Способ изготовления пьезокварцевого датчика влажности газов

Способ изготовления пьезокварцевого датчика влажности газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Завалено 026677 (21) 2491744/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51) М. Кл.Р

G 01 N 25/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 533 ° 275 (088 ° 8) Опубликовано 251279. Бюллетень Йо 47

Дата опубликования описания 25.12.79 (72) Автор изобретения

В.Е. Савченко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО

ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано при изготовлении пьезосорбционных датчиков влажности газа, ра- ботающих по энергетическому методу, основанному на демпфировании колебаний пьезокварцевой пластины водяными парами.

Известен способ изготовления пьезосорбционных датчиков влажности воздуха заключающийся в нанесении раствора сорбента одного состава в места максимальной деформации (lj.

Однако, изготовленный по такому способу датчик, невозможно применять 15 для широкого диапазона влажностей и температур.

Ближайшим техническим решениеМ к изобретению является способ изготовления пьезокварцевого датчика влаж- 20 ности газов, заключающийся в нанесе" нии раствора сорбента на кварцевую пластину резонатора с последующей термообработкой (2).

Изготовленный таким образом пье" зосорбционный датчик влажности газа, работающий по энергетическому методу имеет ограниченный температурно-влажностной рабочий диапазон, ввИду того, что сорбенты определен- 30 ного состава имеют неравномерную чувствительность в широком диапазоне температур и влажностей. Это связано с тем, что в датчик энергетического метода влагочувствительность определяется изменением вязкоупругих свойств сорбента, в то время как в датчиках частотного метода изменением массы сорбента. Зависимость вязко-упругих свойств сорбента одного состава от влажности неодно- . значна из-за релаксационных процессов в покрытии.Эта.неоднозначная зависимость вязко-упругих свойств ° сорбента одного состава от влажности определяет неоднозначность характеристики преобразования датчика влажности, на которой появляются при определенной влажности так называемые релаксационные пики..

Целью изобретения является расширение рабочего температурно"влажностного диапазона. Для этого в местах максимальной деформации кварцевой пластины наносят сорбенты состоящие из смеси вязких и жестких полимеров, разного состава и разной, частоты релаксации в количестве и площадью, обеспечивающими наложение релаксационных пиков и однозначную зависи705318 масть эквивалентного электрического сопротивления датчика от влажности.

Выбор сорбента для каждого темпера" турно-влажностного диапазона зависит от соотношения его упругости и вязкости, то есть от условия возникновения при определенной влажности газа релаксационного пика. При этом учитывают, что положение релаксационного

- пйка определяется не только влажностью газа, но температурой и частотой колебаний датчика. При повышении температуры релаксационный пик сдвигается в область малых влажностей.

Такой же эффект наблюдается при понижении частоты колебаний кварце- i5 вого резонатора, Соотношение между частотой колебаний выбранного типа кварцевого резонатора и температурой, влияющих на положение релаксационного пика, зависит от типа полимера. Для капрона, например, каждый.. градус температуры соответствует изменению частоты на 6-10 кГц.

При постоянной частоте, то есть для выбранного. типа кварцевого резо- 25 натора, повышение температуры на один градус смещает релаксационный пик в сторону меньших влажностей на 0 5-0 7% относительной влажности. Получение однозначной зависи-, gg мости в определенном температурновлажйостном диапазоне сводится к подбору сорбента из смеси вязких и жестких полимеров.

Для обеспечения высокой влагочувствительности при низких температурах выбирают вязкие вещества с

"частотой релаксации близкой к рабочей частоте датчика ° Для работы в среднем темйературнб-влажностном диапазоне вязкость вещества берется меньше. Это достигается получением пленки сорбента из .его раствора в соответствующем растворителе меньшей концентрации. Для работы датчика при высоких влагосодержаниях 45 необходимо повысить жесткость поли- мера. При этом повышается частота релаксации вещества и релаксационный пик сдвигается в область более высоких влагосодержаний. Та" 50 ким образом, регулируя. вязко-упругими .свойствами сорбента можно получить датчик влажности газа широкого,температурно"влажностного диапазона, а именно 5-50 С и 0-100Ъ 55 относительной влажности, Количество сорбента и площадь его нанесения на кварцевую пластинку определяют влагочувствительность датчика, т. е. высоту релаксационного пика и его ширину. Количества сорбентов и площадь нанесения их на.кварцевую пластину подбираются экспериментально и должны быть доста точными для обеспечения перекрытия релаксационных пиков и получения однозначного закона изменения эквивалентного сопротивления датчика от влажности

Технология нанесения сорбентов на кварцевую пластину резонатора может быть самой разнообразной, например, нанесение с помощью тонкостенного капилляра Для предотвращения растекания сорбента по поверхности кварцевой пластины целесообразно сорбенты для разных температурно" влажностных диапазонов наносить в отверстия, выполненные в электродах в .местах максимальных деформаций кварцевой пластины.

На фиг. 1 показан пример выполнения пьезосорбционного датчика влажности газов. В отверстиях li 2i

3, 4 выполненных в электродах 5 в местах максимальных деформаций кварцевой пластины б, находятся сорбенты для разных температурно-влажностных диапазонов; на фиг. 2 показаны характеристики датчиков влажности газа с вязким сорбентом (кривая 1), с жестким сорбентом,(кривая

2) и с обоими сорбентами на одной кварцевой пластине (кривая 3) при температуре 40 С.

Для пьезосорбционных датчиков влажности энергетического метода наиболее приемлемо применение кварцевого резонатора частотой 300 кГц с пластиной среза ДТ, места максимальных деформаций которой находятся на средней линии электродов на

pàññòoÿíèè 0,28 части длины кварцевой пластины от ее центра. Технология изготовления пьезосорбционного датчика влажности газа на основе этого кварцевого резонатора следующая: в местах максимальных деформаций квар-, цевой пластины б (фиг ° 1) в электродах 5 вытравливаются отверстия

1, 2, 3, 4 каждое ;размером 1/30 площади электрода. Другие места электродов защищаются <фоторезистом.

После снятия фоторезиста, с помощью капиляра, отверстия электродов заполняются сорбентами, каждое отверстие своим составом, а именно: отверстие

1 зайолняется 5Ъ раствором капрона в муравьиной кислоте, отверстие 2-3% раствором капрона, отверстия 3, 4 смесью ЗЪ раствора капрона в муравьиной кислоте и 25% раствора клея БФ-2 (ГОСТ 12172-74) в этиловом спирте . с соотношением растворов 3:1 соответственно. Покрытие, полученное из 5-ти процентного раствора капрона, обладает высокой вязкостью и хорошей чувствительностью к влажности при низких влажностях (меньших 60%); покрытие, полученное из 3-х процентного раствора капрона, обеспечивает работу датчика при средних влажностях (50-70% относительной влажности). Суммарная

705318 характеристика преобразования датчика, содержащего только 5 и 3 процентный капрон имеет релаксационный пик при 40 С при 75% относительной влажности (кривая I, рис 2). Покрытие, полученное из смеси растворов капрона и клея БФ-2, обеспечивает чувствительность датчика при 70-100% относительной влажности (кривая 2, рис.

2) . При наличии на кварцевой пласти" не всех этих сорбентов суммарная характеристика преобразования доста" точно чувствительна и однозначна в более широком температурно-влажностном диапазоне (кривая 3, рис. 2). датчик влажности газов, изготов" ленный по предлагаемому способу, дает возможность использовать один датчик для контроля и регулирования влажности газовых сред, изменяющих свои температурные и влажностные харак теристики в широких диапазонах. 2О

Формула изобретения

Способ изготовления пьезокварце" вого- датчика влажности газов, заключающийся в нанесении раствора сорбента на кварцевую пластинку резонатора с последующей термообработ" кой, отличающийся тем, что, с целью расшир ния рабочего температурно-влажностного диапазона, в места максимальной деформации кварцевой пластины наносят сорбенты, состоящие из смеси вязких и жест-! ких полимеров, разного состава и разной частоты релаксации в коли" честве и площадью, обеспечивающими наложение релаксационных пиков и однозначную зависимость эквивалентного электрического сопротивления датчика от влажности.

Источники информации, принятые во внимание при.экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9. 230464, кл. G 01 N 25/56, 1966 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 448377, кл. 6 01 И 25/60, 1973 (прототип).

70531Р

25%

®%

Составитель А. Платова

Ренактор м, минаев техРел 3. Фанта каРРектее м. Вигула

Эаказ 8018/ 45 Тираж 1073 Подписное .

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303ка Иескнаа Ж-33 Ра, шикан наб. . 3

Филиал ППП Патент, г. УжгородР ул. ПрОектная, 4