СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЧНЫХ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G01L7/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления при аэро-гидродинамических испытаниях авиационной техники.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение эксплуатационных возможностей за счет повышения влагостойкости.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Четырехпленочный датчик с газовым диэлектриком состоит из изоляционной пленки 1 (I пленка), сплошного экрана 2, основания датчика 3, вывода 4, экрана 5 и обкладки 6 (II пленка), перфорированной пленки 7 (III пленка). Мембрана 8 содержит вывод 9 для подачи напряжения поляризации, обкладки 10 и экран 11, металлизированный защитный слой 12 (IV пленка). Все пленки соединяются между собой клеем 13. Пленка из водостойкого полимерного лака 14. Датчик на поверхности изделия 15 закрепляется слоем клея и по периметру покрывается водостойкими полимерными лаками.

Способ реализуют следующим образом.

Первый цикл. До металлизации пленку подвергают термической обработке при 300^оС продолжительностью 10 мин, 360^оС 5 мин, 380^оС 2 мин и 400^оС 0,085 мин. Температурная обработка полиимидной пленки является эффективным средством улучшения стабильности ее электрофизических параметров (диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь и т. д. ), что положительно сказывается на стабильности выходного сигнала датчика давления. В результате такой термообработки пленка получается без усадки, что очень важно в стадии эксплуатации датчика.

Второй цикл. Химическая обработка полиимидной пленки для повышения адгезионной способности. С этой целью приготавливают водный раствор бихромат натрия (Na₂Cr₂O₇) - 40 г (38-42 г/л) серная кислота (Н₂SO₄) - 400 г (390-410 г/л) и затем в стеклянной посуде (ванночке) выдерживают образцы (2-4 шт) полиимидной пленки в течение 3-5 мин сразу после приготовления раствора при 60-80^оС. После падения собственной температуры раствора ниже 60^оС, для повторного использования раствор подогревают до 60-80^оС и затем обрабатывают пленки в этом растворе при продолжительности указанной выше.

Третий цикл. После химической обработки пленки тщательно промывают под струей дистиллированной воды в течение 1-2 мин и высушивают при 40-60^оС продолжительностью 2-3 мин. Адгезионная способность пленки при этом способе обработки пленки повышается в 2 раза по сравнению с необработанной пленкой. Это объясняется тем, что поверхность полиимидной пленки окисляется и на ней образуются кислородосодержащие группы.

Четвертый цикл. Вакуумная металлизация полиимидной пленки через маски.

При наличии сплошной металлизированной пленки чувствительные элементы, экраны и выводы на поверхности пленки формируют методом фотолитографии.

Пятый цикл. Заготовка металлизированных пленок по заданному образцу (модели). Если датчик наклеивается на исследуемую поверхность, имеющую сложную геометрическую форму, заготовку пленок осуществляют с помощью выкройки. Затем осуществляют пайку токосъемных выводов (см. фиг. 1) и экранов.

Шестой цикл. Формирование упругого элемента 7 (фиг. 3) осуществляют следующим образом. До перфорации пленку обезжиривают. Затем наносят липкий клей на обе стороны пленки и закладывают ее между слоями антиадгезионной бумаги, перфорируют специальным перфоратором по заданному размеру. Клей - однородная вязкая (8-15 Па ˙с) бесцветная жидкость.

Седьмой цикл. С целью испарения с поверхности пленки остаточной влаги и испарителей ее выдерживают при 60^оС в течение 6 мин, 65^оС 8 мин и 70^оС 10 мин. Затем повышают температуру до 150-170^оС и выдерживают в течение 15-20 мин (150^оС 15 мин, 160^оС 13 мин и 170^оС 20 мин), охлаждают до 20-35^оС и формируют пакет пленок (см. фиг. 1). Датчики, сформированные в виде пакета, выдерживают под давлением 20-30 кгс/см² в течение 120-160 мин при 150-170^оС (20 кгс/см² - 120 мин, 25 кгс/см² - 140 мин и 30 кгс/см² - 160 мин). Последняя обработка дает прочное сцепление за счет хорошей адгезионной способности клея без морщин и пузырей между слоями пленки.

Восьмой цикл. На поверхности изоляционного слоя 1 (фиг. 4) наносят клей толщиной 10-15 мкм на основе акрилатов бутадиенакрилонитрильного каучука и целевых добавок, двухкомпонентный, холодного отверждения, быстроотверждающийся.

Применение датчиков, изготовленных данным способом, повысит эффективность аэро-гидродинамических экспериментов. Параметрическая надежность датчиков повышается за счет влагостойкости на 40-50% и более. (56) Авторское свидетельство СССР N 1503472, кл. G 01 L 7/08, 1987.

Изобретение позволяет без механической обработки изделий измерить давление на поверхности сложной и тонкой конфигурации в условиях аэро-гидродинамических экспериментов. Для этого пленки 1,3,7 из полиимида перед металлизацией подвергают обработке в водном растворе бихромата натрия 40 г/л серной кислоты 400 г/л в течение 3 . . . 5 мин при температуре 60 . . . 80С. После этого пленку тщательно промывают под струей дистиллированной воды. Для защиты от влаги верхнюю поверхность пленки датчика металлизируют сплошным слоем. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЧНЫХ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, включающий термическую обработку полиимидных пленок, их металлизацию и формирование емкостных преобразователей, после чего на металлизированную поверхность пленки наносят клей толщиной 8. . . 16 мкм, выдерживают при температуре 60. . . 70^oС продолжительностью 6. . . 10 мин и нагревают до 150. . . 170^oС с выдержкой 15. . . 20 мин, затем охлаждают до 20. . . 35^oС и при этой температуре пленки соединяют в пакет путем сжатия под давлением 20. . . 30 кгс/см² при 150. . . 170^oС в течение 120. . . 160 мин и охлаждают до температуры окружающей среды 20 - 35^oС, причем на изоляционную поверхность пленки наносят клей на основе акрилатов бутадиенакрилонитриального каучука толщиной 10. . . 15 мкм, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей за счет повышения влагостойкости, после термической обработки полиимидной пленки проводят ее химическую обработку в растворе, содержащем воду, бихромат натрия и серную кислоту при температуре 60. . . 80^oС в течение 3. . . 5 мин, после чего пленку промывают струей дистиллированной воды в течение 1. . . 2 мин и затем сушат при 40. . . 60^oС в течение 2. . . 3 мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор для химической обработки пленки готовят при соотношении компонентов, г/л:
Бихромат натрия 38-42
Серная кислота 390 - 410
Вода Остальное