CN203519544U - 一种电容液气两相流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电容液气两相流传感器，包括基底管、安装在基底管外部的阵列电极，所述阵列电极包括一个检测电极组和检测电极组两侧的保护电极组，所述检测电极组是由多个间隔设置的薄膜检测电极绕基底管同一圆周的外表面一周构成，所述保护电极组是由多个间隔设置的薄膜保护电极绕基底管同一圆周的外表面一周构成。本实用新型采用成熟的工艺技术和材料，在衬底表面制备了一组薄膜电极，在进行液气两相流检测过程中，电极附着性比采用铜箔粘贴的方式要好的多，可靠性增强；本实用新型采用微加工技术，加工形成电极形状的掩膜管，可实现电极形状的一致性，减小了手工粘贴带来的误差。

Description

一种电容液气两相流传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电容液气两相流传感器。 

背景技术

液气两相流传感器（liquid-gas two phase fluid sensor）主要用来检测气相在液气两相流中所占质量或体积比，在火箭、飞机、航空器、空间站等装备中具有广泛的应用。近年来，随着我国“神舟”系列飞船发射任务以及“嫦娥”探月工程的成功开展和飞速发展，载人空间站的研制已列入国家计划，越来越多的空间技术设施（如航天器主动热控系统、动力与能源供应系统、流体管理系统及航天员生命保障系统等）中存在液气两相流现象。譬如：火箭、导弹等采用液氢为燃料，监测液氢中的气态氢；检测液氮中的少量N₂；监测空间站电解制氧系统的液态H₂O中氧气/氢气含量等。 

国内外从事相关流量测量技术的科研工作者经过多年的研究和试验，迄今为止，已研制成功了几种用于两相流随机流动噪声信号的传感器。如超声波传感器、光纤式传感器、电动力学式传感器、电容式传感器等。但在采用超声波传感器时，因为驻波而引起的测量系统的不稳定性，在采用光学式传感器时存在透光率的问题等。 

由于电容传感器结构简单，可以实现非接触测量以及实时性好等特点，尤其适合微小管道气液两相流的检测。 

现有技术中并没有结合电容传感器和液气两相流传感器优势的电容液气两相流传感器相关记载。 

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种电容液气两相流传感器，可以实现对微小管道液气两相流含气率的测量，结构简单可靠，安装方便，可靠性强，具有良好的抗环境干扰能力及高精度水平。 

本实用新型的技术方案为，一种电容液气两相流传感器，包括基底管、安装在基底管外部的阵列电极，所述阵列电极包括一个检测电极组和检测电极组两侧的保护电极组，所述检测电极组是由多个间隔设置的薄膜检测电极绕基底管同一圆周的外表面一周构成，所述保护电极组是由多个间隔设置的薄膜保护电极绕基底管同一圆周的外表面一周构成。 

保护电极是为了减小或消除杂散电容的影响。 

所述基底管外壁贴装过渡层，所述阵列电极安装在过渡层外表面。 

所述薄膜检测电极和薄膜保护电极的中心分别设有引线焊盘，用于设置信号引出导线。 

所述检测电极组两侧各设有一个保护电极组，所述检测电极组和保护电极组平行设置。 

所述检测电极组包括8个薄膜检测电极，所述每个保护电极组包括8个薄膜保护电极，薄膜检测电极和薄膜保护电极一一对应，且同一排的薄膜检测电极和薄膜保护电极在一条直线上。 

所述基底管为有机玻璃管，直径为24mm～28mm；所述过渡层的材料为Ta，厚度为0.05μm～0.1μm；所述薄膜检测电极的材料为Cu，所述薄膜保护电极的材料为Cu，厚度均为0.4μm～0.5μm。 

本发明所述电容液气两相流传感器的制作包括如下步骤： 

 1) 清洗基片：

a.戴好一次性手套或橡胶手套,用去离子水擦洗管内外表面；

b.将有机玻璃管完全浸润去离子水中，超声波清洗机振动10min；

c.同上浸润在酒精中，振动10min；

d.同上浸润在去离子水中，振动10min，完成后取出。

2）烘干： 

a. 检查设备、供电正常后将烘箱内清理干净烘箱，烘干温度控制为70℃±10℃；

b. 将有机玻璃管推进烘箱，关闭烘箱门，开启电源，仪表盘上绿色指标灯亮；

c.打开加热开关，开始加热，当温度达设定温度时，烘箱进入保温状态；

d.保温20分钟后断开加热开关，自然降温至50℃以下后，取出烘干管；

3）将经过微细机械加工技术的掩膜套管镶嵌在管外壁上，其中，掩膜管材料为聚四氟乙烯，其内径略大于衬底外径，壁厚为1~2mm，使其刚好能套在玻璃管壁，形成掩膜。

4）装管： 

a.打开真空室，将有机玻璃管两端固定安装在夹具上。装管时，预先戴好干净的一次性手套，外层再戴上干净细纱手套，戴好之后不许触摸其他物品，如门、车把、桌椅等。

b.玻璃管固定好之后，拿塑料塞子将管口堵住，以免有机玻璃管内壁被污染，然后观察管子的自转状态，确定玻璃管无碰撞后，把旋转电压调零，关闭镀室门。 

5）根据设计参数依次在管子外表面淀积过渡层薄膜Ta和阵列电极薄膜Cu； 

6）出管：

手握已镀膜管两端竖直往上提，使管口脱离转架轴，将镀膜管移出镀室，采用刀具剪下掩膜套管，防止损坏薄膜电极。

在测量过程中，通过信号采集装置对薄膜电极的输出信号进行实时采集，8个检测电极两两配对，得到28个电容值，采用数学分析模型，获得薄膜电极的输出信号与电容之间的关系，实现管道内部液气两相含气率的测量。这样，本发明的液气两相流传感器薄膜阵列电极减小了以往测量中主要存在的杂散电容的影响，实现了微小管道液气两相流含气率高精度的实时测量。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

1）本实用新型采用成熟的工艺技术和材料，在衬底表面制备了一组薄膜电极，在进行液气两相流检测过程中，电极附着性比采用铜箔粘贴的方式要好的多，可靠性增强；

2）本实用新型采用微加工技术，加工形成电极形状的掩膜管，可实现电极形状的一致性，减小了手工粘贴带来的误差；

3）本实用新型采用溅射淀积技术、掩膜技术、焊接技术等微机械加工技术，有利于提高加工工艺的一致性和传感器工作的可靠性水平，并可实现液气两相流传感器薄膜阵列电极的批量生产，有效降低制造成本。

附图说明

图1为本实用新型所述传感器的主视图； 

图2为图1的侧视图。

具体实施方式

    如图1所示，一种电容液气两相流传感器，包括基底管1、安装在基底管1外部的阵列电极，阵列电极包括一个检测电极组和检测电极组两侧的保护电极组，检测电极组两侧各设有一个保护电极组，检测电极组和保护电极组平行设置；检测电极组是由8个间隔设置的薄膜检测电极3绕基底管1同一圆周的外表面一周构成，保护电极组是由8个间隔设置的薄膜保护电极4绕基底管1同一圆周的外表面一周构成。薄膜检测电极3和薄膜保护电极4的中心分别设有引线焊盘5。 

如图2所示，基底管外壁贴装过渡层2，所述阵列电极安装在过渡层2外表面； 

基底管1为有机玻璃管，直径为24mm～28mm；过渡层2的材料为Ta，厚度为0.05μm～0.1μm；薄膜检测电极3的材料为Cu，薄膜保护电极4的材料为Cu，厚度均为0.4μm～0.5μm。 

Claims (10)

1.一种电容液气两相流传感器，包括基底管（1）、安装在基底管（1）外部的阵列电极，其特征是，所述阵列电极包括一个检测电极组和检测电极组两侧的保护电极组，所述检测电极组是由多个间隔设置的薄膜检测电极（3）绕基底管（1）同一圆周的外表面一周构成，所述保护电极组是由多个间隔设置的薄膜保护电极（4）绕基底管（1）同一圆周的外表面一周构成。

2.根据权利要求1所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述基底管外壁贴装过渡层（2），所述阵列电极安装在过渡层（2）外表面。

3.根据权利要求1所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述薄膜检测电极（3）和薄膜保护电极（4）的中心分别设有引线焊盘（5）。

4.根据权利要求1所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述检测电极组两侧各设有一个保护电极组。

5.根据权利要求1所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述检测电极组和保护电极组平行设置。

6.根据权利要求1-5之一所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述检测电极组包括8个薄膜检测电极（3），所述每个保护电极组包括8个薄膜保护电极（4）。

7.根据权利要求1-5之一所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述基底管（1）为有机玻璃管。

8.根据权利要求2所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述过渡层（2）的材料为Ta。

9.根据权利要求1-5之一所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述薄膜检测电极（3）的材料为Cu。

10.根据权利要求1-5之一所述电容液气两相流传感器，其特征是，所述薄膜保护电极（4）的材料为Cu。

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