatively simple and inexpensive way you can get an automatic mechanical temperature compensation of a temperature-critical construction, for example a piezo element. General description of the drawings These and other aspects, features and advantages which the invention at least partially possesses become clearer and specified by the following description of embodiments of the present invention, where reference is made to the accompanying figures, in which Figure 1 shows in a schematic view an embodiment according to a principle of the invention, in this example the device is at its lowest operating temperature; Figure 2 shows the same embodiment as Figure 1, but with the device in its highest operating temperature; Figure 3 shows an embodiment where a negative temperature compensation can be achieved in accordance with the invention; In this example, the device is at its highest operating temperature; Figure 4 shows a detailed view of Figure 2 where the principle of the loan device is shown; and Figures 5 and 6 show variants of the lane devices.
Beskrivning av utföranden En anordning i enlighet med uppfinningen erhålles genom att en disk 10 med förhållandevis hög temperaturutvidgningskoefficient innesluts i ett hölje 11,12. Höljet 11, 10. Enligt utföringsformen består höljet av två skivor som 12 har två delar som inneslutar disken var och en har en fördjupning. Skivorna år sammansatta så att fördjupningarna tar emot disken 10 inuti höljet. Disken 10 ligger i spänn med en lånkanordning 13, som kan var en bricka med romboidisk tvarsnittsform enligt Fig. 1. Disken 10 15 20 25 30 35 10 har en hög temperaturutvidgningskoefficient i förhållande till höljet 11, 12.Description of embodiments A device according to the invention is obtained by enclosing a disk 10 with a relatively high coefficient of temperature expansion in a housing 11,12. The housing 11, 10. According to the embodiment, the housing consists of two discs which 12 have two parts enclosing the disk, each of which has a recess. The discs are assembled so that the recesses receive the disk 10 inside the housing. The disk 10 is in tension with a borrowing device 13, which may be a tray with a rhomboid cross-sectional shape according to Fig. 1. The disk 10 has a high coefficient of temperature expansion in relation to the housing 11, 12.
Vid en temperaturhöjning expanderar disken 10 mer i radiell riktning an i axiell riktning då skivan har en större diameter än tjocklek. Vidare expanderar disken 10 mer an höljet 11,12 varpå länkanordningen 13 utsätter höljet 11,12 för ett radiellt tryck. Länkanordningen 13 består i utföringsexemplet av två ringar med romboidiskt tvärsnitt och utsätter höljet 11,12 för ett radiellt tryck.With a rise in temperature, the disc 10 expands more in the radial direction than in the axial direction as the disc has a larger diameter than thickness. Furthermore, the disk 10 expands more than the housing 11,12, whereupon the link device 13 exposes the housing 11,12 to a radial pressure. The link device 13 consists in the exemplary embodiment of two rings with a rhomboid cross-section and exposes the housing 11,12 to a radial pressure.
Länkanordningens 13 romboidiska tvärsnittsform får en funktion av ett snedställt stag 100,101, så som illustreras i Fig. 4 med de diagonala linjerna i länkanordningens 13 diskens 10 temperaturutvidgning kommer då att omsättas i en axiell tvärsnitt. Den radiella rörelsen orsakad av rörelse med en förstärkningsfaktor som bestäms av linjernas 100,101 lutning, önskade specifikationer och tillämpningar. dvs. länkanordningens 13 utförande enligt I fig 1 visas anordningen vid lägsta arbetstemperatur och i fig 2 vid högsta arbetstemperatur. Vid typisk arbetstemperatur kommer höljets delar 11,12 av att vara åtskilda med en distans företrädesvis hälften av den som illustreras i figur 2. att endast ha kontakt med disken 10 och höljet 11,12 i I detta Länkanordningen 13 kommer samtidigt hörnen motställda diagonalerna 100,101 i fig 3. läge liksom vid högsta arbetstemperatur kommer hela anordningen att hållas ihop i en sammanhängande enhet av presspassning orsakad radiellt tryck mot länkanordningen 13 från disken 10.The rhomboid cross-sectional shape of the link device 13 has a function of an inclined strut 100,101, as illustrated in Fig. 4 with the diagonal lines in the temperature expansion of the link device 13 of the link device 13 will then be converted into an axial cross-section. The radial motion caused by motion with a gain factor determined by the inclination of the lines 100,101, desired specifications and applications. i.e. The embodiment of the link device 13 according to Fig. 1 shows the device at the lowest operating temperature and in Fig. 2 at the highest operating temperature. At typical operating temperature, the parts 11,12 of the casing will be separated by a distance, preferably half of that illustrated in Figure 2. to have contact only with the counter 10 and the casing 11,12 in In this Link device 13, at the same time the corners opposite the diagonals 100,101 in Fig. 3. position as at the highest operating temperature, the whole device will be held together in a continuous unit of press fit caused by radial pressure against the link device 13 from the disk 10.
För att anordningen skall kunna motstå stora axiella motkrafter är diskens 10 radiella yta omgiven av en tunn ring 14 med av ett hårt material. På detta sätt undviks deformation av diskens 10 form även om den består av ett material som är mjukare än höljet. Genom att välja zink som material i disken 10 och rostfritt stål i resten av anordningen kan exempelvis en axiell 10 15 20 25 30 35 10 temperaturutvidgningskoefficient på 150 ppm/grad nås. Detta är ca 10 ggr mer än de flesta konstruktionsmaterial. Genom att variera vinkeln på länkanordningens 13 romboid form kan den mekaniska förstärkningen och därmed den axiella temperaturutvidgningskoefficienten bestämmas efter önskemål.In order for the device to be able to withstand large axial counter-forces, the radial surface of the disc 10 is surrounded by a thin ring 14 with a hard material. In this way, deformation of the shape of the disk 10 is avoided even if it consists of a material that is softer than the casing. By choosing zinc as the material in the counter 10 and stainless steel in the rest of the device, for example, an axial temperature expansion coefficient of 150 ppm / degree can be achieved. This is about 10 times more than most construction materials. By varying the angle of the rhomboid shape of the link device 13, the mechanical reinforcement and thus the axial temperature expansion coefficient can be determined as desired.
Då länkanordningen 13 utsätts för radiella krafter kommer den att utsätta disken 10 för en motkraft. Detta kommer att leda till en kompression av densamma med en i praktiken reducerad temperaturutvidgningseffekt. För att minska denna påverkan kan länkanordningen 13 förses med slitsar enligt figur 5, eller att bestå av lösa segment enligt figur 6. Slitsar i länkanordningen 13 kan även bestå av ej genomgående radiella spår.When the link device 13 is subjected to radial forces, it will subject the disk 10 to a counter force. This will lead to a compression of the same with a practically reduced temperature expansion effect. To reduce this effect, the link device 13 can be provided with slots according to Figure 5, or to consist of loose segments according to Figure 6. Slots in the link device 13 can also consist of non-continuous radial grooves.
Genom att använda ett material med stor temperaturutvidgningskoefficient i höljet 11,12 och att övrigt material i anordningen består av material med därtill relativ låg temperaturutvidgningskoefficient enligt figur 3 kan en axiell negativ temperaturutvidgningskoefficient uppnås.By using a material with a large coefficient of temperature expansion in the housing 11, 12 and that other material in the device consists of material with a relatively low coefficient of temperature expansion according to Figure 3, an axial negative coefficient of temperature expansion can be achieved.
Ringen 24 som bildar en hård yta mot höljet 21,22 har då en lite annorlunda placering jämfört med figur 2.The ring 24 which forms a hard surface against the housing 21,22 then has a slightly different location compared with figure 2.
I föreliggande utföringsexempel är ingående delar cirkulära, anordningens geometri är dock inte begränsad till dessa former, utan cirkelformen kan bytas med polygoner, ellipser eller liknande.In the present exemplary embodiment, the constituent parts are circular, however, the geometry of the device is not limited to these shapes, but the circular shape can be changed with polygons, ellipses or the like.
Figur 5 och 6 visar olika varianter av länkanordningarna. Såsom visas i Fig. 5 kan ett flertal länkanordningarna vara anordnade i en sammanhängande ring.Figures 5 and 6 show different variants of the link devices. As shown in Fig. 5, a plurality of linking devices may be arranged in a continuous ring.
Alternativt, såsom visas i Fig. 6 kan ett flertal individuella element vara anordnade i en omkrets kring disken 10.Alternatively, as shown in Fig. 6, a plurality of individual elements may be arranged in a circumference around the counter 10.
Enligt en utföringsform beskrivs nu en metod för tillverkning av en ovan beskriven anordning. 10 15 11 Som tidigare nämnts hålls hela anordningen ihop i form av en presspassning. Vid temperatur lägre än arbetstemperaturområdet på disken 10 kan alla ingående delar sammanfogas utan svårighet.According to one embodiment, a method for manufacturing a device described above is now described. As previously mentioned, the entire device is held together in the form of a press fit. At temperatures lower than the operating temperature range of the counter 10, all the components can be joined together without difficulty.
En fordelaktig monteringsmetod är då att innan montering kyla ner disken 10 till en låg temperatur, t.ex. i flytande kväve. Efter monteringen sätts konstruktionen i axiell press och får temperaturutjämnas till anordningen når sitt temperaturarbetsområde, varefter pressen kan avlägsnas.An advantageous mounting method is then to cool the disk 10 to a low temperature before mounting, e.g. in liquid nitrogen. After assembly, the structure is placed in axial press and may be temperature equalized until the device reaches its temperature working range, after which the press can be removed.
Vid montering av anordning med negativ temperaturutvidgningskoefficient enligt figur 3 värms höljet 21,22 istället upp, och därefter sätts konstruktionen i axiell press och får temperaturutjämnas till anordningen når sitt temperaturarbetsområde, varefter pressen kan avlägsnas.When mounting a device with a negative coefficient of temperature expansion according to Figure 3, the housing 21,22 is heated instead, and then the construction is set in axial press and allowed to temperature equalize until the device reaches its temperature working range, after which the press can be removed.
Claims (1)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1050478A SE534995C2 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Mechanical temperature compensation element, method of mounting thereof, and method of mechanical temperature compensation |
| CN201110126023.3A CN102251944B (en) | 2010-05-17 | 2011-05-16 | Mechanical temperature compensation device and means, method for assembling the device |
| PCT/EP2011/058009 WO2011144642A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Piezo electric controlled high-pressure valve and method for controlling a high-pressure valve |
| PCT/EP2011/057965 WO2011144610A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Mechanical temperature compensation means, method for assembly said means and method for mechanically temperature compensating |
| EP11719839A EP2572129A1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Piezo electric controlled high-pressure valve and method for controlling a high-pressure valve |
| EP11719837.4A EP2571555B1 (en) | 2010-05-17 | 2011-05-17 | Mechanical temperature compensation means, method for assembly said means and method for mechanically temperature compensating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1050478A SE534995C2 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Mechanical temperature compensation element, method of mounting thereof, and method of mechanical temperature compensation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE1050478A1 true SE1050478A1 (en) | 2011-11-18 |
| SE534995C2 SE534995C2 (en) | 2012-03-13 |
Family
ID=44979439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE1050478A SE534995C2 (en) | 2010-05-17 | 2010-05-17 | Mechanical temperature compensation element, method of mounting thereof, and method of mechanical temperature compensation |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102251944B (en) |
| SE (1) | SE534995C2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014104398B4 (en) * | 2014-03-28 | 2016-06-16 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Heating device for conductive heating of a sheet metal blank |
| CN109888609B (en) * | 2019-03-15 | 2020-04-17 | 山西大学 | Optical cavity with temperature drift self-compensation function |
| CN117052620A (en) * | 2023-06-12 | 2023-11-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Differential actuator based on thermal expansion principle |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10303855A1 (en) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Dbt Automation Gmbh | Piezoactuator, especially for hydraulic pilot valves, has housing parts of materials with different coefficients of thermal expansion for compensation of thermal length changes of piezo-translator |
| DE10340911B4 (en) * | 2003-09-05 | 2014-12-04 | Robert Bosch Gmbh | Adapter sleeve with temperature compensation |
| DE502004006842D1 (en) * | 2004-06-03 | 2008-05-29 | Huber+Suhner Ag | Cavity resonator, use of a cavity resonator and oscillator circuit |
-
2010
- 2010-05-17 SE SE1050478A patent/SE534995C2/en unknown
-
2011
- 2011-05-16 CN CN201110126023.3A patent/CN102251944B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102251944A (en) | 2011-11-23 |
| SE534995C2 (en) | 2012-03-13 |
| CN102251944B (en) | 2015-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10095089B2 (en) | Lens mount assembly | |
| EP1630416B1 (en) | Shape memory material device and method for manufacturing | |
| US7708415B2 (en) | Mirror structure having piezoelectric element bonded to a mirror substrate | |
| US20050258715A1 (en) | Piezoelectric actuator having minimal displacement drift with temperature and high durability | |
| CN105179799A (en) | Piezoelectrically driven valve and piezoelectrically driven flow volume control apparatus | |
| JP6767357B2 (en) | Adjustable microlens with variable structural elements | |
| SE1050478A1 (en) | Mechanical temperature compensation element, method of mounting thereof, and method of mechanical temperature compensation | |
| EP2959179A1 (en) | Partitioned elastomeric journal bearing assemblies, systems and methods | |
| US10302897B2 (en) | Optical device with deformable membrane having reduced response time | |
| Bogue | Sensors for extreme environments | |
| JP6698595B2 (en) | Torque detector | |
| US8664832B2 (en) | Mechanical temperature compensation methods and devices | |
| US3333472A (en) | Temperature compensated transducer | |
| Ashtiani et al. | Tunable microlens actuated via a thermoelectrically driven liquid heat engine | |
| US20230185077A1 (en) | Optical element and method for operating an optical element | |
| US20210190606A1 (en) | Strain gages and methods for manufacturing thereof | |
| EP2571555B1 (en) | Mechanical temperature compensation means, method for assembly said means and method for mechanically temperature compensating | |
| Clausi et al. | Design and wafer-level fabrication of SMA wire microactuators on silicon | |
| Goy et al. | Cryogenic testing of a unimorph-type deformable mirror and theoretical material optimization | |
| US20170261734A1 (en) | Thermal expansion actuators, microscopes including the same, and related methods | |
| JP6025318B2 (en) | Load cell | |
| WO2021261127A1 (en) | Pressure sensor | |
| JP4725484B2 (en) | Assembly structure and stage device | |
| Hama et al. | Novel and compact thermomagnetic actuator using temperature-sensitive magnetic materials | |
| TW202242292A (en) | Normally-closed flow rate control valve |