Устройство для изготовления датчика влажности Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, конкретно к гигрометрии, и может быть использовано пр изготовлении датчиков влажности воздуха для метеорологии, сельского хозяйства, медицины и т.д. Известен способ изготовления датчиков влажности воздуха, заключающий ся в нанесении на диэлектрическую подложку электродов, разделенных меж электродным промежутком, который затем покрывается влагочувствительным веществом. Высокое быстродействие да чика обеспечивается выполнением элек тродов и влагочувствительного вещест ва в виде тонких пленок. Электроды, например, изготавливаются путем вжигания в стеклянную подложку пленки двуокиси олова, обладающей высокой химической стойкостью. Межэлектродный промежуток формируется методами маскирования и фотолитографии, а влагочувствительное в подходящем растворителе наносится на подложку, которая затем подвергается сушке, термообработке и старению. Для реализации способа необходимо . несколько специальных устройств: уст ройство для вжигания электродов, фо-, толитографическая установка, сушилка и др. 1 . Однако при изготовлении датчика влажности вдздуха не достигается ста бильность адгезии пленки влагочувствительного вещества к подложке и электродам, обеспечивающая постоянст во градуировочной характеристики дат чика в процессе его эксплуатации. Кроме того, наличие нескольких специ альных устройств и приспособлений не позволяет агрегатировать процесс изготовления датчиков в одном устрой стве, что усложняет и удорожает процесс. Известен способ изготовления датчи ка влажности, заключающийся в нанесе НИИ электродов на подложку вжиганием серебра, межэлектродный промежуток гребенкообразной формы формируется путем царапания (скрайбирования) подложки резцом. На вращающуюся подложку наносится затем каплями дозированное количество 10%-ного раствора полиакрилонитрила в диметилформамиде датчик подвергается сушке и термообработке 2J . Для реализации известного способа известно устройство для изготовления датчика влажности, которое .является наиболее близким техническим решением к изобретению, содержащее лоток, на котором установлен резец, закрепленный в держателе, снабженном штоком с прижимным механизмом, средство для перемещения подложки датчика по лотк относительно резца 2j . Однако необходимость перемещения резца в двух взаимно перпендикулярных направлениях определяет только вертикальное расположение резца относительно лотка и подложки, вследствие чего величина формируемого межэлектродного промежутка может быть не менее 0,2 мм. Это ведет к резкому увеличению сопротивления датчика при относительной влажности менее 50% из-за некорректного выбора влагочувствителького вещества к достигнутому при изготовлении соотношению ширина-длина межэлектродного промежутка на серебрянных электродах. Кроме того, агрегатирование в одном устройстве, реали ющем избестный способ из отовления датчика влажности, двух, резко отличающихся по характеру процессов, крайне усложнено, удорожая стоимость датчика. Наличие в известном устройстве прижимной пружины и вертикального рас положения резца, формирующего межэлектродный промежуток, ведет вследствие разиотолщинности подложек и толщины слоев электродного материала на разных подложках и невоспроизводимости величины промежутка. Нанесение раствора влагочувствительного материала на вращающуюся подложку через капельницу не позволяет получить одинаковые толщины пленок влагочувствительного вещества на различных датчиках, что связано с разбрызгиванием части раствора с подложки при ее вращении. Целью изобретения является расшиг рение функциональньгх возможностей устройства я упрощение изготовления датчика влажности. л- Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для изготовления датчика влажности, содержащем лоток, на котором установлен резец, закрепленный в держателе, снабженном штоком с прижимным механизмом, средство для перемещения подложки датчика по лотку относительно резца, средство для перемещения подложки датчика по лотку выполнено в виде ротора с толкателем, держатель соединен со штоком через фиксатор угла наклона режущей грани резца к плоскости лотка, на штоке установлен весовой набор, а на лотке 3aKpejtneH сосуд для раствора влагочувствительного вещества с калиброванным дозирующим отверстием в нижней части, центр которого и резец равно удалены от оси ротора. Межэлектродный промежуток формируется резцом под действием весовой нагрузки от 300 до 1500 г, с углом наклона режущей грани к поверхности подложки от 2 до 90 при скорости движения последней от 5 до 20 мм/с. причем рез осуществляется по дуге ок ружности. На чертеже изображена схема устройства. На лотке 1 устанавливается подлож ка 2 датчика, выполненная, например, из стекла с нанесенным слоем двуокиси олова. Подложка 2 поджимается к р тору 3 прижимным роликом 4, Перемещение подложки 2 по лотку 1 осуществляется толкателем 5. Установленны на лотке резец 6 закреплен в держате ле 7, который через фиксатор 8, позволяющий изменять угол наклона резца и его режущей грани к плоскости лотка, соединен со штоком 9. Последний имеет возможность вертикального пере мещения в направляющих 10 и снабжен весовым набором 11. Сосуд 12 раствора влагочувствительного вещества закреплен на лотке 1 по ходу вращения ротора и снабжен двумя отверстиями, одно из которых находится в верхней его части, а другое, калиброванное дозирующее от эерстие 13 - в нижней. Центр калибрезанного отверстия 13, через которое осуществляется полив раствором влагочувствительного вещества подложки 2, и резец 6 равно уда лены от оси ротора. При вращении ротора 3 толкатель 5 перемещает подложку 2 по лотку 1,При прохождении подложки под резцом б, на него через шток 9, фиксатор 8 и держатель 7 воздействует весовая нагрузка 11, компенсирующая разнотолщинность подложек, При этом происходит процесс разрезания пленок двуоки си олова и формирования, таким образом, межэлектродного промежутка. При дальнейшем перемещении подложки 2 по лотку 1 из калиброванного отверстия 13 сосуда 12 межэлектродный промежуток и прилегёиощие к нему части электродов покрываются слоем раствора влагочувствительного материала в под ходящем растворителе, например, 5%ным раствором сульфированного политри фтор стирол а в этиловом спирте. Нанесение влагочувствительного ве щества через калиброванное отверстие 13 реализует метод полива с постоянным потоком, что обеспечивает надежную воспроизводимость толщины и геометрии влагочувствительной пленки на подложке датчика. Воспроизводимость геометрии нанесенной пленки вл гочувствительного электролита на эле тродах обеспечивается совмещением центра калиброванного отверстия 13 с ранее сформированным межэлектродным промежутком. Другое отверстие сосуда 12, расположенное, например, в верхней его части, предназначено для выравнивания давлений воздуха вне и внутри сосуда и может также исполь зоваться для заливки раствора влагочувствительного вещества. Скорость движения ротора определяет производительность устройства, однако скорость движения ротора или, соответственно, обрабатываемой подложки ограничена. Это ограничение преимущественно определяется процессом формирования межэлектродного промежутка механическим путем - воздействием резца на стеклянную подложку, покрытую ТОНКОЙ пленкой электродного материала. Повышение воспроизводимости и реализация возможности изготовления межэлектродного промежутка заранее заданной величины реализуется осуществлением процесса,близкого по сути к процессу резания поверхностной части стеклянной подложки. Процесс в этом случае определяется границами допустимых величин давлений на поверхность подложки, их направлений и времени действия, или конкретно выбором угла наклона режущей грани резца по отношению к обрабатываемой поверхности подложки, весового давления на резец и скорости движения подложки. Наилучшим условием реализации процесса резания стекла является достижение минимального угла наклона режущей грани резца, что определяет максимальные весовые нагрузки на резец, ; Величина их определяется в основном твердостью стекла. Наличие разнотолщинности подложки по длине и шероховатость ее воспроизводимо компенсируется углом наклона режущей грани резца в 2-2,5 . Увеличение весовой нагрузки на резец свыше 1500 г не дает полох ительного эффекта. Уменьшение весовой нагрузки в общем случае ведет к уменьшению величины формируемого межэлектродного промежутка, однако диапазон изменения нагрузки, воспроизводимо формирующ11Х межэлектродный промежуток, составляет при данном угле наклона резца около 200 г, что связано с переходом процесса резания стекла к продавливанию и отсутствию межэлектродного промежутка. Увеличение угла наклона режущей грани реэца по отношению к плоскости подложки определяет уменьшение площади контакта резца и подложки и ведет к уменьшению величины весовой нагрузки, необходимой для фop Ф poвaния межэлектродного промежутка такой же ширины, как при угле наклона режущей грани резца в 2-2,5. Увеличение весовой нагрузки ведет к увеличению ширины формируемого межэлектродного промежутка при постоянном угле наклона режущей грани резца. При углах наклона режущей грани резца свышв 45® процесс резания трансформируется в процесс царапания стеклянной подложки, однако наличие постоянной весовой нагрузки на резец позволяет воспроизводимо реализовывать как ширину, так и шероховатость боковых граней формируемых межэлектроднык промежутков на разных датчиках. При углах наклона режущей грани резца от 45 до 90 требуется максимальная нагрузка на резец, позволяющая формировать межэлектродный промежуток составляющая величину около 300 г, причем ее увеличение до 1000 г ведет к увеличению ширины межэлектродного промежутка от 50 до 200 кмк, Применение весовой нагрузки менее 300 г ме позволяет уверенно формировать мжкэлектродный промежуток, СкоросГть движения подложки существенно не влияет на качество и геометрические размеры межзлектродного промежут ка, однако при скорости движения под ложки более 20 мм/с и малых углах на клона режущей грани резца возникают ударные нагрузки, которые могут привести к разрушению части боковой гра ни подложки и режущей грани резца. При наклоне режущей грани свьнпе 45° и скорости движения подложки менее 5 мм/с на сходе резца с подложки обычно происходит отрыв части стекла, особенно при предельных весовых нагрузках, что связано с действием динамических давлений, разрушающих сте ло. Оптимальная скорость движения подложки составлет 10-15 мм/с, что вполне достаточно также и для предварительного высушивания раствора влагочувствительного сульфированного политрифторстирола, С целью упрощения конструкции устройства для изготовления датчика влажности воздуха рез стеклянной подложки осуществляется по дуге окружности, что позволяет применить в устройстве роторный способ изготовления большого количества изделий. Частичная компенсация возникающих при резании по дуге окружности центробежных нагрузок достигается эмпирическим подбором угла входа режущей грани резца на подложку, составляющим окло 5, По сравнению с известным устройством изобретение существенно упрощает изготовление датчика, позволяет агрегатировать в одном устройстве весь процесс его изготовления. Кроме toro данное устройство обеспечивает возможность формирования межэлектродного промежутка до 10 л«м, что позволяет использовать в качестве влагочувствительных материалы с электропроводностью, близкой к диэлектрикам расширяя класс веществ, которые можно применять в качестве влагочувствительных, обеспечивая одновременно повышение адгезии материалов, что улучшает временные характеристики датчиков,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ, содержащее лоток yy/vy/wv на котором установлен резец, закрепленный в держателе, снабженном штоком с прижимным механизмом, средство для перемещения подложки датчика по лотку относительно резца, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и упрощения изготовления датчика, средство для перемещения подложки датчика по лотку выполнено в виде ротора с толкателем, держатель соединен со штоком через фиксатор угла наклона режущей грани резца к плоскости лотка, на штоке установлен весовой набор, а- на лотке закреплен сосуд для раствора влагочувствитель- gj но го вещества с калиброванным доз и- SS рующим отверстием в нижней части, (Л центр которого и резец равно удалены от оси ротора. S-й