Способ изготовления пьезокварцевого датчика влажности газов Советский патент 1979 года по МПК G01N25/56 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ мость эквивалентного электрического сОпрОтивлен1ТЛ датчика от влажности. Выбор сорбента для каждого темпе турно-влажностного диапазона зависи от соотношения его упругости и вя кости/ то есть от условия возникнов ния при определенной влажности газа релаксационного пика. При этом учитывают/ что положение релаксационно пика определяется не только влажнос газа, но температурой и частотой колебаний датчики/ При повышении те пературы релаксационный пик сдвигае ся в область малых влажностей. Такой же эффект наблюдается при пЬйижеМии частоты колебаний кварцеBoto резонатора Соотношение между частотой колебаний выбранного типа кварцевого резонатора и температуро . влияющих на положение релаксационного пика, зависит от типа полимёра. Для капрона, например, каждый тра;йс температуры соответствует изменению частоты на 6-10 кГц. При постоянной частоте, то есть для выбранного, типа кварцевого резо натора, повышение температуры на один градус смещает релаксационный пик в сторону меньших влажностей На 0,5-0,7% относительной влажности. Получение однозначной зависимости в определенном температурновлажяостном диапазоне сводится к Подбору сорбента из смеси вязких и жестких полимеров. Для обеспечения высокой влагечувствительности при низких темпера турах выбирают вязкие веществас частотой релаксации близкой к рабочей частоте датчика. Для работы в среднем температурнб-влажностном диапазоне вязкость вещества берется меньше. Это достигаетсяполучением пленки сорбента из его раст вора в соответствующем растворителе меньшей концентраций. Для работы датчика при высоких влагосодержания необходимо повысить жесткость пЬлй мера. При этом повышается частот релаксации вещества и релаксационный пик сдвигается в область более высоких вла осодержаний. ТаКИМ образом, регулируя-вязко-упруг ...свойствами сорбента получить датчик влажности газа широкого, температурно-влажностного диапазона, а именно 5-50с и 0-100% относЦ тельной влажности. Кодачество сорбента и площадь е нанесёнйя -на кварцевую пластинку .определяют влагочувствительность Датчика, т. е. высоту релаксационного пика и его ширину. Количества сорбентов и площадь нанесения их на.кварцевую пластину подбирают эксперименталь но и должны быть дос точными для обеспечения перекрытия елаксационных пиков и получения днозначного закона изменения экивалентного сопротивления датчика т влажности. Технология нанесения сорбентов на варцевую пластину резо.натора может быть самой разнообразной, например. Нанесение с помощью тонкостенного капилляра. Для предотвращения астекания сорбента по поверхности кварцевой пластины целесообразно сорбенты для разных температурног 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 1, 2, 3, 4 вьгполненных в электродах 5 в местах.максимальных деформаций кварцевой пластины 6, находятся сорбенты для разных температурнб-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 40с. . Для пьезосорбционных датчиков : влажности энергетического метода наи6ojfee приемлемо применение кварцевого резонат.ора частотой 300 кГц с пластиной среза ДТ, места максимальных дефо Жгаций которой находятся на средней линии электродов на расстоянии 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 кварцевой пластины б (фиг. 1) в электродах. 5 В1 1травлйваютсяотверстия 1, 2, 3, 4 каждое-размером Г/30 площади электрода. Другие места электродов эа,щищаются фоторезистом. После снятия фоторезиста, с помощью капиляра, отверстия электродов заполняются сорбентами, каждое отверстие своим составом, а именно: отверстие 1 заполняется 5% раствором капрона в муравьиной кислоте, отверстие 2-3% Раствором капрона, отверстия3, 4 смесью 3% раствора капрона в муравьиной кислоте и 25% раствора клея БФ-2 (ГОСТ 12172-74) н 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 влажнрстях (меньших 60%); покрытие, полученное из З-х- процентного раствора капрона, обеспечиваетработу датчика при средних влажностях (50-70% относительной влажности). Суммарная .

характеристика преобразования датчика, содержащего только 5 и 3 процентный капрон имеет релаксационный пик при при 75% относительной влажности (кривая Г, 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 пластине всех этих сорбентов суммарная характеристика преобразования достаточно чувствительна и однозначна в более широком температурно-влажностном диапазоне (кривая 3, рис. 2).

Датчик влажности газов, изготовленный по предлагаемому способу, дает возможность использовать один датчик для контроля и регулирования влажности газовых сред, изменяющих свои температурные и влажностные характеристики в широких диапазонах.

.Формула изобретения Способ изготовления пьёзокварцевого- датчика влажности газов, заключающийся в нанесении раствора сорбента на кварцевую пластинку резонатора с последующей термообработкой, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего температурно-влажностного диапазона, в места максимальной деформации кварцевойпластины наносят сорбенты, состоящие из смеси вязких и жестких полимеров, разного состава и разной частоты релаксации в коли0честве и площадью, обеспечивающими Наложение релаксационных пиков и однозначную зависимость эквивалентного электрического сопротивления датчика от влажности. .. .

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №.230464. кл. G 01 N 25/56, 1966.

0

2.Авторское свидетельство СССР № 448377, кл. G 01 N 25/60, 1973 (прототип) .