PL124583B2 - Method of manufacture of electric sensor for measurement of humidity - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elektrycznego czujnika do pomiaru wilgotnosci.Jednym ze sposobów pomiaru wilgotnosci osrodka jest zastosowanie czujników, za pomoca których informacja o wilgotnosci zamieniana jest na sygnal elektryczny. Przede wszystkim stoso¬ wane sa czujniki z chlorku litu (LiCl), które za pomoca odpowiedniego srodka wiazacego nano¬ szone sa na podloze, ponadto czujniki, w których sproszkowany wegiel pierwiastkowy za pomoca odpowiedniego srodka wiazacego nanoszony jest na podloze oraz czujniki wytwarzane w oparciu o tlenek glinu (AI2O3).Czujniki z chlorkiem litu i sproszkowanym weglem reaguja na wilgotnosc zmiana objetosci warstwy. Wadami ich sa dlugie czasy odpowiedzi na zmiany wilgotnosci, niestabilnosc ich krzy¬ wych kalibracji i duza zaleznosc od temperatury.Korzystniejsze wlasnosci posiada czujnik na bazie porowatego tlenku glinu (AI2O3), w którym zachodzi zmiana parametrów elektrycznych spowodowane adsorbcja wody w powierzchni porów.W tym przypadku zachodza zjawiska powierzchniowe, a nie objetosciowe i czas odpowiedzi czujnika takiego jest znacznie krótszy. Dlugookresowo osiagalna stabilnosc kalibracji i zmieniana rezystancja tych czujników jest jednak zalezna od technologii wytwarzania warstwy porowatej z tlenku glinu (AI2O3) i jej sztucznego starzenia. Najlepsze wyniki osiagnieto obecnie z czujnikami, otrzymanymi metoda Stover'a, w których warstwa tlenku glinu (AI2O3) wytwarzana jest na czystym, polerowanym aluminium za pomoca utleniania anodowego pradem zmiennym ogestosci okolo 12 mA/cm3 w elektrolicie zawierajacym 50% kwasu siarkowego (H2SO4) w temperaturze 33° w ciagu 25 minut. Tak powstala warstwa bezposrednio po przemyciu woda destylowana podda¬ wana jest sztucznemu starzeniu tzw. zabezpieczeniu, zachodzacym we wrzacej, redestylowanej wodzie w okresie 30 minut, a na powierzchni górnej w odpowiedni sposób, np. przez prózniowe napylanie naniesiona zostaje pólprzepuszczalna górna elektroda.Wada tak otrzymanego czujnika jest oddzialywanie odsorbowanej wody na tlenek glinu (AI2O3) podczas pracy, co powoduje jego postepujace uwodornienie, przy czym w porach tworzy sie monohydrat glinu tzw. Bhmit, co prowadzi do nieodwracalnych zmian struktury czujnika ijego wlasnosci. Cechy te moga byc ograniczone przezpasywowanie elektrycznego czujnika wilgotnosci.2 124 583 Pasywowanie polega na sieciowaniu porowatej powierzchni tlenku glinu (AI2O3) w wodnym roztworze 0,01 do 2 molowym odpowiedniego czynnika np. kwasnego fosforanu sodowego, lub kwasu krzemowego w temperaturze 35 do 100°C, podczas 10 do 60 minut.Zadaniem sposobu wytwarzania czujnika wilgotnosci wedlug wynalazku z porowata warstwa na bazie tlenku glinu otrzymana przez utlenianie w elektrolicie, sztuczne starzenie i pasywowanie, jest osiagniecie dalszej poprawy dlugoterminowej stabilnosci krzywej kalibracji.Zadanie to zostalo rozwiazane wedlug wynalazku w ten sposób, ze porowata warstwa tlenku glinu zostaje po pasywowaniu temperowana w srodowisku chemicznie obojetnym w temperaturze 70 do 110°C.Korzystnie porowata warstwa tlenku glinu jest temperowana w parze wodnej pod cisnieniem nizszym, niz wynosi preznosc pary wodnej w temperaturze temperowania.Zaleta sposobu wytwarzania czujnika wedlug wynalazku jest fakt znacznie lepszej dlugotrwa¬ lej stabilnosci krzywej kalibracji czujnika. Poprawe stabilnosci krzywej kalibracji przedstawia rysunek, na którym, fig. 1 przedstawia wplyw temperowania na stabilnosc kalibracji czujnika wytworzonego wedlug metody Stover'a, lacznie z zabezpieczeniem, fig. 2 przedstawia wplyw temperowania na stabilnosc tego samego czujnika, który byl ponadto pasywowany w 0,1- molowym roztworze NaH2P04-2H20 w temperaturze 90°C przez 10 minut.Krzywa kalibracji 1 z fig. la przedstawia przebieg amplitudy sygnalu czujnika w zaleznosci od krzywej wilgotnosci — punkty rosy dla czujnika wykonanego metoda Stover'a, krzywa kalibracji 2 z fig. la przedstawia te sama zaleznosc tego samego czujnika zmierzona po pieciu miesiacach.Krzywa kalibracji 3 na fig. Jb i 5 na fig. lc przedstawiaja przebieg amplitudy sygnalu czujnika w zaleznosci od punktu rosy czujnika wykonanego metoda Stover'a obrobionego wedlug wynalazku przez temperowanie przy 90°C w prózni, czy w parze wodnej przy cisnieniu 6,5 • 104Pa. Krzywe kalibracji 4 na fig. Ib czy 6 na fig. lc przestawiaja te sama zaleznosc dla tego czujnika, zmierzona po pieciu miesiacach.Krzywa kalibracji 7 na fig. 2a przedstawia przebieg wielkosci sygnalu czujnika w zaleznosci od wilgotnosci — punktu rosy dla czujnika wykonanego metoda Stover'a, który pasywowany byl bez nastepnego temperowania w roztworze NaH2P04 • 2H2O. Krzywa kalibracja 8 na fig. 2a przedsta¬ wia te sama zaleznosc tego samego czujnika zmierzona po pieciu miesiacach. Krzywe kalibracji 9 na fig. 2b, czy 11 na fig. 2c przedstawiaja przebieg amplitudy sygnalu czujnika wykonanego metoda Stover'a, pasywowanego w roztworze NaFhPO^FhO i obrabianego przez temperowanie przy temperaturze 90°C w prózni, czy w parze wodnej przy cisnieniu 6,4-104Pa. Krzywe kalibracji 10 na fig. 2b, czy 12 na fig. 2c przedstawiaja te sama zaleznosc tego samego czujnika zmierzona po pieciu miesiacach.Wymienione efekty i zalety wynalazku, oparte sa na fakcie szybszej rekonstrukcjipowierzchni aktywnej warstwy czujnika przy temperowaniu. W normalnych warunkach nastepuje bardzo powolne ksztaltowanie powierzchni tlenku glinu, czego wynikiem sa dlugotrwale male zmiany czulosci, tzw. dryft krzywej kalibracji. Przy zastosowaniu sposobu obróbki czujnika wedlug wynalazku osiagnieta zostaje warstwa aktywna, o szczególnie stabilnej powierzchni, przez co znacznie ograniczony zostaje dryft krzywej kalibracji.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elektrycznego czujnika do pomiaru wilgotnosci z warstwa porowata na bazie tlenku glinu, utworzona przez utlenianie w elektrolicie, sztuczne starzenie i pasywowanie, znamienny tym, ze po pasywowaniu porowata warstwe tlenku glinu poddaje sie temperowaniu w srodowisku chemicznie obojetnym w temperaturze 70 do 110°C. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze porowata warstwe tlenku glinu temperuje sie w parze wodnej pod cisnieniem nizszym, niz wynosi preznosc pary wodnej w temperaturze temperowania.124 583124 583 h«5 U & Ci n i < —r- o o es* O —r «M U£ ci Ci CM I Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elektrycznego czujnika do pomiaru wilgotnosci z warstwa porowata na bazie tlenku glinu, utworzona przez utlenianie w elektrolicie, sztuczne starzenie i pasywowanie, znamienny tym, ze po pasywowaniu porowata warstwe tlenku glinu poddaje sie temperowaniu w srodowisku chemicznie obojetnym w temperaturze 70 do 110°C.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze porowata warstwe tlenku glinu temperuje sie w parze wodnej pod cisnieniem nizszym, niz wynosi preznosc pary wodnej w temperaturze temperowania.124 583124 583 h«5 U & Ci n i < —r- o o es* O —r «M U£ ci Ci CM I Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz. Cena 100 zl PL