CN109974883A

CN109974883A - 一种适用于混凝土温度监测的ntc温度传感器及制备方法和应用

Info

Publication number: CN109974883A
Application number: CN201910316810.0A
Authority: CN
Inventors: 关芳; 程新; 黄世峰; 王建荣; 党则伟; 芦令超
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2019-07-05
Anticipated expiration: 2039-04-19
Also published as: CN109974883B

Abstract

本发明涉及混凝土温度监测领域，尤其涉及一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器及制备方法和应用，包括本体和导线；所述本体包括：不锈钢外壳和封装在该外壳内部的NTC热敏陶瓷芯片；所述不锈钢外壳的一端封闭，另一端为开口状，且不锈钢外壳的外表面设置有纳米TiO₂涂层；所述NTC热敏陶瓷芯片的外表面设置有银电极层，银电极层外表面包覆有包封层；所述导线的一端与设置在NTC热敏陶瓷芯片上的引线连接，另一端从不锈钢外壳的开口状的一端端口中延伸到不锈钢外壳外部。本发明的传感器测温范围宽、响应快、精度高，在提高混凝土温度监测质量及效率的同时降低工程成本，有利于混凝土温度的精准监测及有效控制。

Description

一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及混凝土温度监测领域，具体涉及一种适用于大体积混凝土温度监测的NTC温度传感器及制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，随着基础设施建设的蓬勃发展，对混凝土工程质量的控制提出了更高的要求，而温度监测是混凝土工程质量控制的关键，尤其是施工过程中。环境温度和内部温度及其变化都是影响混凝土微观结构及宏观性能的重要影响因素之一，极冷极热环境温度和内部温度的不均匀分布都将对混凝土构筑物的结构和性能产生致命的伤害。特别是大体积混凝土的施工，厚度大、水化热高，为保证施工质量，应使其内部最高温度不大于75℃、内表温差不大于25℃，因此精确的温度控制显得更为重要。精确的温度监测是实现混凝土温度控制的前提，目前用于混凝土温度监测的温度传感器主要有热电偶、热电阻、光纤传感器等。然而，发明人认为：这类传感器在实际应用中有着各自的优缺点，例如：热电偶操作简单、成本低，但需要直接接触被测物和温度补偿，且敏感度不够高，抗环境干扰性差；热电阻虽测温范围宽，精度高，但响应慢、敏感度不够且成本很高；光纤传感器虽是非接触式测温，敏感度高，但其成本高，也需要温度补偿。

负温度系数(NTC)温度传感器是指在工作温度范围内，电阻值随温度的升高而降低的温度传感器，因其具有灵敏度高、稳定性好、响应快、成本低、易实现远程测量和控制的优点，被广泛应用于工业生产(如汽车引擎)、深海领域(如温盐深仪)、航空航天(如飞船、卫星)、通讯等领域中的温度测量、温度补偿、温度控制、以及通讯设备的远距离控制等方面，被认为是具有极大发展潜力的电子元器件，有着很好的应用前景。然而，本发明人发现，NTC温度传感器在混凝土测温领域的应用极少，目前几乎没有适用于混凝土的NTC温度传感器及制备方法的相关技术研究和报道。

发明内容

针对上述的混凝土温度监测及温度监测传感器存在的问题，本发明旨在提供一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器及制备方法和应用。本发明能够在提高混凝土温度监测质量及效率的同时降低工程成本，拓宽NTC温度传感器的应用领域，这对NTC温度传感器的应用及混凝土温度的精准监测及有效控制具有重要意义。

本发明第一目的，是提供一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。和背景技术部分提及的一些传统的用于混凝土温度监测的传感器相比，NTC温度传感器在测温方面有着明显的优势，例如，接触式测温准确可靠，线性好，无需温度补偿，体积小成本低，易于批量化生产等。

本发明第二目的，是提供所述适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器的制备方法。本发明根据混凝土的施工环境、特性及温度变化范围，选择合适的NTC热敏材料，加工成电子元器件，并设计合理的封装方式，制备出适用于混凝土测温的NTC温度传感器，以便于在提高混凝土温度监测质量及效率的同时降低工程成本。

本发明第三目的，提供所述适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器及其制备方法的应用。本发明有效拓展了负温度系数热敏陶瓷材料及由其制备的温度传感器的应用领域。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，其包括本体和导线；所述本体包括：不锈钢外壳和封装在该外壳内部的NTC热敏陶瓷芯片；所述不锈钢外壳的一端封闭，另一端为开口状，且不锈钢外壳的外表面设置有纳米TiO₂涂层；所述NTC热敏陶瓷芯片的外表面设置有银电极层，银电极层外表面包覆有包封层；所述导线的一端与设置在银电极层上的引线连接，导线的另一端从不锈钢外壳的开口状的一端端口中延伸到不锈钢外壳外部。

作为进一步的技术方案，所述封装的材质为环氧树脂或纤维增强树脂筋。

作为进一步的技术方案，所述包封层为玻封保护层。包封层的主要作用为：(1)为NTC热敏陶瓷芯片提供第一道防护层；(2)减小后续封装(灌封环氧树脂或纤维增强树脂筋)过程对芯片及引线的影响。

作为进一步的技术方案，所述NTC热敏陶瓷材料的主要性能参数为：R_25℃＝(10～20kΩ)±2.5％；B_25/85＝(3900～4200K)±2.0％)。

作为进一步的技术方案，所述NTC热敏陶瓷材料可为Mn、Co、Ni、Cu、Fe、La、Cr等金属氧化物按现有的NTC热敏陶瓷材料工艺制备或市售产品均可。

作为进一步的技术方案，所述不锈钢外壳内表面设置有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置。以进一步提高NTC温度传感器的导热散热能力，提高传感器的测温时效性、准确性以及抗环境干扰性。

作为进一步的技术方案，所述导线为三芯传感器线缆；所述不锈钢外壳的材质包括SUS304等；SUS304不锈钢具有良好的耐蚀性和导热性，且在低温、室温及高温下均有较高的塑性和韧性，以及好的冷作成型和焊接性。

作为进一步的技术方案，所述不锈钢外壳呈圆柱状，其直径为(3.00～4.00)±0.10mm，长度为(2.00～3.00)±0.10cm。

作为进一步的技术方案，所述NTC热敏陶瓷芯片的长、宽、厚度依次序为：(0.10～0.20cm)×(0.10～0.20cm)×(0.08～0.10mm)。

NTC热敏陶瓷材料的电阻率ρ与温度T的关系符合Arrehenius方程：ρ＝ρ₀exp(B/T)，在其测温范围内对上式两边取对数可建立电阻率与温度良好的线性关系，因此，NTC温度传感器具有温度自补偿功能，而且具有测温精度高、互换性好、可靠性高、成本低等优点，本发明将其用于混凝土温度监测领域可以很好地弥补其他混凝土温度监测传感器(如热电偶、热电阻、光纤传感器等)的不足。

纳米TiO₂是一种良好的光催化半导体材料,本发明在不锈钢基体表面制备纳米TiO₂涂层,光照射下产生电子，注入到金属基体使其电位低于腐蚀电位，以达到防腐蚀的要求，且在碱性环境下仍具有光电化学效应和防腐蚀性能，从而进一步提高本发明制备的传感器在混凝土碱性环境下的抗腐蚀能力。

其次，本发明公开所述适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1：NTC热敏陶瓷芯片的制备：

将银电极浆料印刷到切片后得到的NTC热敏陶瓷片的上下表面,烧渗并划片后得到表面覆盖有银电极层的NTC热敏陶瓷芯片；所述烧渗是指在高温下使银电极浆料向热敏陶瓷片中渗入，以便于获得与陶瓷芯片更好的结合力，减小其接触电阻，以达到NTC热敏陶瓷与银电极近于零欧姆接触的目的。

在上述得到的NTC热敏陶瓷芯片的银电极层上焊接引线，并作为过渡段与三芯传感器线缆相连接，即得带导线的NTC热敏陶瓷芯片；

将上述的带导线的NTC热敏陶瓷芯片进行包封，即得，备用；

S2：纳米TiO₂涂层溶胶的制备：

在无水条件下将钛酸正四丁酯(TBOT)滴加到乙醇(EtOH)中，边滴加边搅拌，然后再向其中滴加硝酸溶液，滴加完毕后搅拌，然后置于水浴中陈化，得到纳米TiO₂溶胶，备用；

S3：不锈钢外壳的制备：

以步骤S2中的纳米TiO₂溶胶为涂层液，采用浸渍提拉法在不锈钢外壳的外表面上进行拉制成膜，完成后进行热处理，即可得外表面上均匀覆有纳米TiO₂的不锈钢外壳；

S4：NTC热敏陶瓷芯片的封装：

将步骤S1包封后的NTC热敏陶瓷芯片置于步骤S3最终得到的不锈钢外壳内，然后对不锈钢保护壳的内部空间进行灌封，从而使各部件形成有机整体，即得适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。

需要说明的是，上述步骤S1、S2、S3的执行顺序还可以为S2、S3、S1或者其他合适顺序，只要能够制备出所述适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器均可。

作为进一步的技术方案，步骤S1中，所述烧渗条件为：在800～950℃之间烧渗10～20min,可选地，所述银电极厚度为10～15μm。

作为进一步的技术方案，步骤S1中，所述玻封的方法为：先将NTC热敏陶瓷芯片装入玻壳中,再在真空炉中于600～650℃保温10～30min进行高温封装。

作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述乙醇和钛酸正四丁酯的摩尔比依次序为：(0.5～2.5)：1。

作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述硝酸溶液的浓度为：0.1～0.5mol/mL。

作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述硝酸溶液的滴加量控制在水：醇体积比为0.5～1.5，硝酸量不宜过高以免对被涂层金属基体造成腐蚀。

作为进一步的技术方案，步骤S2中，所述水浴温度不高于30℃，优选为20～30℃。

作为进一步的技术方案，步骤S3中，所述提拉次数为3～5次，以便于纳米TiO₂溶胶均匀覆盖在不锈钢外壳表面。

作为进一步的技术方案，步骤S3中，所述热处理温度为400～500℃,时间为1～2h。热处理的目的是为了完成TiO₂前驱体的晶型转换，选择此温度区间的原因是该条件下热处理得到的二氧化钛晶型为锐钛矿型，该结构二氧化钛涂层与基体材料的附着力明显优于其他结构的二氧化钛。

作为进一步的技术方案，步骤S4中，所述灌封用材料为环氧树脂或纤维增强树脂筋，优选地，灌封完成后在不锈钢保护壳的开口处加封环氧树脂封装层。

作为进一步的技术方案，步骤S4中，所述环氧树脂的主要成分为双酚A类环氧树脂，其含量为40～60％；在灌封前还包括向其中加入固化剂的步骤，固化剂为胺类固化剂，加入量为环氧树脂质量的20～40％，二者需混合均匀。

作为进一步的技术方案，步骤S4中，所述不锈钢外壳内表面设有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置。

最后，本发明公开所述的NTC温度传感器及其制备方法在混凝土温度监测及控制领域中的应用。本发明基于NTC热敏陶瓷材料设计的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器可以在提高混凝土温度监测质量及效率的同时降低工程成本，有利于混凝土温度的精准监测及有效控制；另外，也拓宽了NTC温度传感器的应用领域。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明根据混凝土的温度变化范围，选择合适的NTC热敏陶瓷材料(主要性能参数为：R_25℃＝(10～20kΩ)±2.5％；B_25/85＝(3900～4200K)±2.0％))制备NTC温度传感器，其测温范围宽(～50～150℃)、响应快(10～30ms)、精度高(±0.01℃)，成本低。与其他传统的混凝土温度监测传感器和光纤光栅温度传感器相比，具有明显的优势，尤其是其具有温度自补偿的功能，有效解决了传统混凝土温度监测传感器需要温度补偿的问题，大大提高了混凝土温度监测的质量及效率，有利于混凝土温度的精准监测和有效控制；同时也降低工程成本，拓宽了NTC温度传感器的应用领域。

(2)本发明根据混凝土的特性和施工环境，设计了合理的NTC温度传感器封装方式。采用不锈钢圆柱形外壳和环氧树脂或纤维增强树脂筋进行密实封装及初步玻封保护，进一步地，本发明采用的SUS304不锈钢具有高的耐蚀性和导热性，且在低温、室温及高温下均有较高的塑性和韧性，以及良好的冷作成型和可焊性；环氧树脂具有良好的导热性和绝缘性；纤维增强树脂筋具有良好的导热性和机械强度。封装材料好的导热性使NTC温度传感器能及时准确感知混凝土监测点温度，提高混凝土温度监测的及时性和准确性；同时，封装材料的耐腐蚀性、绝缘性和高的强度，提高了NTC温度传感器的使用寿命和可靠性。

(3)作为本发明的创新，本发明采用溶胶～凝胶法与浸渍提拉技术在不锈钢外壳表面制备出了纳米TiO₂涂层，对不锈钢外壳表面进行改性，利用纳米TiO₂涂层的光电化学效应和稳定性，进一步提高NTC温度传感器在混凝土碱性潮湿环境中的耐腐蚀性，进而提高NTC温度传感器在混凝土中的适用性和寿命。

(4)本发明基于NTC热敏陶瓷材料设计的适用于混凝土温度监测的温度传感器尺寸小，大幅度缩小了安装温度传感器所需的空间，这样的传感器能够有效降低传感器埋入对混凝土整体性的影响以及振捣时触碰传感器使其移位或损坏，性能达到了国际领先水平；另外，通过这种小尺寸工艺，能使成本大幅降低，为混凝土温度监测的小型化、智能化和高精度奠定了基础。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1的NTC温度传感器示意图。

图2为本发明实施例4～7中NTC温度传感器的制备工艺流程图。

图1中标记分别代表：1～纳米TiO₂涂层；2～不锈钢外壳；3～导热硅脂密封层；4～包封层；5～NTC热敏陶瓷芯片；6～封装材料；7～引线、8～导线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如前文所述，混凝土温度监测是其健康监测的重要部分，目前混凝土温度监测传感器存在或测量精度低或成本高等问题，且测温时都需要温度补偿，因此，研制新的适用于混凝土温度监测的温度传感器，使其具有温度自补偿功能的同时测温精度高、成本低变得极为重要。为此，本发明旨在提供一种基于NTC热敏陶瓷材料的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器及制备方法和应用；现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，参考附图1，其包括本体和导线；所述本体包括：不锈钢外壳2和封装在该内壳内部的NTC热敏陶瓷芯片5；所述不锈钢外壳2的一端封闭，另一端为开口状，且不锈钢外壳2的外表面涂覆有纳米TiO₂涂层1；所述NTC热敏陶瓷芯片5的外表面设置有银电极层，银电极层外表面包覆有包封层4；所述导线8的一端与设置在NTC热敏陶瓷芯片5上的引线7连接，导线8的另一端从不锈钢外壳2的开口状的一端端口中延伸到不锈钢外壳外部；所述不锈钢外壳内表面设置有导热硅脂密封层3,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置，以进一步提高NTC热敏温度传感器的导热散热能力。

实施例2

一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，同实施例1，区别在于：所述封装的材质为环氧树脂或纤维增强树脂筋。所述包封层为玻封保护层。包封层不仅能够为NTC热敏陶瓷芯片提供第一道防护层；而且还能够减小后续封装过程对芯片及引线的影响。所述导线为三芯传感器线缆；所述不锈钢外壳的材质为SUS304。

实施例3

一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，同实施例1，区别在于：所述NTC热敏陶瓷材料的主要性能参数为：R_25℃＝(10～20kΩ)±2.5％；B_25/85＝(3900～4200K)±2.0％)；具有该性能参数的NTC热敏陶瓷材料能够和混凝土的温度变化范围有更好的匹配。

实施例4

上述实施例中适用于混凝土温度监测的负温度系数温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)NTC热敏陶瓷芯片制备：

根据NTC热敏陶瓷芯片的尺寸要求，采用高精度划片机(型号：和研科技SD610)先将LaMnO₃-NiMn₂O₄复合NTC热敏陶瓷切片成厚度为0.08mm的薄片；再将银电极浆料通过丝网印刷到NTC热敏陶瓷薄片的上、下表面(面积较大的两个表面，其他表面不设置银电极浆料),然后置于850℃烧渗10min,得到表面包覆有银电极层(厚度大约为15μm)的NTC热敏陶瓷片；

根据NTC热敏陶瓷芯片的边长尺寸要求，通过高精度划片机的金刚石刀具将所述NTC热敏陶瓷片划切成边长为0.20cm的正方形陶瓷芯片；然后在所述NTC热敏陶瓷芯片的两层银电极层上各焊接一根杜美丝作为引线，并将引线作为过渡段与导线(三芯传感器线缆)相连接，即得带导线的NTC热敏陶瓷芯片，备用；

通过石墨模具,采用传统工艺对所述带引线热敏陶瓷芯片进行玻封，具体为：先将NTC热敏陶瓷芯片装入玻壳中,再在真空炉中于600℃保温30min进行高温封装，即得；

(2)纳米TiO₂涂层溶胶的制备：

以乙醇(EtOH)和钛酸正四丁酯(TBOT)为原料，按醇钛摩尔比n(EtOH)/n(TBOT)＝0.80，在无水条件下将TBOT滴加到EtOH中，边滴加边搅拌，然后再向其中滴加0.25mol/mL的HNO₃溶液，滴加量控制在水醇体积比为0.5，滴加完毕后搅拌1h，然后置于30℃水浴中陈化24h，得到纳米TiO₂溶胶，备用；

(3)SUS304不锈钢外壳纳米TiO₂涂层制备：

采用浸渍提拉法，以步骤(2)中的纳米TiO₂溶胶为涂层液，在SUS304不锈钢外壳(直径为3.00±0.10mm，长度为4.00±0.10cm)外表面上进行拉制成膜，提拉次数为3次,热处理温度为400℃,时间为2.0h，即得表面防腐处理SUS304不锈钢外壳，备用；

(4)NTC热敏陶瓷芯片的封装：

将步骤(1)包封后的NTC热敏陶瓷芯片置于步骤(3)最终得到的SUS304不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳内表面涂覆有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置；之后向SUS304不锈钢保护壳内灌封环氧树脂(其中，双酚A类环氧树脂含量为40％、胺类固化剂用量为环氧树脂量的20％)；灌封完成后，再在SUS304不锈钢保护壳的端口处加封环氧树脂封装层，即得适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。

实施例5

一种适用于混凝土温度监测的负温度系数温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)NTC热敏陶瓷芯片制备：

根据NTC热敏陶瓷芯片的尺寸要求，采用高精度划片机(型号：和研科技SD610)先将LaMn_0.7Ti_0.3O₃-NiMn₂O₄复合NTC热敏陶瓷切片成厚度为0.10mm的薄片；再将银电极浆料通过丝网印刷到NTC热敏陶瓷薄片的上、下表面(面积较大的两个表面，其他表面不设置银电极浆料),于950℃烧渗10min,银电极厚度为10μm,得NTC热敏陶瓷片；

根据NTC热敏陶瓷芯片的边长尺寸要求，通过高精度划片机的金刚石刀具将NTC热敏陶瓷片划切成边长为0.20cm的正方形陶瓷芯片；然后在NTC热敏陶瓷芯片的两层银电极层上各焊接一根杜美丝作为引线，并将该引线作为过渡段与三芯传感器线缆相连接，即得带引线NTC热敏陶瓷芯片，备用；

(2)纳米TiO₂涂层溶胶的制备：

以乙醇(EtOH)和钛酸正四丁酯(TBOT)为原料，按醇钛摩尔比n(EtOH)/n(TBOT)＝0.5，在无水条件下将TBOT滴加到EtOH中，边滴加边搅拌，然后再向其中滴加0.1mol/mL的HNO₃溶液，滴加量控制在水醇体积比为1，滴加完毕后搅拌1h，然后置于20℃水浴中陈化24h，得到纳米TiO₂溶胶，备用；

(3)SUS304不锈钢外壳纳米TiO₂涂层制备：

采用浸渍提拉法，以步骤(2)中的纳米TiO₂溶胶为涂层液，在SUS304不锈钢外壳(其直径为4.00±0.10mm，长度为5.00±0.10cm)表面上进行拉制成膜，提拉次数为5次,热处理温度为500℃,时间为1.0h，即得表面防腐处理SUS304不锈钢外壳，备用；

(4)NTC热敏陶瓷芯片的封装：

通过石墨模具,采用传统工艺对步骤(1)中得到的带引线热敏陶瓷芯片进行玻封，具体为：先将NTC热敏陶瓷芯片装入玻壳中,再在真空炉中于650℃保温10min进行高温封装；然后将其置于步骤(3)中得到的表面防腐处理SUS304不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳内表面涂覆有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置；之后向SUS304不锈钢保护壳内灌封环氧树脂(其中，双酚A类环氧树脂含量为60％、胺类固化剂用量为环氧树脂量的40％)；灌封完成后，再在SUS304不锈钢保护壳的端口处加封环氧树脂封装层，即得适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。

实施例6

(1)NTC热敏陶瓷芯片制备：

根据NTC热敏陶瓷芯片的尺寸要求，采用高精度划片机(型号：和研科技SD610)先将LaCr_0.7Fe_0.3O₃-NiMn₂O₄复合NTC热敏陶瓷切片成厚度为0.09mm的薄片；再将银电极浆料通过丝网印刷到NTC热敏陶瓷薄片的上、下表面(面积较大的两个表面，其他表面不设置银电极浆料),于800℃烧渗20min,银电极厚度为12μm,得NTC热敏陶瓷片；

根据NTC热敏陶瓷芯片的边长尺寸要求，通过高精度划片机的金刚石刀具将NTC热敏陶瓷片划切成边长为0.15cm的正方形陶瓷芯片；然后在所述NTC热敏陶瓷芯片的两层银电极层上各焊接一根杜美丝作为引线，并将该引线作为过渡段与三芯传感器线缆相连接，即得带引线NTC热敏陶瓷芯片，备用；

(2)纳米TiO₂涂层溶胶的制备：

以乙醇(EtOH)和钛酸正四丁酯(TBOT)为原料，按醇钛摩尔比n(EtOH)/n(TBOT)＝2.5，在无水条件下将TBOT滴加到EtOH中，边滴加边搅拌，然后再向其中滴加0.3mol/mL的HNO₃溶液，滴加量控制在水醇体积比为1.5，滴加完毕后搅拌1h，然后置于25℃水浴中陈化24h，得到纳米TiO₂溶胶，备用；

(3)SUS304不锈钢外壳纳米TiO₂涂层制备：

采用浸渍提拉法，以步骤(2)中的纳米TiO₂溶胶为涂层液，在一体化成型的SUS304不锈钢外壳表面上进行拉制成膜，提拉次数为4次,热处理温度为450℃,时间为1.5h，即得表面防腐处理SUS304不锈钢外壳，备用；

(4)NTC热敏陶瓷芯片的封装：

通过石墨模具,采用传统工艺对步骤(1)中得到的带引线热敏陶瓷芯片进行玻封，具体为：先将NTC热敏陶瓷芯片装入玻壳中,再在真空炉中于620℃保温20min进行高温封装；然后将其置于步骤(3)中得到的表面防腐处理SUS304不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳内表面置设有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置；之后向SUS304不锈钢保护壳内灌封环氧树脂(其中，双酚A类环氧树脂含量为50％、胺类固化剂用量为环氧树脂量的30％)；灌封完成后，再在SUS304不锈钢保护壳的端口处加封环氧树脂封装层，即得适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。

实施例7

(1)NTC热敏陶瓷芯片制备：

根据NTC热敏陶瓷芯片的尺寸要求，采用高精度划片机(型号：和研科技SD610)先将LaCr_0.5Mn_0.5O₃-NiMn₂O₄复合NTC热敏陶瓷切片成厚度为0.10mm的薄片；再将银电极浆料通过丝网印刷到NTC热敏陶瓷薄片的上、下表面(面积较大的两个表面，其他表面不设置银电极浆料),于850℃烧渗15min,银电极厚度为10μm,得NTC热敏陶瓷片；

根据NTC热敏陶瓷芯片的边长尺寸要求，通过高精度划片机的金刚石刀具将NTC热敏陶瓷片划切成边长为0.20cm的正方形陶瓷芯片；然后在所述NTC热敏陶瓷芯片的两层银电极层上各焊接一根杜美丝作为引线，并将该引线作为过渡段与三芯传感器线缆相连接，即得带引线NTC热敏陶瓷芯片，备用；

(2)纳米TiO₂涂层溶胶的制备：

以乙醇(EtOH)和钛酸正四丁酯(TBOT)为原料，按醇钛摩尔比n(EtOH)/n(TBOT)＝1.5，在无水条件下将TBOT滴加到EtOH中，边滴加边搅拌，然后再向其中滴加0.5mol/mL的HNO₃溶液，滴加量控制在水醇体积比为1，滴加完毕后搅拌1h，然后置于30℃水浴中陈化24h，得到纳米TiO₂溶胶，备用；

(3)SUS304不锈钢外壳纳米TiO₂涂层制备：

采用浸渍提拉法，以步骤(2)中的纳米TiO₂溶胶为涂层液，在一体化成型的SUS304不锈钢外壳表面上进行拉制成膜，提拉次数为5次,热处理温度为480℃,时间为1.0h，即得表面防腐处理SUS304不锈钢外壳，备用；

(4)NTC热敏陶瓷芯片的封装：

通过石墨模具,采用传统工艺对步骤(1)中得到的带引线热敏陶瓷芯片进行玻封，具体为：先将NTC热敏陶瓷芯片装入玻壳中,再在真空炉中于640℃保温25min进行高温封装；然后将其置于步骤(3)中得到的表面防腐处理SUS304不锈钢外壳内，所述不锈钢外壳内表面置设有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置；之后向SUS304不锈钢保护壳内灌封环氧树脂(其中，双酚A类环氧树脂含量为60％、胺类固化剂用量为环氧树脂量的35％)；灌封完成后，再在SUS304不锈钢保护壳的端口处加封环氧树脂封装层，即得适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。

Claims

1.NTC温度传感器在混凝土温度监测中的应用。

2.一种适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，其特征在于，包括本体和导线；所述本体包括：不锈钢外壳和封装在该外壳内部的NTC热敏陶瓷芯片；所述不锈钢外壳的一端封闭，另一端为开口状，且不锈钢外壳的外表面设置有纳米TiO₂涂层；所述NTC热敏陶瓷芯片的外表面设置有银电极层，银电极层外表面包覆有包封层；所述导线的一端与设置在银电极层上的引线连接，导线的另一端从不锈钢外壳的开口状的一端端口中延伸到不锈钢外壳外部。

3.如权利要求1所述的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，其特征在于，所述封装的材质为环氧树脂或纤维增强树脂筋；优选地，所述包封层为玻封保护层；

优选地，所述NTC热敏陶瓷材料的主要性能参数为：R_25℃＝(10～20kΩ)±2.5％；B_25/85＝(3900～4200K)±2.0％。

4.如权利要求1所述的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，其特征在于，所述不锈钢外壳内表面设置有导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置。

5.如权利要求1所述的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器，其特征在于，所述导线为三芯传感器线缆；

优选地，所述不锈钢外壳的材质为SUS304；

优选地，所述不锈钢外壳呈圆柱状，其直径为(3.00～4.00)±0.10mm，长度为(2.00～3.00)±0.10cm；

优选地，所述NTC热敏陶瓷芯片的长、宽、厚度依次序为：(0.10～0.20cm)×(0.10～0.20cm)×(0.08～0.10mm)。

6.如权利要求2～5任一项所述的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：NTC热敏陶瓷芯片的制备：

将银电极浆料印刷到划片后得到的NTC热敏陶瓷片的上下表面,烧渗并划片后得到表面覆盖有银电极层的NTC热敏陶瓷芯片；

将上述的带导线的NTC热敏陶瓷芯片进行包封，即得，备用；

S2：纳米TiO₂涂层溶胶的制备：在无水条件下将钛酸正四丁酯滴加到乙醇中，边滴加边搅拌，然后再向其中滴加硝酸溶液，滴加完毕后搅拌，然后置于水浴中陈化，得到纳米TiO₂溶胶，备用；

S3：不锈钢外壳的制备：以步骤S2中的纳米TiO₂溶胶为涂层液，采用浸渍提拉法在不锈钢外壳的外表面上进行拉制成膜，完成后进行热处理，即可得外表面上均匀覆有纳米TiO₂的不锈钢外壳；

S4：NTC热敏陶瓷芯片的封装：将步骤S1包封后的NTC热敏陶瓷芯片置于步骤S3最终得到的不锈钢外壳内，然后对不锈钢保护壳的内部空间进行灌封，从而使各部件形成有机整体，即得适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述烧渗条件为：在800～950℃之间烧渗10～20min,优选地，所述银电极厚度为10～15μm；

优选地，步骤S1中，所述玻封的方法为：先将NTC热敏陶瓷芯片装入玻壳中,再在真空炉中于600～650℃保温10～30min进行高温封装；

优选地，所述步骤S1、S2、S3的执行顺序还能够为S2、S3、S1。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述乙醇和钛酸正四丁酯的摩尔比依次序为：(0.5～2.5)：1；

优选地，步骤S2中，所述硝酸溶液的浓度为：0.1～0.5mol/mL；

优选地，步骤S2中，所述硝酸溶液的滴加量控制在水：醇体积比为0.5～1.5；

优选地，步骤S2中，所述水浴温度不高于30℃，优选为20～30℃；

步骤S3中，所述提拉次数为3～5次；

优选地，步骤S3中，所述热处理温度为400～500℃,时间为1～2h。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述灌封用的材质为环氧树脂或纤维增强树脂筋；

进一步优选地，灌封完成后在不锈钢保护壳的开口处加封环氧树脂封装层；

优选地，步骤S4中，所述环氧树脂的主要成分为双酚A类环氧树脂，其含量为40～60％；在灌封前还包括向其中加入固化剂的步骤，固化剂为胺类固化剂，加入量为环氧树脂质量的20～40％，二者需混合均匀；

优选地，步骤S4中，在所述不锈钢外壳内表面设置导热硅脂密封层,且导热硅脂密封层位于NTC热敏陶瓷芯片所在的位置。

10.如权利要求2～5任一项所述的适用于混凝土温度监测的NTC温度传感器和/或如权利要求6～9任一项所述的制备方法在混凝土温度监测、控制领域中的应用。