一種單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電導(dǎo)率是材料的基本屬性。電導(dǎo)率傳感器技術(shù)是一個(gè)非常重要的工程技術(shù)研宄領(lǐng) 域，用于對(duì)液體或者氣體的電導(dǎo)率進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)原理的不同，電導(dǎo)率傳感器主要分為 電極型和感應(yīng)型電導(dǎo)率傳感器兩類。電極型電導(dǎo)率傳感器采用電阻測(cè)量法對(duì)電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn) 測(cè)量，為了提高測(cè)量精度和降低電極極化作用的影響，一般采用多電極體系，并且對(duì)電極材 料有很高的要求，同時(shí)這種單參量的測(cè)量方法，使得檢測(cè)的可靠性和魯棒性受到一定的限 制。感應(yīng)型電導(dǎo)率傳感器采用電磁場(chǎng)原理，在傳感器探頭內(nèi)部包括發(fā)射線圈和接收線圈兩 部分，發(fā)射線圈上施加正弦激勵(lì)可以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，接收線圈上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)感應(yīng) 電流與介質(zhì)電導(dǎo)率的線性關(guān)系來(lái)確定電導(dǎo)率值。為了保證測(cè)量的精確性，激勵(lì)線圈與感應(yīng) 線圈需要嚴(yán)格在一個(gè)軸線上，線圈之間要緊密排列且保證良好屏蔽，同時(shí)電極導(dǎo)流孔內(nèi)的 介質(zhì)應(yīng)保持流動(dòng)以保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性。因此，電感型電導(dǎo)率傳感器也屬于單參量測(cè)量方法， 可靠性和魯棒性受到限制，同時(shí)存在裝配難度大，成本較高，維護(hù)不便的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于交流阻抗技術(shù)新型的單片式 平面電極電導(dǎo)率傳感器。
[0004] 本發(fā)明所述的單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，由基板（1)、矩形螺旋線圈電極 (2)、矩形叉指電極（3)、過(guò)孔（4)、背面引線（5)、絕緣區(qū)（6)、饋電接口（7)、背面饋電接口 (8)、表層金屬層（9)、底層金屬層（10)構(gòu)成。
[0005] 矩形螺旋線圈電極（2)和矩形叉指電極（3)緊密貼附于基板（1)上，矩形叉指電 極（3)在基板（1)中心，矩形螺旋線圈電極（2)從矩形叉指電極（3) -端口朝外引出，逆時(shí) 針?lè)较蛴蓛?nèi)而外螺旋延伸，連接到饋電接口（7)，并將矩形叉指電極（3)包裹在內(nèi)。過(guò)孔（4) 位于矩形叉指電極（3)的右下角端口，在基板（1)背面過(guò)孔（4)通過(guò)背面引線（5)與背面 饋電接口⑶連接，背面引線（5)與矩形螺旋形線圈（2)連接到饋電接口（7)的饋線平行。 絕緣區(qū)（6)位于基板（1)下端正反兩面的引線區(qū)。
[0006] 所述的基板（1)，采用陶瓷材料或者熱固性樹(shù)脂做基底，涂覆在基底增強(qiáng)材料，比 如紙、布或者玻璃布上，烤干后壓制成型。
[0007] 所述的矩形叉指電極（3)，電極的寬度為1mm，兩個(gè)相鄰叉指間的間隔為2mm，叉指 長(zhǎng)度為18_，叉指對(duì)數(shù)為6對(duì)。
[0008] 所述的矩形螺旋線圈電極（2)螺旋線圈寬度為1mm，螺旋間距為2mm，螺旋周數(shù)為3 周。矩形螺旋線圈電極（2)逆時(shí)針?lè)较蛴蓛?nèi)而外螺旋延伸終點(diǎn)延長(zhǎng)30mm，以饋電接口（7) 結(jié)束。
[0009] 所述的過(guò)孔（4)中覆銅，為了保證引線的絕緣性，在基板正反面引線區(qū)域涂覆厚 度約為0. l-o. 3mm絕緣膠，即為絕緣區(qū)（6)。
[0010] 所述的矩形螺旋線圈電極（2)和矩形叉指電極（3)均為雙層金屬結(jié)構(gòu)，表層金屬 層（9)是厚度約為30 μ m的錫，底層金屬層（10)厚度約為30 μ m的銅。
[0011] 本發(fā)明單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器的制備方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :使用電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，按照單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器電極結(jié)構(gòu) 參數(shù)，繪制印刷電路板文件，并做成底片。
[0013] 步驟2 :選擇以熱固性樹(shù)脂或者陶瓷材料為基底，涂覆在基底增強(qiáng)材料，比如紙、 布或者玻璃布上，烤干后上下方放置銅箔，浸入層壓機(jī)中，在高溫高壓下使材料固化，形成 厚度大致為I. 6mm-2. Omm的覆銅層壓板，并裁切成合適尺寸（3cm*7cm)。
[0014] 步驟3:通孔定位后，鉆通孔。對(duì)孔壁及板面上覆上新的銅層。通過(guò)磨刷去除銅面 上的污染物，增加銅面粗糙度。
[0015] 步驟4 :將處理過(guò)的基板銅面透過(guò)熱壓方式貼上抗蝕干膜，蓋上底片。經(jīng)光線照射 作用將原始底片上的圖像轉(zhuǎn)移到感光底板上，白色透光部分發(fā)生光聚合反應(yīng)，黑色部分則 不透光，不發(fā)生反應(yīng)，用堿液作用將為發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的干膜部分沖洗掉。
[0016] 步驟5 :利用蝕刻藥液（CuCl2)將顯影后露出的銅蝕掉，形成內(nèi)層線路圖形。利用 強(qiáng)堿（NaOH)將保護(hù)銅面的抗蝕層剝掉，露出線路圖形。
[0017] 步驟6 :檢驗(yàn)清洗后在銅表面噴涂一層30 μ m左右的錫。
[0018] 步驟7 :對(duì)非電極部分蓋上綠油，其余部分露出雙層導(dǎo)電金屬。
[0019] 步驟8 :在基板正反面引線區(qū)域涂覆厚度約為0. 1-0. 3mm絕緣膠。
[0020] 本發(fā)明具有小型化，工藝簡(jiǎn)單，低成本，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的俯視圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明的主視圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明的左視圖。
[0024] 其中，1為基板；2為矩形螺旋線圈電極；3為矩形叉指電極；4為過(guò)孔；5為背面引 線；6為絕緣區(qū)；7為饋電接口；8為背面饋電接口；9為表層金屬層；10為底層金屬層；11為 過(guò)孔內(nèi)導(dǎo)電層銅。
[0025] 圖4為本發(fā)明測(cè)試電路示意圖。其中Vg(t)為正弦信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓激勵(lì)信 號(hào)；Rg為正弦信號(hào)發(fā)生器內(nèi)阻；Rs為串聯(lián)的電阻，阻值IkD J1 (t)為饋電接口 8處響應(yīng)信 號(hào)；V2⑴為饋電接口 7處響應(yīng)信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0027] 一種單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器（如附圖1所示），其特點(diǎn)在于由雙面剛性印 刷覆銅板制成，包括基板材料，基板上印刷雙層矩形叉指結(jié)構(gòu)和矩形螺旋線圈結(jié)構(gòu)串聯(lián)金 屬電極，電極底層是厚度約為30 μ m的銅，電極表層噴涂一層30 μ m左右的錫。在實(shí)際測(cè)試 中，將平面電極電導(dǎo)率傳感器的饋電接口 7,8焊上引線，分別接入（附圖4)饋電接口 7,8， 正弦信號(hào)發(fā)生器輸出峰峰值為lv，頻率為IOKhz的正弦波電壓激勵(lì)信號(hào)。將傳感器投入待 測(cè)水體中（僅僅絕緣涂覆膠以下的矩形叉指和矩形螺旋線圈電極部分入水），從饋電接口 7,8處可分別測(cè)得輸出響應(yīng)信號(hào)V1U)和V2(t)。具體計(jì)算方法為：
[0028]
[0029] 其中，〇為電導(dǎo)率數(shù)值，單位為s/m，k為比例系數(shù)，Rs為串聯(lián)的電阻，阻值IkQ。
[0030] 其制備方法作如下描述：
[0031] 第一步：使用電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，按照單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器電極結(jié)構(gòu) 參數(shù)，繪制印刷電路板文件，并做成底片。
[0032] 第二步：選擇以熱固性樹(shù)脂或者陶瓷材料為基底，涂覆在基底增強(qiáng)材料，比如紙、 布或者玻璃布上，烤干后上下方放置銅箔，浸入層壓機(jī)中，在高溫高壓下使材料固化，形成 厚度大致為I. 6mm-2. Omm的覆銅層壓板，并裁切成合適尺寸（3cm*7cm)。
[0033] 第三步：通孔定位后，鉆通孔。對(duì)孔壁及板面上覆上新的銅層。通過(guò)磨刷去除銅面 上的污染物，增加銅面粗糙度。
[0034] 第四步：將處理過(guò)的基板銅面透過(guò)熱壓方式貼上抗蝕干膜，蓋上底片。經(jīng)光線照射 作用將原始底片上的圖像轉(zhuǎn)移到感光底板上，白色透光部分發(fā)生光聚合反應(yīng)，黑色部分則 不透光，不發(fā)生反應(yīng)，用堿液作用將為發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的干膜部分沖洗掉。
[0035] 第五步：利用蝕刻藥液（CuCl2)將顯影后露出的銅蝕掉，形成內(nèi)層線路圖形。利用 強(qiáng)堿（NaOH)將保護(hù)銅面的抗蝕層剝掉，露出線路圖形。
[0036] 第六步：檢驗(yàn)清洗后在銅表面噴涂一層30 μ m左右的錫。
[0037] 第七步：對(duì)未焊接部分蓋上綠油，其余部分露出雙層導(dǎo)電金屬。
[0038] 第八步：在基板正反面引線區(qū)域涂覆厚度約為0. 1-0. 3mm絕緣膠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，其特征是由基板（I)、矩形螺旋線圈電極（2)、 矩形叉指電極（3)、過(guò)孔（4)、背面引線（5)、絕緣區(qū)（6)、饋電接口（7)、背面饋電接口（8)、 表層金屬層（9)、底層金屬層（10)構(gòu)成；矩形螺旋線圈電極（2)和矩形叉指電極（3)緊密 貼附于基板（1)上，矩形叉指電極（3)在基板（1)中心，矩形螺旋線圈電極（2)從矩形叉指 電極⑶一端口朝外引出，逆時(shí)針?lè)较蛴蓛?nèi)而外螺旋延伸，連接到饋電接口⑵，并將矩形 叉指電極⑶包裹在內(nèi)；過(guò)孔⑷位于矩形叉指電極⑶的右下角端口，在基板⑴背面過(guò) 孔⑷通過(guò)背面引線（5)與背面饋電接口⑶連接，背面引線（5)與矩形螺旋形線圈（2) 連接到饋電接口（7)的饋線平行；絕緣區(qū)（6)位于基板（1)下端正反兩面的引線區(qū)。2. 權(quán)利要求1所述的單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，其特征是所述的基板（1)采用陶 瓷材料或者熱固性樹(shù)脂做基底，涂覆在基底增強(qiáng)材料，比如紙、布或者玻璃布上，烤干后壓 制成型。3. 權(quán)利要求1所述的單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，其特征是所述的矩形叉指電極 ⑶的電極的寬度為1mm，兩個(gè)相鄰叉指間的間隔為2mm，叉指長(zhǎng)度為18mm，叉指對(duì)數(shù)為6 對(duì)。4. 權(quán)利要求1所述的單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，其特征是所述的矩形螺旋線圈電 極（2)螺旋線圈寬度為1mm，螺旋間距為2mm，螺旋周數(shù)為3周；矩形螺旋線圈電極（2)逆時(shí) 針?lè)较蛴蓛?nèi)而外螺旋延伸終點(diǎn)延長(zhǎng)30_，以饋電接口（7)結(jié)束。5. 權(quán)利要求1所述的單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，其特征是所述的過(guò)孔（4)中覆銅， 在基板正反兩面的絕緣區(qū)（6)涂覆厚度為0. 1-0. 3_絕緣膠。6. 權(quán)利要求1所述的單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，其特征是所述的矩形螺旋線圈電 極（2)和矩形叉指電極（3)均為雙層金屬結(jié)構(gòu)，表層金屬層（9)是厚度為30ym的錫，底層 金屬層（10)厚度為30ym的銅。
【專利摘要】一種單片式平面電極電導(dǎo)率傳感器，由基板、矩形螺旋線圈電極、矩形叉指電極、過(guò)孔、背面引線、絕緣區(qū)、饋電接口、背面饋電接口、表層金屬層、底層金屬層構(gòu)成；矩形螺旋線圈電極和矩形叉指電極緊密貼附于基板上，矩形叉指電極在基板中心，矩形螺旋線圈電極從矩形叉指電極一端口朝外引出，逆時(shí)針?lè)较蛴蓛?nèi)而外螺旋延伸，連接到饋電接口，并將矩形叉指電極包裹在內(nèi)；過(guò)孔位于矩形叉指電極的右下角端口，在基板背面過(guò)孔通過(guò)背面引線與背面饋電接口連接，背面引線與矩形螺旋形線圈連接到饋電接口的饋線平行；絕緣區(qū)位于基板下端正反兩面的引線區(qū)。本發(fā)明具有小型化，工藝簡(jiǎn)單，低成本，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】G01R27/22
【公開(kāi)號(hào)】CN104914316
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510246593
【發(fā)明人】王玉皞, 周軍樂(lè), 王曉磊, 劉是梟
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日