Способ изготовления пьезокварцевого датчика влажности газов

 

Сущность изобретения: на электроды пьезоэлемента ДТ-среза с отношением ширины к его длине 0,39 наносят фенолополивинилацетальный клей в виде полос по линиям, соединяющим углы пьезоэлемента с местами его максимальной деформации. Клей отверждают термообработкой. Затем на всю поверхность пьезоэлемента наносят влагочувствительное покрытие, содержащее чередующиеся слои клея и поликапролактама. Слои клея получают из 25%-ного раствора его в этиловом спирте и высушивают его на воздухе 2-5 мин. Первый слой поликапролактама получают из 6%-ного раствора его в муравьиной кислоте и проводят его термообработку при 150°С в течение часа. Второй слой капролактама получают из 3% -ного раствора его в муравьиной кислоте и проводят аналогичную термообработку. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении пьезосорбционных датчиков влажности газов, pаботающих по энергетическому методу, основанному на демпфировании пьезоэлемента водяными парами.

Известны способы изготовления пьезосорбционных датчиков влажности газов, заключающиеся в нанесении сорбента на электроды в места наибольшей деформации пьезоэлемента с нанесением под пленку сорбента слоя из твердых частиц материала [1] или в выполнении электродов под пленкой в виде рифленой поверхности [2] Прототипом изобретения является способ изготовления пьезосорбционного датчика влажности газов, заключающийся в нанесении в места максимальных деформаций пьезоэлемента сорбентов, состоящих из смеси жестких и вязких полимеров разного состава и разной частоты релаксации в количестве и площадью, обеспечивающей наложение релаксационных пиков и однозначную зависимость эквивалентного электрического сопротивления датчика от влажности [3] и в нанесении в одно из мест максимальных деформаций пьезоэлемента вещества с отрицательной температурной зависимостью модуля потерь, например фенолополивинилацетального (ФПВА) клея.

Такой способ изготовления датчика сложен в реализации, имеет низкую технологичность, так как раствор смеси вязких и жестких полимеров в разных растворителях имеет ограниченный срок службы из-за расслоения. Нанесение сорбентов разного состава в разные места пьезоэлемента трудно автоматизировать, а вручную получаются датчики с большим разбросом параметров, например чувствительности.

Целью изобретения является повышение технологичности, обеспечение чувствительности к влажности 12-15 Ом/% в диапазоне 20-98% относительной влажности.

Цель достигается тем, что на электроды пьезоэлемента ДТ-среза с отношением ширины к его длине 0,39 сначала наносят ФПВА-клей в виде полос шириной 1-2 мм по линиям, соединяющим углы пьезоэлемента с местами его максимальных деформаций, отверждают его термообработкой, потом на всю поверхность пьезоэлемента наносят влагочувствительное покрытие, содержащее чередующиеся слои ФПВА-клея и поликапролактама (капрона), получаемые путем помещения пьезоэлемента в раствор полимера в соответствующем растворителе с последующим центрифугированием на воздухе со скоростью 2000±400 об/мин, причем слой клея получают из 25%-ного раствора его в этиловом спирте, высушивают его на воздухе 2-5 мин, после чего наносят первую пленку капрона из 6%-ного его раствора в муравьиной кислоте, термообрабатывают их при температуре 150^оС примерно 60 мин, затем снова наносят слой клея и вторую пленку капрона из 3%-ного его раствора в муравьиной кислоте, термообрабатывают их и проверяют чувствительность датчика к влажности, при чувствительности менее 12 Ом/% дополнительно наносят слой клея и пленку капрона из 3%-ного его раствора в муравьиной кислоте.

На фиг.1 и 2 показан пример выполнения пьезокварцевого датчика влажности газов.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. На пьезоэлемент 1 с электродами 2 и выводами 3 от них наносят пленки ФПВА-клея в форме полос 4 и тонкие пленки 5 на всю поверхность из ФПВА-клея, чередующиеся с пленками 6 и 7 капрона. Технология изготовления пьезосорбционного датчика влажности газов следующая. После промывки пьезоэлемента в горячей дистиллированной воде и прокаливания его при температуре 150±5^оС в течение не менее одного часа на электроды 2 пьезоэлемента 1 наносят ФПВА-клей в виде полос 4 шириной 1-2 мм с помощью, например, кисточки. Эти полосы соединяют углы пьезоэлемента с обеих его сторон с местами максимальных деформаций пьезоэлемента, расположенными на средней линии его ширины на расстоянии 0,28 части длины пьезоэлемента от его центра или от токоподводов 3. После этого пьезоэлемент нагревают до 150^оС и выдерживают при этой температуре 60±10 мин для отверждения полос 4 из ФПВА-клея. Затем пьезоэлемент помещается в 25%-ный раствор ФПВА-клея в этиловом спирте и центрифугируется на воздухе со скоростью 2000±400 об/мин для снятия излишков клея и получения тонкой пленки на поверхности пьезоэлемента. После высушивания пленки ФПВА-клея на воздухе в течение 2-5 мин пьезоэлемент помещают в 6%-ный раствор капрона в муравьиной кислоте, центрифугируют его и термообрабатывают при температуре 150 ±5^оС в течение 60±10 мин. При этом частицы клея 5 диффундируют в пленку 6 капрона, повышая его жесткость. Затем снова наносят пленку ФПВА-клея аналогично первой и пленку капрона из 3%-ного его раствора в муравьиной кислоте, также термообрабатывают их и проверяют чувствительность полученного датчика к влажности. При чувствительности менее 12 Ом/% дополнительно наносят пленку капрона с подслоем ФПВА-клея. Таким образом добиваются чувствительности датчика 12-15 Ом/% в диапазоне от 20 до 98% относительной влажности.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ, включающий нанесение на электроды пьезоэлемента влагочувствительной полимерной пленки с последующей термической обработкой, отличающийся тем, что используется пьезоэлемент ДТ-среза с отношением ширины к его длине 0,39, на электроды которого дополнительно наносят фенолополивинилацетальный клей в виде полос, соединяющих углы пьезоэлемента с предварительно определенными местами его максимальной деформации, с последующим термическим отверждением его, а влагочувствительную пленку наносят в виде чередующихся слоев фенолополивинилацетального клея и поликапролактама путем окунания пьезоэлемента в соответствующий раствор клея или полимера с последующим центрифугированием, причем слой клея получают при использовании 25%-ного раствора его в этаноле с последующей сушкой на воздухе в течение 2-5 мин, первый слой поликапролактама получают при использовании 6%-ного раствора его в муравьиной кислоте с последующей термообработкой при 150^oС в течение 60 мин, а второй слой поликапролактама получают при использовании 3%-ного раствора его в муравьиной кислоте с аналогичной термообработкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2