專利名稱：大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器，尤指一種通過(guò)測(cè)量不同截面積的消耗金屬薄膜線斷路引起被測(cè)物理量變化來(lái)評(píng)價(jià)空氣中污染物或環(huán)境腐蝕性的腐蝕等級(jí)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(huì)影響環(huán)境中處于正常操作運(yùn)行狀態(tài)或者儲(chǔ)運(yùn)狀態(tài)的設(shè)施和設(shè)備，例如工業(yè)過(guò)程檢測(cè)和控制設(shè)備、重要的基礎(chǔ)設(shè)施等。因此，《ANSIISA-S71. 04過(guò)程檢測(cè)和控制系統(tǒng)的環(huán)境條件一大氣污染物》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大氣環(huán)境中的污染物進(jìn)行分類和分級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(duì)某種金屬侵蝕速率高低又劃分不同等級(jí)。 因此，既可以采用特定的儀器測(cè)量大氣中污染物的溶度高低來(lái)評(píng)價(jià)環(huán)境中污染物的等級(jí)，也可以通過(guò)測(cè)量某些金屬在大氣環(huán)境中的腐蝕速率來(lái)評(píng)價(jià)大氣環(huán)境的腐蝕性等級(jí)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種大氣環(huán)境的污染物評(píng)價(jià)或腐蝕性評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)傳感器，根據(jù)所測(cè)物理量(電容或電阻)發(fā)生階梯變化的時(shí)間與設(shè)計(jì)消耗金屬薄膜線的裕量關(guān)系可以對(duì)測(cè)試的大氣環(huán)境污染物程度進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)劃分。本實(shí)用新型是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)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(kāi)；n為大于I的自然數(shù)；受測(cè)元件，為n個(gè)分別與消耗金屬薄膜線一一串聯(lián)的電子元件，用于測(cè)量消耗金屬薄膜線腐蝕斷開(kāi)后的物理量；所述的受測(cè)元件是電容或電阻；基板，為絕緣的玻璃、陶瓷或樹(shù)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(shù)脂絕緣，n個(gè)受測(cè)元件相并聯(lián)后，通過(guò)測(cè)試引線[11]導(dǎo)出。上述本實(shí)用新型的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)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增大，所述的n為3飛條。上述本實(shí)用新型的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)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(shù)脂填充封裝；消耗金屬薄膜線膜厚范圍為200 50i!m，線寬范圍為0. lmnTlOmm，工作區(qū)域的長(zhǎng)度范圍為l 100mm。上述本實(shí)用新型的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)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IOOp廣I u F，電容容差為10%。本實(shí)用新型的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)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(cè)試環(huán)境需要，消耗金屬薄膜線[14]采用高純的銅、銀、鋅、鋁、鐵等中的任意一種金屬制成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)——外加一線測(cè)量引線)。銅、銀用于環(huán)境潔凈度要求高的場(chǎng)所，而鋅、鋁、鐵可用于潔凈度要求較低的場(chǎng)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. ImnTlOmm,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(shù)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增大——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一個(gè)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(shù)脂填充封裝，防止環(huán)境侵蝕。在測(cè)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(cè)試電路斷路。外部測(cè)試電路對(duì)傳感器的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行周期性測(cè)量，依據(jù)金屬薄膜線斷路引起的測(cè)試物理量變化的時(shí)間，即可檢測(cè)到金屬薄膜線消耗時(shí)間與腐蝕裕量的關(guān)系，并根據(jù)依據(jù)這個(gè)關(guān)系，定義大氣污染物的等級(jí)。(一)電容測(cè)量一在環(huán)境中經(jīng)過(guò)\時(shí)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(shí)檢測(cè)的電容為C0=Ci+1+...+Cn式中Ctl為周期測(cè)試過(guò)程中測(cè)得的總電容值，Ci+1、…、Cn為每一線電容的容值。(二)電阻測(cè)量一如果是消耗金屬薄膜線串聯(lián)電阻，在環(huán)境中經(jīng)過(guò)\時(shí)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(shí)檢測(cè)的電阻為l/R0=l/Ri+1+...+l/Rn式中Rtl為周期測(cè)試過(guò)程中測(cè)得的總電阻值，Ri+1、…、Rn為每一線串聯(lián)電阻的阻值。本實(shí)用新型的有效效果是，可以針對(duì)大氣環(huán)境中污染程度進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)劃分的需要，本實(shí)用新型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(cè)元件(電容或電阻)從檢測(cè)電路中斷開(kāi)，給后端的測(cè)試系統(tǒng)一個(gè)可測(cè)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(shí)間與設(shè)計(jì)消耗金屬薄膜線的裕量關(guān)系可以對(duì)測(cè)試的大氣環(huán)境污染物程度和大氣環(huán)境對(duì)材料的腐蝕性進(jìn)行自動(dòng)等級(jí)劃分。


圖I為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的A向視圖；[0026]圖3為圖2的B向視圖；圖中，11信號(hào)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(shù)月旨，16受檢元件。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖1-3來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型。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(hào)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(shù)脂[15]，(f)受檢元件(電容或電阻)[16]，六個(gè)部分。5個(gè)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(hào)引線與測(cè)試裝置相連接。實(shí)施例一 本實(shí)用新型所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器可用于，博物館、圖書(shū)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(gè)等級(jí)，因此消耗金屬薄膜線的線數(shù)n取4，4根線的有效長(zhǎng)度均取50_。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 2500 ，寬度取4mm ;第4線探針厚度為 4000 ，寬度取5mm。為簡(jiǎn)化后端測(cè)量?jī)x器，每一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(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電容為 3000pF ；第2線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電容為 2000pF ;第3線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電容為 IOOOpF ;第4線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電容為 OpF0通過(guò)固定周期測(cè)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(shí)間，從而對(duì)環(huán)境做出等級(jí)評(píng)價(jià)。實(shí)施例二本實(shí)用新型所述的大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器可用于，戶外工業(yè)污染環(huán)境的腐蝕情況監(jiān)控和預(yù)警。工業(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40kQ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(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電阻為 5kQ ;第2線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電阻為 IOkQ ;第3線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電阻為 20kQ ;第4線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電阻為 40kQ ;第5線腐蝕斷路的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電阻為無(wú)窮大(開(kāi)路狀態(tài))。通過(guò)固定周期測(cè)試探頭的電容值，就可以確定探針各線的腐蝕斷路時(shí)間。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或 修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種大氣環(huán)境污染物腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于包含 消耗金屬薄膜線[14]，為η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(kāi)；η為大于I的自然數(shù)； 受測(cè)元件[16]，為η個(gè)分別與消耗金屬薄膜線一一串聯(lián)的電子元件，用于測(cè)量消耗金屬薄膜線腐蝕斷開(kāi)后的物理量；所述的受測(cè)元件是電容或電阻； 基板[13]，為絕緣的玻璃、陶瓷或樹(shù)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(shù)脂[15]絕緣，η個(gè)受測(cè)元件[16]相并聯(lián)后，通過(guò)測(cè)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(cè)傳感器，其特征在于所述的η條消耗金屬薄膜線的載流截面積依次增大，所述的η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(cè)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(shù)脂填充封裝；消耗金屬薄膜線膜厚范圍為200 50 μ m,線寬范圍為O. lmnTlOmm，工作區(qū)域的長(zhǎng)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(cè)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100Ω 1001 Ω ;所述的電容采用表面貼片安裝的多層陶瓷電容，電容值為IOOp廣I μ 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(cè)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。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于大氣環(huán)境中污染物的腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器，包括消耗金屬薄膜線，薄膜基板，受測(cè)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(cè)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(shí)間不同，金屬線由薄到厚依次腐蝕后斷路。因此，后端測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的受測(cè)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(duì)空氣中的污染物腐蝕等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01N27/22GK202533402SQ20122019686
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東電力研究院