專利名稱：大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，尤指ー種通過測量不同截面積的消耗金屬薄膜線斷路引起被測物理量變化來評價空氣中污染物或環(huán)境腐蝕性的腐蝕等級的方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大氣中的污染物或生物化學(xué)作用會影響環(huán)境中處于正常操作運(yùn)行狀態(tài)或者儲運(yùn)狀態(tài)的設(shè)施和設(shè)備，例如エ業(yè)過程檢測和控制設(shè)備、重要的基礎(chǔ)設(shè)施等。因此，《ANSIISA-S71. 04過程檢測和控制系統(tǒng)的環(huán)境條件——大氣污染物》標(biāo)準(zhǔn)對大氣環(huán)境中的污染物進(jìn)行分類和分級。標(biāo)準(zhǔn)中對污染物在環(huán)境中的常態(tài)劃分為大氣液態(tài)污染物、大氣固態(tài)污染物、大氣氣態(tài)污染物、和生物影響幾類。各種污染物有按溶度高低或者對某種金屬侵蝕速率高低又劃分不同等級。因此，既可以采用特定的儀器測量大氣中污染物的溶度高低來評價環(huán)境中污染物的等級，也可以通過測量某些金屬在大氣環(huán)境中的腐蝕速率來評價大氣環(huán)境的腐蝕性等級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大氣環(huán)境的污染物評價或腐蝕性評價監(jiān)測傳感器，根據(jù)所測物理量(電容或電阻)發(fā)生階梯變化的時間與設(shè)計(jì)消耗金屬薄膜線的裕量關(guān)系可以對測試的大氣環(huán)境污染物程度進(jìn)行自動等級劃分。本發(fā)明是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的
ー種大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，包含
消耗金屬薄膜線，為n條平行的不同截面積的金屬薄膜導(dǎo)線，可在外界腐蝕作用下腐蝕消耗而斷開；n為大于I的自然數(shù)；
受測元件，為n個分別與消耗金屬薄膜線一一串聯(lián)的電子元件，用于測量消耗金屬薄膜線腐蝕斷開后的物理量；所述的受測元件是電容或電阻；
基板，為絕緣的玻璃、陶瓷或樹脂基板，消耗金屬薄膜線和內(nèi)部導(dǎo)線制作在基板上，內(nèi)部導(dǎo)線用封裝樹脂絕緣，n個受測元件相并聯(lián)后，通過測試引線[11]導(dǎo)出。上述本發(fā)明的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，優(yōu)選的，所述的n條消耗金屬薄膜線的載流截面積依次増大，所述的n為3飛條。上述本發(fā)明的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，優(yōu)選的，所述的消耗金屬薄膜線采用高純銅、銀、鋅、鋁或鐵金屬制備成不同載流截面積的平行薄膜導(dǎo)線，消耗金屬薄膜線的兩端引線部分用絕緣樹脂填充封裝；消耗金屬薄膜線膜厚范圍為200 50 ym，線寬范圍為0. lmnTlOmm，工作區(qū)域的長度范圍為I 100mm。上述本發(fā)明的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，優(yōu)選的，所述的電阻采用表面貼片安裝的電阻，電阻值為IOOQlOOkQ ;所述的電容采用表面貼片安裝的多層陶瓷電容，電容值為IOOpFl u F，電容容差為10%。本發(fā)明的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，所用的消耗金屬薄膜線是采用物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、溶液電沉積法或溶液沉積法將金屬膜層沉積于耐候絕緣的基板上。 根據(jù)測試環(huán)境需要，消耗金屬薄膜線[14]采用高純的銅、銀、鋅、鋁、鐵等中的任意ー種金屬制成n條平行的不同截面積(不同線寬和不同膜厚)的薄膜導(dǎo)線(附圖I為5條平行線的結(jié)構(gòu)——外加ー線測量引線)。銅、銀用于環(huán)境潔凈度要求高的場所，而鋅、鋁、鐵可用于潔凈度要求較低的場所?？梢圆捎谜婵照舭l(fā)(如銅、銀、鋁等材料)，或?yàn)R射沉積(如鐵、鋅等材料)，等物理方法制備；也可采用化學(xué)電沉積等方法制備。為獲得不同腐蝕裕量的薄膜探針的結(jié)果的可靠性，探針[14]的各線平行消耗金屬薄膜線采用不同膜厚和不同寬度方式設(shè)計(jì)。其中，探針膜厚范圍為200 50 ym，各線的線寬范圍為0. lmnTlOmm，薄膜探針的工作區(qū)域的L取flOOmm。薄膜探針的兩端引線部分用絕緣樹脂填充封裝，防止環(huán)境侵蝕。由于n條平行的消耗金屬薄膜線的載流截面積依次増大——腐蝕裕量不同，各條金屬薄膜線在大氣環(huán)境中完全腐蝕斷路的周期也不同。每條消耗金屬薄膜線與ー個受檢元件[16](陶瓷電容或電阻)串聯(lián)。受檢元件也采用絕緣樹脂填充封裝，防止環(huán)境侵蝕。在測試環(huán)境中，某條金屬薄膜線由于外界腐蝕作用消耗完金屬后斷路，所串聯(lián)的受檢元件[16](陶瓷電容或電阻)則與外部測試電路斷路。外部測試電路對傳感器的測量參數(shù)進(jìn)行周期性測量，依據(jù)金屬薄膜線斷路引起的測試物理量變化的時間，即可檢測到金屬薄膜線消耗時間與腐蝕裕量的關(guān)系，井根據(jù)依據(jù)這個關(guān)系，定義大氣污染物的等級。(一)電容測量——在環(huán)境中經(jīng)過h時間后，第1、2、…、i線的消耗金屬薄膜線腐蝕斷路，第(i+1)至第n線消耗金屬薄膜線依然處于通路狀態(tài)。忽略導(dǎo)線的電容，則系統(tǒng)此時檢測的電容為
C0=Ci+:^..+Cn
式中Ctl為周期測試過程中測得的總電容值，Ci+1、…、Cn為每ー線電容的容值。(ニ)電阻測量——如果是消耗金屬薄膜線串聯(lián)電阻，在環(huán)境中經(jīng)過h時間后，第
1、2、…、i線的消耗金屬薄膜線斷路，第(i+1)至第n線消耗金屬薄膜線依然處于通路狀態(tài)。忽略導(dǎo)線的電阻，則系統(tǒng)此時檢測的電阻為
l/Ro=l/Ri+1+…+1/Rn
式中Rtl為周期測試過程中測得的總電阻值，Ri+1、…、Rn為每ー線串聯(lián)電阻的阻值。本發(fā)明的有效效果是，可以針對大氣環(huán)境中污染程度進(jìn)行自動等級劃分的需要，本發(fā)明采用不同腐蝕裕量的消耗金屬薄膜線暴露于環(huán)境中，經(jīng)歷不同周期后，這些金屬薄膜線先后由于腐蝕消耗而斷路。斷路后與之串聯(lián)的受測元件(電容或電阻)從檢測電路中斷開，給后端的測試系統(tǒng)ー個可測量的物理量(電容或電阻)變化。根據(jù)物理量(電容或電阻)發(fā)生階梯變化的時間與設(shè)計(jì)消耗金屬薄膜線的裕量關(guān)系可以對測試的大氣環(huán)境污染物程度和大氣環(huán)境對材料的腐蝕性進(jìn)行自動等級劃分。


圖I為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖I的A向視圖；圖3為圖2的B向視 圖中，11信號引線，12探頭引線接頭，13基板，14消耗金屬薄膜線，15封裝絕緣樹脂，16受檢元件。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖1-3來說明本發(fā)明。傳感器探頭的結(jié)構(gòu)如附圖1-3所示(圖I所示為五階探頭)，探頭包含(a)信號引線[11]，(b)探頭引線接頭[12]，(C)基板[13]，(d)消耗金屬薄膜線[14]，(e)封裝絕緣樹脂[15]，(f)受檢元件(電容或電阻)[16]，六個部分。5個消耗金屬薄膜線分別與受檢元件串聯(lián)后并聯(lián)，再與內(nèi)部導(dǎo)線相串聯(lián)，由信號引線與測試裝置相連接。實(shí)施例一 本發(fā)明所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器可用于，博物館、圖書館、主機(jī)房等潔凈度要求較高的室內(nèi)的環(huán)境監(jiān)控和預(yù)警。用于潔凈度要求較高的室內(nèi)環(huán)境，消耗金屬薄膜線[14]采用99. 999%的純銅材料，利用物理蒸發(fā)在玻璃基片上沉積不同截面積的薄膜。參考ISA - S71. 04標(biāo)準(zhǔn)劃分G1、G2.G3.Gx四個等級，因此消耗金屬薄膜線的線數(shù)n取4，4根線的有效長度均取50mm。第I線探針厚度為 500 ，寬度取2mm ;第2線探針厚度為 1000 ，寬度取3 mm ;第3線探針厚度為た2500 ，寬度取4mm ;第4線探針厚度為た4000 ，寬度取5mm。為簡化后端測量儀器，每ー線消耗金屬薄膜線串聯(lián)的電容采用IOOOpF的貼片陶瓷電容。因此，第I線消耗金屬薄膜線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電容為 3000pF ；第2線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電容為 2000pF ;第3線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電容為 IOOOpF ;第4線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電容為 OpF0通過固定周期測試探頭的電容值，就可以確定傳感器各線的消耗金屬薄膜線腐蝕斷路時間，從而對環(huán)境做出等級評價。實(shí)施例ニ
本發(fā)明所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器可用于，戶外エ業(yè)污染環(huán)境的腐蝕情況監(jiān)控和預(yù)警。エ業(yè)污染環(huán)境中的重要大型鋼結(jié)構(gòu)件通常需要做浸鍍、熱噴涂保護(hù)性金屬的防護(hù)措施。在此類環(huán)境中，選用的薄膜探針14采用在氧化鋁陶瓷基板上濺射99. 99%的純鋅薄膜。薄膜探針的線數(shù)n取5。第I線探針厚度為 0.1 ym，寬度取Imm;第2線探針厚度為^0.2 um,寬度取2mm ;第3線探針厚度為& 3 u m,寬度取3mm ;第4線探針厚度為& 4 u m，寬度取4臟，第4線探針厚度為 10 ii m，寬度取5mm。第一線薄膜探針不加電阻；第二線薄膜探針串聯(lián)的電阻采用8.8kQ的貼片電阻；第三線薄膜探針串聯(lián)的電阻采用20kQ的貼片電阻；第四線薄膜探針串聯(lián)的電阻采用40k Q的貼片電阻；第五線薄膜探針串聯(lián)的電阻采用40kQ的貼片電阻。因此，校準(zhǔn)系統(tǒng)后，第I線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電阻為 5kQ ;第2線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電阻為 IOkQ ;第3線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電阻為 20kQ ;第4線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電阻為 40kQ ;第5線腐蝕斷路的時候，測試系統(tǒng)測得的電阻為無窮大(開路狀態(tài))。通過固定周期測試探頭的電容值，就可以確定探針各線的腐蝕斷路時間。
上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，其特征在于包含 消耗金屬薄膜線[14]，為n條平行的不同截面積的金屬薄膜導(dǎo)線，可在外界腐蝕作用下腐蝕消耗而斷開；n為大于I的自然數(shù)； 受測元件[16]，為n個分別與消耗金屬薄膜線一一串聯(lián)的電子元件，用于測量消耗金屬薄膜線腐蝕斷開后的物理量；所述的受測元件是電容或電阻； 基板[13]，為絕緣的玻璃、陶瓷或樹脂基板，消耗金屬薄膜線和內(nèi)部導(dǎo)線制作在基板上，內(nèi)部導(dǎo)線用封裝樹脂[15]絕緣，n個受測元件[16]相并聯(lián)后，通過測試引線[11]導(dǎo)出。
2.如權(quán)利要求I所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的n條消耗金屬薄膜線的載流截面積依次増大，所述的n為3飛條。
3.如權(quán)利要求I或2所述大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的消耗金屬薄膜線采用高純銅、銀、鋅、鋁或鐵金屬制備成不同載流截面積的平行薄膜導(dǎo)線，消耗金屬薄膜線的兩端引線部分用絕緣樹脂填充封裝；消耗金屬薄膜線膜厚范圍為200 50 u m,線寬范圍為0. lmnTlOmm，工作區(qū)域的長度范圍為I 100mm。
4.如權(quán)利要求3所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的電阻采用表面貼片安裝的電阻，電阻值為IOOQlOOkQ ;所述的電容采用表面貼片安裝的多層陶瓷電容，電容值為IOOpFl u F，電容容差為10%。
5.如權(quán)利要求3所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測傳感器，其特征在于所述的消耗金屬薄膜線采用物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、溶液電沉積法或溶液沉積法將金屬膜層沉積于耐候絕緣的基板上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于大氣環(huán)境中污染物的腐蝕監(jiān)測傳感器，包括消耗金屬薄膜線，薄膜基板，受測元件。傳感器的消耗金屬薄膜線由高純銅、銀、鋅、鋁、鐵等金屬制成腐蝕裕量不同的n條平行薄膜導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，每條消耗金屬薄膜線與一顆受測元件(電容或電阻)串聯(lián)。大氣環(huán)境中的液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)侵蝕介質(zhì)腐蝕消耗金屬薄膜線，但是不同腐蝕裕量的金屬線的消耗時間不同，金屬線由薄到厚依次腐蝕后斷路。因此，后端測量系統(tǒng)所測得的受測元件的物理數(shù)值也隨之變化。根據(jù)消耗金屬薄膜線腐蝕速率與環(huán)境腐蝕因素的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可以對空氣中的污染物腐蝕等級進(jìn)行評價。
文檔編號G01N27/22GK102645457SQ20121013569
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者李辛庚, 樊志彬, 王學(xué)剛, 王宏, 王曉明, 胡新芳, 閆風(fēng)潔 申請人:山東電力研究院