CN105606668A

CN105606668A - 一种电化学式薄膜凝露传感器

Info

Publication number: CN105606668A
Application number: CN201510956915.4A
Authority: CN
Inventors: 杨光辉; 陈强; 孙丹彤; 张建民; 唐健; 张先云
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Huaibei Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Huaibei Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-05-25

Abstract

本发明公开了一种电化学式薄膜凝露传感器，解决了现有装置不能精确测量表面凝露的问题，其特征在于包括正极电极、负极电极、绝缘层、放大电路、输出正极、输出负极，正极电极、负极电极设置在绝缘层的同侧或异侧，绝缘层为正极电极、负极电极的基底；正极电极、负极电极通过放大电路连接输出正极、输出负极。本发明采用电位序数不同的导体材料组成异质电极对，在表面凝露后形成原电池，并有法拉第电流输出，结构简单，方便在对凝露敏感的设备、设施的关键部位的表面安装，对凝露状态响应良好，实现物体表面凝露量的监测。

Description

一种电化学式薄膜凝露传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更确切地说涉及一种凝露传感器。

背景技术

当前，凝露传感器有两种：（1）电容凝露传感器；（2）光学凝露传感器。电容凝露传感器测量原理是电学原理，“凝露”前后电介质层的有效介电常数改变，电容量差别很大，采用芯片测量电容器容值变化来测量表面的凝露状态。光学凝露传感器常见的是冷镜式凝露传感器，它是根据光学原理，在“凝露”后，镜面对光的反射能力明显减弱，通过检测反射光的变化来检测表面凝露。由于光学凝露传感器存在光路***，因此结构复杂，而且一般使用液氮或干冰作为冷源，因此，需要有相应的蒸发器，不仅体积较大，操作复杂，而且温度很难精确控制。电容凝露传感器可以采用高精度电容测量芯片完成，实现小型化，但是电介质的吸潮凝露和干燥过程的延时，凝露测量的动态特性受到干扰；而且，凝露过程中表面凝水量不能量化。

凝露传感器的不能精确测量表面凝露，不能量化凝水量，往往导致受凝露影响敏感的设备和设施的保护措施难以有效进行。例如，电力开关设备通常布置在半封闭的金属柜体中，内外温差容易造成开关触头表面凝露产生，影响开关安全和设备寿命；传统的凝露监测技术常常在柜内已经有水珠产生还未能检测，导致凝露控制器不正常开启。

因此，需要设计在对凝露敏感的设备、设施的关键部位的安装简单，并对凝露状态响应良好的凝露传感器；同时，这一凝露传感器应该是工艺简单、实用性强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种电化学式薄膜凝露传感器，采用电位序数不同的导体材料组成异质电极对，在表面凝露后形成原电池，并有法拉第电流输出，可灵敏的检测表面凝露状态。

本发明的特征在于包括正极电极、负极电极、绝缘层、放大电路、输出正极、输出负极，正极电极、负极电极设置在绝缘层的同侧或异侧，绝缘层为正极电极、负极电极的基底；正极电极、负极电极通过放大电路连接输出正极、输出负极。

正极电极、负极电极呈梳齿状交错排布在绝缘层的同侧，正极电极、负极电极之间的距离设置为0.01～1毫米。

在绝缘层的底部贴有双面胶层。

正极电极、负极电极设置在绝缘层异侧，上层为正极电极，中间为绝缘层，下层为负极电极；三层结构设置导通孔，导通孔的直径在1～5毫米之间，孔的数量为10～60个。

不同导体材料电极对的正极电极选用不锈钢、金、银、铜、铂、铑、碳等电位序数较高的材料中的一种。正极电极采用真空蒸发、磁控溅射等物理方法或化学气象沉积等化学方法的薄膜制备工艺制备。

不同导体材料电极对的负极电极选用铁、锌、铝、锡等电位序数较低的材料中的一种。负极电极采用真空蒸发、磁控溅射等物理方法或化学气象沉积等化学方法的薄膜制备工艺制备。

不同导体材料电极对间的绝缘层采用PC（聚碳酸酯）、PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）、PTFE（聚四氟乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）等有机树脂材料中的一种。

本发明的制备工艺流程：

1、清理树脂绝缘物质表面，裁剪成设计形状；

2、在绝缘物质表面放置制备正极薄膜的掩模板，精确对位后固定；

3、采用真空制备导电金属薄膜工艺制备正极薄膜层；

4、拆卸正极薄膜的掩模板，放置负极薄膜掩模板，精确对位后固定；

5、采用真空制备导电金属薄膜工艺制备负极薄膜层；

6、清理镀膜表面；

7、安装放大电路。

进一步地，设置安装PE双面胶层。

工作原理：本发明采用电位序数不同的两种导体材料制成的异质薄膜电极对，电极对间采用绝缘物质分隔，电极对在表面凝露生成电解液后形成原电池，原电池的法拉第电流信号输出来表征凝露状态。输出的电流信号经运算放大电路放大成0～20毫安（mA）标准传感器电流信号来表征表面凝露的水量。

由上述技术方案可知，本发明结构简单、实用性强，方便在对凝露敏感的设备、设施的关键部位的表面安装，对凝露状态响应良好，实现物体表面凝露量的监测。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的主视图。

图2是本发明第一种实施例的俯视图。

图3是图1中C位置的局部放大图。

图4是本发明第二种实施例的主视图。

图5是本发明第二种实施例的俯视图。

图中，1.正极电极，2.负极电极，3.绝缘层，4.双面胶层，5.放大电路，6.输出正极，7.输出负极；8.导通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明呈梳状结构，正极电极1、负极电极2呈梳齿状交错排布。正极导体材料与负极导体材料的间隙越小，对于凝露的敏感性越好，但是由于材料加工工艺限制，结合图3所示，正极电极1、负极电极2之间的距离设置为0.01～1毫米。正极电极1、负极电极2通过放大电路5连接输出正极6、输出负极7。正极电极1、负极电极2输出到放大电路5，经过放大的信号通过输出正极6、输出负极7实现传感器的输出。

如图2所示，正极电极1、负极电极2设置在绝缘层3的同侧，绝缘层3为正极电极1、负极电极2的基底。

在绝缘层3的底部贴有双面胶层4，方便在被监测表面安装。

如图5所示，本发明呈三明治结构，正极电极1、负极电极2设置在绝缘层3的异侧，上层为正极电极1，中间为绝缘层3，下层为负极电极2。结合图4所示，三层结构经过模具冲孔、激光开孔制造导通孔8。导通孔8的直径在1～5毫米之间，孔的数量可以选择10～60个。导通孔8的数量越多，对湿度的变化相应越敏感。正极电极1、负极电极2输出到放大电路5，经过放大的信号通过输出正极6、输出负极7实现传感器输出。

由于不同导体材料电极对构成的原电池输出的电流信号在10^-9～10^-5安培（A）量级，需要经过放大电路5放大成0～20的毫安级信号，因此放大电路5的放大倍数为10～1000倍。

Claims

1.一种电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：包括正极电极(1)、负极电极(2)、绝缘层(3)、放大电路(5)、输出正极(6)、输出负极(7)，正极电极(1)、负极电极(2)设置在绝缘层(3)的同侧或异侧，绝缘层(3)为正极电极(1)、负极电极(2)的基底；正极电极(1)、负极电极(2)通过放大电路(5)连接输出正极(6)、输出负极(7)。

2.如权利要求1所述的电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：正极电极(1)、负极电极(2)呈梳齿状交错排布在绝缘层(3)的同侧，正极电极(1)、负极电极(2)之间的距离设置为0.01～1毫米。

3.如权利要求2所述的电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：在所述的绝缘层(3)的底部贴有双面胶层(4)。

4.如权利要求1所述的电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：正极电极(1)、负极电极(2)设置在绝缘层(3)的异侧，上层为正极电极(1)，中间为绝缘层(3)，下层为负极电极(2)；三层结构设置导通孔(8)，导通孔(8)的直径在1～5毫米之间，数量为10～60个。

5.如权利要求1所述的电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：正极电极(1)选用不锈钢、金、银、铜、铂、铑或碳的一种。

6.如权利要求1所述的电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：负极电极(2)选用铁、锌、铝或锡的一种。

7.如权利要求1所述的电化学式薄膜凝露传感器，其特征在于：绝缘层(3)采用PC、PE、PP、PTFE或PMMA的一种。