专利名称：大气环境污染物腐蚀监测传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种大气环境污染物腐蚀监测传感器，尤指ー种通过測量不同截面积的消耗金属薄膜线断路引起被测物理量变化来评价空气中污染物或环境腐蚀性的腐蚀等级的方法，属于传感器技术领域。
背景技术：
大气中的污染物或生物化学作用会影响环境中处于正常操作运行状态或者储运状态的设施和设备，例如エ业过程检测和控制设备、重要的基础设施等。因此，《ANSIISA-S71. 04过程检测和控制系统的环境条件——大气污染物》标准对大气环境中的污染物进行分类和分级。标准中对污染物在环境中的常态划分为大气液态污染物、大气固态污染物、大气气态污染物、和生物影响几类。各种污染物有按溶度高低或者对某种金属侵蚀速率高低又划分不同等级。因此，既可以采用特定的仪器测量大气中污染物的溶度高低来评价环境中污染物的等级，也可以通过測量某些金属在大气环境中的腐蚀速率来评价大气环境的腐蚀性等级。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大气环境的污染物评价或腐蚀性评价监测传感器，根据所测物理量(电容或电阻)发生阶梯变化的时间与设计消耗金属薄膜线的裕量关系可以对测试的大气环境污染物程度进行自动等级划分。本发明是通过以下措施来实现的
ー种大气环境污染物腐蚀监测传感器，包含
消耗金属薄膜线，为n条平行的不同截面积的金属薄膜导线，可在外界腐蚀作用下腐蚀消耗而断开；n为大于I的自然数；
受测元件，为n个分别与消耗金属薄膜线一一串联的电子元件，用于测量消耗金属薄膜线腐蚀断开后的物理量；所述的受测元件是电容或电阻；
基板，为绝缘的玻璃、陶瓷或树脂基板，消耗金属薄膜线和内部导线制作在基板上，内部导线用封装树脂绝缘，n个受测元件相并联后，通过测试引线[11]导出。上述本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，优选的，所述的n条消耗金属薄膜线的载流截面积依次増大，所述的n为3飞条。上述本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，优选的，所述的消耗金属薄膜线采用高纯铜、银、锌、铝或铁金属制备成不同载流截面积的平行薄膜导线，消耗金属薄膜线的两端引线部分用绝缘树脂填充封装；消耗金属薄膜线膜厚范围为200 50 ym，线宽范围为0. lmnTlOmm，工作区域的长度范围为I 100mm。上述本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，优选的，所述的电阻采用表面贴片安装的电阻，电阻值为IOOQlOOkQ ;所述的电容采用表面贴片安装的多层陶瓷电容，电容值为IOOpFl u F，电容容差为10%。本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，所用的消耗金属薄膜线是采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶液电沉积法或溶液沉积法将金属膜层沉积于耐候绝缘的基板上。 根据测试环境需要，消耗金属薄膜线[14]采用高纯的铜、银、锌、铝、铁等中的任意ー种金属制成n条平行的不同截面积(不同线宽和不同膜厚)的薄膜导线(附图I为5条平行线的结构——外加ー线测量引线)。铜、银用于环境洁净度要求高的场所，而锌、铝、铁可用于洁净度要求较低的场所。可以采用真空蒸发(如铜、银、铝等材料)，或溅射沉积(如铁、锌等材料)，等物理方法制备；也可采用化学电沉积等方法制备。为获得不同腐蚀裕量的薄膜探针的结果的可靠性，探针[14]的各线平行消耗金属薄膜线采用不同膜厚和不同宽度方式设计。其中，探针膜厚范围为200 50 ym，各线的线宽范围为0. lmnTlOmm，薄膜探针的工作区域的L取flOOmm。薄膜探针的两端引线部分用绝缘树脂填充封装，防止环境侵蚀。由于n条平行的消耗金属薄膜线的载流截面积依次増大——腐蚀裕量不同，各条金属薄膜线在大气环境中完全腐蚀断路的周期也不同。每条消耗金属薄膜线与ー个受检元件[16](陶瓷电容或电阻)串联。受检元件也采用绝缘树脂填充封装，防止环境侵蚀。在测试环境中，某条金属薄膜线由于外界腐蚀作用消耗完金属后断路，所串联的受检元件[16](陶瓷电容或电阻)则与外部测试电路断路。外部测试电路对传感器的測量參数进行周期性測量，依据金属薄膜线断路引起的测试物理量变化的时间，即可检测到金属薄膜线消耗时间与腐蚀裕量的关系，井根据依据这个关系，定义大气污染物的等级。(一)电容测量——在环境中经过h时间后，第1、2、…、i线的消耗金属薄膜线腐蚀断路，第(i+1)至第n线消耗金属薄膜线依然处于通路状态。忽略导线的电容，则系统此时检测的电容为
C0=Ci+:^..+Cn
式中Ctl为周期测试过程中测得的总电容值，Ci+1、…、Cn为每ー线电容的容值。(ニ)电阻测量——如果是消耗金属薄膜线串联电阻，在环境中经过h时间后，第
1、2、…、i线的消耗金属薄膜线断路，第(i+1)至第n线消耗金属薄膜线依然处于通路状态。忽略导线的电阻，则系统此时检测的电阻为
l/Ro=l/Ri+1+…+1/Rn
式中Rtl为周期测试过程中测得的总电阻值，Ri+1、…、Rn为每ー线串联电阻的阻值。本发明的有效效果是，可以针对大气环境中污染程度进行自动等级划分的需要，本发明采用不同腐蚀裕量的消耗金属薄膜线暴露于环境中，经历不同周期后，这些金属薄膜线先后由于腐蚀消耗而断路。断路后与之串联的受测元件(电容或电阻)从检测电路中断开，给后端的测试系统ー个可测量的物理量(电容或电阻)变化。根据物理量(电容或电阻)发生阶梯变化的时间与设计消耗金属薄膜线的裕量关系可以对测试的大气环境污染物程度和大气环境对材料的腐蚀性进行自动等级划分。
图I为本发明的主视结构示意 图2为图I的A向视图；图3为图2的B向视 图中，11信号引线，12探头引线接头，13基板，14消耗金属薄膜线，15封装绝缘树脂，16受检元件。
具体实施例方式 下面结合附图1-3来说明本发明。传感器探头的结构如附图1-3所示(图I所示为五阶探头)，探头包含(a)信号引线[11]，(b)探头引线接头[12]，(C)基板[13]，(d)消耗金属薄膜线[14]，(e)封装绝缘树脂[15]，(f)受检元件(电容或电阻)[16]，六个部分。5个消耗金属薄膜线分别与受检元件串联后并联，再与内部导线相串联，由信号引线与测试装置相连接。实施例一 本发明所述的大气环境污染物腐蚀监测传感器可用于，博物馆、图书馆、主机房等洁净度要求较高的室内的环境监控和预警。用于洁净度要求较高的室内环境，消耗金属薄膜线[14]采用99. 999%的纯铜材料，利用物理蒸发在玻璃基片上沉积不同截面积的薄膜。参考ISA - S71. 04标准划分G1、G2.G3.Gx四个等级，因此消耗金属薄膜线的线数n取4，4根线的有效长度均取50mm。第I线探针厚度为 500 ，宽度取2mm ;第2线探针厚度为 1000 ，宽度取3 mm ;第3线探针厚度为た2500 ，宽度取4mm ;第4线探针厚度为た4000 ，宽度取5mm。为简化后端测量仪器，每ー线消耗金属薄膜线串联的电容采用IOOOpF的贴片陶瓷电容。因此，第I线消耗金属薄膜线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电容为 3000pF ；第2线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电容为 2000pF ;第3线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电容为 IOOOpF ;第4线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电容为 OpF0通过固定周期测试探头的电容值，就可以确定传感器各线的消耗金属薄膜线腐蚀断路时间，从而对环境做出等级评价。实施例ニ
本发明所述的大气环境污染物腐蚀监测传感器可用于，户外エ业污染环境的腐蚀情况监控和预警。エ业污染环境中的重要大型钢结构件通常需要做浸镀、热喷涂保护性金属的防护措施。在此类环境中，选用的薄膜探针14采用在氧化铝陶瓷基板上溅射99. 99%的纯锌薄膜。薄膜探针的线数n取5。第I线探针厚度为 0.1 ym，宽度取Imm;第2线探针厚度为^0.2 um,宽度取2mm ;第3线探针厚度为& 3 u m,宽度取3mm ;第4线探针厚度为& 4 u m，宽度取4臟，第4线探针厚度为 10 ii m，宽度取5mm。第一线薄膜探针不加电阻；第二线薄膜探针串联的电阻采用8.8kQ的贴片电阻；第三线薄膜探针串联的电阻采用20kQ的贴片电阻；第四线薄膜探针串联的电阻采用40k Q的贴片电阻；第五线薄膜探针串联的电阻采用40kQ的贴片电阻。因此，校准系统后，第I线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电阻为 5kQ ;第2线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电阻为 IOkQ ;第3线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电阻为 20kQ ;第4线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电阻为 40kQ ;第5线腐蚀断路的时候，测试系统测得的电阻为无穷大(开路状态)。通过固定周期测试探头的电容值，就可以确定探针各线的腐蚀断路时间。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰， 都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.ー种大气环境污染物腐蚀监测传感器，其特征在于包含 消耗金属薄膜线[14]，为n条平行的不同截面积的金属薄膜导线，可在外界腐蚀作用下腐蚀消耗而断开；n为大于I的自然数； 受测元件[16]，为n个分别与消耗金属薄膜线一一串联的电子元件，用于测量消耗金属薄膜线腐蚀断开后的物理量；所述的受测元件是电容或电阻； 基板[13]，为绝缘的玻璃、陶瓷或树脂基板，消耗金属薄膜线和内部导线制作在基板上，内部导线用封装树脂[15]绝缘，n个受测元件[16]相并联后，通过测试引线[11]导出。
2.如权利要求I所述的大气环境污染物腐蚀监测传感器，其特征在于所述的n条消耗金属薄膜线的载流截面积依次増大，所述的n为3飞条。
3.如权利要求I或2所述大气环境污染物腐蚀监测传感器，其特征在于所述的消耗金属薄膜线采用高纯铜、银、锌、铝或铁金属制备成不同载流截面积的平行薄膜导线，消耗金属薄膜线的两端引线部分用绝缘树脂填充封装；消耗金属薄膜线膜厚范围为200 50 u m,线宽范围为0. lmnTlOmm，工作区域的长度范围为I 100mm。
4.如权利要求3所述的大气环境污染物腐蚀监测传感器，其特征在于所述的电阻采用表面贴片安装的电阻，电阻值为IOOQlOOkQ ;所述的电容采用表面贴片安装的多层陶瓷电容，电容值为IOOpFl u F，电容容差为10%。
5.如权利要求3所述的大气环境污染物腐蚀监测传感器，其特征在于所述的消耗金属薄膜线采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶液电沉积法或溶液沉积法将金属膜层沉积于耐候绝缘的基板上。
全文摘要
本发明公开了一种用于大气环境中污染物的腐蚀监测传感器，包括消耗金属薄膜线，薄膜基板，受测元件。传感器的消耗金属薄膜线由高纯铜、银、锌、铝、铁等金属制成腐蚀裕量不同的n条平行薄膜导线结构，每条消耗金属薄膜线与一颗受测元件(电容或电阻)串联。大气环境中的液态、固态或气态侵蚀介质腐蚀消耗金属薄膜线，但是不同腐蚀裕量的金属线的消耗时间不同，金属线由薄到厚依次腐蚀后断路。因此，后端测量系统所测得的受测元件的物理数值也随之变化。根据消耗金属薄膜线腐蚀速率与环境腐蚀因素的经验关系可以对空气中的污染物腐蚀等级进行评价。
文档编号G01N27/22GK102645457SQ20121013569
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者李辛庚, 樊志彬, 王学刚, 王宏, 王晓明, 胡新芳, 闫风洁 申请人:山东电力研究院
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