Устройство для изготовления датчика влажности

 

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, ана 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(59 G 01 N 27/02 1

gp g-. i,t(q rv s .« !

Ц., Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВY

ЬЖЬ ();> Т;;К я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ. (21) 3448237/18-25 (22) 31.05. 82, (46) 23.06. 84. Бюл. Р 23 (7 2) H. С.Лидоренко, С.В. Рябиков, Б.И.Ильин, И.К . )(итьков, К,Х .Урусов, Г,Н.Савельев, В.A .Kàðàòûãèí, Н,В.Салихова, B.A .Ìèëoñëàâoâ и К.Й.Егоров (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт источников тока (53) 533.275 (088.8) (56) ).. Авторское свидетельство СССР

9 424058, кл, G 01 N 25/56r 1972.

2. Берлинер М.A . .Измерения влажности М., Энергия, 1973, с. 269271 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ, содержащее лоток, на котором установлен резец, закрепленный в держателе, снабженном штоком с прижимным механизмом, средство для перемещения подложки датчика по лотку относительно резца, о т л и ч а ющ е е с я 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 влагочувствитель32 ного вещества с калиброванным дози- Е рующим отверстием в нижней части, центр которого и резец равно удалены от оси ротора.

С:

1099 266

Изобретение относится к измерительной технике, конкретно к гигрометрии, и может быть использовано при изготовлении датчиков влажности воздуха для метеорологии, сельскогб хозяйства, медицины и т.д.

Известен способ изготовления датчиков влажности воздуха, заключающийся в нанесении на диэлектрическую подложку электродов, разделенных межэлектродным промежутком, который затем покрывается влагочуэствительным веществом. Высокое быстродействие датчика обеспечивается выполнением электродов и влагочувствительного вещества в виде тонких пленок . Электроды, 15 например, изготавливаются путем вжигания в стеклянную подложку пленки двуокиси олова, обладающей высокой химической стойкостью. Межэлектродный промежуток формируется методами 20 маскирования и фотолитографии, а влагочувствительное вещество в под-! ходящем растворителе наносится на подложку, которая затем подвергается сушке, термообработке и старению.

Для реализации способа необходимо несколько специальных устройств: уст эойство для вжигания электродов, фо-, толитографическая установка, сушилка и др. (11 .

Однако при изготовлении датчика влажности воздуха не достигается стабильность адгезии пленки влагочуэствительного вещества к подложке и электродам, обеспечивающая постоянст-З во градуировочной характеристики датчика в процессе его эксплуатации.

Кроме того„наличие нескольких специальных устройств и приспособлений не позволяет агрегатиров ать процесс 40 изготовления датчиков в одном устройстве, что усложняет и удорожает процесс.

Известен crioco5 изготовления датчи" ка влажности, заключающийся в нанесе-д5 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 j2) .

Для реализации известного способа известно устройство для изготовления датчика влажности, которое .является наиболее близким техническим решением к изобретению, содержащее лоток, на 60 котором установлен резец, закрепленный в держателе, снабженном штоком с прижимным механизмом, средство для перемещения подложки датчика по лотку относительно резца (2) . 65

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 влагочувствительного вещества к достигнутому при изготовлении соотношению ширина-длина межэлектродного промежутка на серебрянных электродах. Кроме того, агрегатирование в одном устройстве, реализующем известный способ изготовления датчика влажности, двух, резко отличающихся по характеру процессов, крайне усложнено, удорожая стоимость датчика.

Наличие в известном устройстве прижимной пружины и вертикального расположения резца, формирующего межэлектродный промежуток, ведет вследствие разнотолщинности подложек и толщины слоев электродного материала на разных подложках и невоспроизводимости величины промежутка.

Нанесение раствора влагочувстэительного материала на вращающуюся подложку через капельницу не позволяет получить одинаковые толщины пленок элагочувствительного вещества на различных датчиках, что связано с разбрызгиванием части раствора с подложки при ее вращении..

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение изготовления датчика влажности. .Э

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для изготовления дат чика 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 закреплен 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, 1099266 причем рез осуществляется по дуге окружности.

На чертеже изображена схема устройства.

На лотке 1 устанавливается подложка 2 датчика, выполненная, например, из стекла с нанесенным слоем двуокиси олова. Подложка 2 поджимается к ротору 3 прижимным роликом 4. Перемещение подложки 2 по лотку 1 осуществляется толкателем 5. Установленный 10 на лотке резец 6 закреплен в держателе 7, который через фиксатор 8, позволяющий изменять угол наклона резца и его режущей грани к плоскости лотка, соединен со штоком 9, Последний 15 имеет воэможность вертикального перемещения в направляющих 10 и снабжен весовым набором 11. Сосуд l 2 раствора влагочувствительного вещества закреплен на лотке 1 по ходу вращения ротора и снабжен двумя отверстиями, одно из которых находится э верхней его части, à pyroe, калиброванное дозирующее оч ерстие 13 — в нижней, Центр калибрс занного отверстия 13 через которое осуществляется полив раствором влагочувствительного вецества подложки 2, и резец б равно удалены 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 разнотол- З5 щинность подложек. При этом происходит процесс разрезания пленок двуокиси олова и формирования, таким образом, межэлектродного промежутка. При дальнейшем перемещении подложки 2 по 40 лотку 1 из калиброванного отверстий

13 сосуда 12 межэлектродный промежуток и прилегающие к нему части элек.тродов покрываются слоем раствора влагочуэствительного материала в под45 ходящем растворителе, например, 53ным раствором сульфированного политрифторстирола в этиловом спирте.

Нанесение влагочувствительного вещества через калиброванное отверстие

13 реализует метод полива с постоянным потоком, что обеспечивает надежную воспроизводимость толщины и геометрии вла гочув ствит ель н ой пленки на подложке датчика. Воспроизводимость геометрии нанесенной пленки влагочувствительного электролита на электродах обеспечивается совмещением центра калиброванного отверстия 13 с ранее сформированным межэлектродным 60 промежутк ом. Другое отв е рс ти е сосуда 1 2, расположенное, например, в верхней его части, предназначено для выравнивания давлений воздуха вне и внутри сосуда и может также исполь-б5 зоваться для заливки раствора влагочувствительного вещества.

Скорость движения ротора определяет производительность устройства, одн ак о ск орос ть д виже ни я рот ор а 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, Поэышение воспроизводимости и реализация возможности изготовления межэлектродного промежутка заранее заданной величины реализуется осуществлением процесса, близкого по сути к процессу резания поверхностной части стеклянной подложки. Процесс э 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 о весовой нагрузки на резец свыше

1500 г не дает положительного эффекта. Уменьшение весовой нагрузки в общем случае ведет к уменьшению величины формируемого межэлектродного промежутка, однако диапазон изменения нагрузки, воспроизводимо формирующих межэлек тродный 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 резца по отношению к плоскости подложки определяет уменьшение площади контакта резца и подложки и ведет к уменьшению величины весовой нагрузки, необходимой для формирования межэлектродного промежутка такой же ширины, как при угле наклона режущей грани резца в 2-g,5 . Увеличение весовой нагрузки ведет к увеличению ширины формируемого межэлектродного промежутка при постоянном угле наклона режущей грани резца. При углах наклона режущей грани резца свы1099266

Составитель В,Евкаев

Редактор П,Коссей Техред Т.Маточка Корректор А, Зимокосов

Заказ 4365/37,.....Тираж.823 .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

we 45© процесс резания трансформиру- ется в процесс царапания стеклянной подложки, однако наличие постоянной весовой нагрузки на резец позволяет воспроизводимо реализовывать как ширину, так и шероховатость боковых граней формируемых межэлектродных 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 . 15

Применение весовой нагрузки менее

300 r we позволяет уверенно формировать межэлектродный промежуток, Скорость движения подложки существенно не влияет на качество и геометричес- 20 кие размеры межэлектродного промежутка, однако при скорости движения подложки более 20 мм/с и малых углах наклона режущей грани резца возникают ударные нагрузки, которые могут нри- g5 вести к разрушению части боковой грани подложки и режущей грани резца.

При наклоне режущей грани свыше 45 и скорости движения подложки менее

5 мм/с на сходе резца с подложки обыч30 но происходит отрыв части стекла, особенно при предельных весовых нагрузках, что связано с действием динамических давлений, разрушающих стекло, 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 упро» щает изготовление датчика, позволяет агрегатировать в одном устройстве весь процесс его изготовления. Кроме 1ого данное устройство обеспечивает воэможность формирования межэлектродного промежутка до 10 мкм, 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.