一種單片式平面電極電導率傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水質檢測技術領域。
【背景技術】
[0002] 電導率是材料的基本屬性。電導率傳感器技術是一個非常重要的工程技術研宄領 域，用于對液體或者氣體的電導率進行檢測。根據檢測原理的不同，電導率傳感器主要分為 電極型和感應型電導率傳感器兩類。電極型電導率傳感器采用電阻測量法對電導率實現 測量，為了提高測量精度和降低電極極化作用的影響，一般采用多電極體系，并且對電極材 料有很高的要求，同時這種單參量的測量方法，使得檢測的可靠性和魯棒性受到一定的限 制。感應型電導率傳感器采用電磁場原理，在傳感器探頭內部包括發射線圈和接收線圈兩 部分，發射線圈上施加正弦激勵可以產生交變磁場，接收線圈上會產生感應電流，根據感應 電流與介質電導率的線性關系來確定電導率值。為了保證測量的精確性，激勵線圈與感應 線圈需要嚴格在一個軸線上，線圈之間要緊密排列且保證良好屏蔽，同時電極導流孔內的 介質應保持流動以保證測量的實時性。因此，電感型電導率傳感器也屬于單參量測量方法， 可靠性和魯棒性受到限制，同時存在裝配難度大，成本較高，維護不便的缺點。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是克服現有技術的不足，提出一種基于交流阻抗技術新型的單片式 平面電極電導率傳感器。
[0004] 本發明所述的單片式平面電極電導率傳感器，由基板（1)、矩形螺旋線圈電極 (2)、矩形叉指電極（3)、過孔（4)、背面引線（5)、絕緣區（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 針方向由內而外螺旋延伸，連接到饋電接口（7)，并將矩形叉指電極（3)包裹在內。過孔（4) 位于矩形叉指電極（3)的右下角端口，在基板（1)背面過孔（4)通過背面引線（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（6)位于基板（1)下端正反兩面的引線區。
[0006] 所述的基板（1)，采用陶瓷材料或者熱固性樹脂做基底，涂覆在基底增強材料，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，兩個相鄰叉指間的間隔為2mm，叉指 長度為18_，叉指對數為6對。
[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，螺旋周數為3 周。矩形螺旋線圈電極（2)逆時針方向由內而外螺旋延伸終點延長30mm，以饋電接口（7) 結束。
[0009] 所述的過孔（4)中覆銅，為了保證引線的絕緣性，在基板正反面引線區域涂覆厚 度約為0. l-o. 3mm絕緣膠，即為絕緣區（6)。
[0010] 所述的矩形螺旋線圈電極（2)和矩形叉指電極（3)均為雙層金屬結構，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] 本發明單片式平面電極電導率傳感器的制備方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :使用電路設計自動化軟件，按照單片式平面電極電導率傳感器電極結構 參數，繪制印刷電路板文件，并做成底片。
[0013] 步驟2 :選擇以熱固性樹脂或者陶瓷材料為基底，涂覆在基底增強材料，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。對孔壁及板面上覆上新的銅層。通過磨刷去除銅面 上的污染物，增加銅面粗糙度。
[0015] 步驟4 :將處理過的基板銅面透過熱壓方式貼上抗蝕干膜，蓋上底片。經光線照射 作用將原始底片上的圖像轉移到感光底板上，白色透光部分發生光聚合反應，黑色部分則 不透光，不發生反應，用堿液作用將為發生化學反應的干膜部分沖洗掉。
[0016] 步驟5 :利用蝕刻藥液（CuCl2)將顯影后露出的銅蝕掉，形成內層線路圖形。利用 強堿（NaOH)將保護銅面的抗蝕層剝掉，露出線路圖形。
[0017] 步驟6 :檢驗清洗后在銅表面噴涂一層30 μ m左右的錫。
[0018] 步驟7 :對非電極部分蓋上綠油，其余部分露出雙層導電金屬。
[0019] 步驟8 :在基板正反面引線區域涂覆厚度約為0. 1-0. 3mm絕緣膠。
[0020] 本發明具有小型化，工藝簡單，低成本，可靠性好等優點，適合工業化生產。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的俯視圖。
[0022] 圖2為本發明的主視圖。
[0023] 圖3為本發明的左視圖。
[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為過孔；5為背面引 線；6為絕緣區；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 過孔內導電層銅。
[0025] 圖4為本發明測試電路示意圖。其中Vg(t)為正弦信號發生器輸出的電壓激勵信 號；Rg為正弦信號發生器內阻；Rs為串聯的電阻，阻值IkD J1 (t)為饋電接口 8處響應信 號；V2⑴為饋電接口 7處響應信號。
【具體實施方式】
[0026] 以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述。
[0027] 一種單片式平面電極電導率傳感器（如附圖1所示），其特點在于由雙面剛性印 刷覆銅板制成，包括基板材料，基板上印刷雙層矩形叉指結構和矩形螺旋線圈結構串聯金 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。在實際測試 中，將平面電極電導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， 正弦信號發生器輸出峰峰值為lv，頻率為IOKhz的正弦波電壓激勵信號。將傳感器投入待 測水體中（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處可分別測得輸出響應信號V1U)和V2(t)。具體計算方法為：
[0028]
[0029] 其中，〇為電導率數值，單位為s/m，k為比例系數，Rs為串聯的電阻，阻值IkQ。
[0030] 其制備方法作如下描述：
[0031] 第一步：使用電路設計自動化軟件，按照單片式平面電極電導率傳感器電極結構 參數，繪制印刷電路板文件，并做成底片。
[0032] 第二步：選擇以熱固性樹脂或者陶瓷材料為基底，涂覆在基底增強材料，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。對孔壁及板面上覆上新的銅層。通過磨刷去除銅面 上的污染物，增加銅面粗糙度。
[0034] 第四步：將處理過的基板銅面透過熱壓方式貼上抗蝕干膜，蓋上底片。經光線照射 作用將原始底片上的圖像轉移到感光底板上，白色透光部分發生光聚合反應，黑色部分則 不透光，不發生反應，用堿液作用將為發生化學反應的干膜部分沖洗掉。
[0035] 第五步：利用蝕刻藥液（CuCl2)將顯影后露出的銅蝕掉，形成內層線路圖形。利用 強堿（NaOH)將保護銅面的抗蝕層剝掉，露出線路圖形。
[0036] 第六步：檢驗清洗后在銅表面噴涂一層30 μ m左右的錫。
[0037] 第七步：對未焊接部分蓋上綠油，其余部分露出雙層導電金屬。
[0038] 第八步：在基板正反面引線區域涂覆厚度約為0. 1-0. 3mm絕緣膠。
【主權項】
1. 一種單片式平面電極電導率傳感器，其特征是由基板（I)、矩形螺旋線圈電極（2)、 矩形叉指電極（3)、過孔（4)、背面引線（5)、絕緣區（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，逆時針方向由內而外螺旋延伸，連接到饋電接口⑵，并將矩形 叉指電極⑶包裹在內；過孔⑷位于矩形叉指電極⑶的右下角端口，在基板⑴背面過 孔⑷通過背面引線（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（6)位于基板（1)下端正反兩面的引線區。2. 權利要求1所述的單片式平面電極電導率傳感器，其特征是所述的基板（1)采用陶 瓷材料或者熱固性樹脂做基底，涂覆在基底增強材料，比如紙、布或者玻璃布上，烤干后壓 制成型。3. 權利要求1所述的單片式平面電極電導率傳感器，其特征是所述的矩形叉指電極 ⑶的電極的寬度為1mm，兩個相鄰叉指間的間隔為2mm，叉指長度為18mm，叉指對數為6 對。4. 權利要求1所述的單片式平面電極電導率傳感器，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，螺旋周數為3周；矩形螺旋線圈電極（2)逆時 針方向由內而外螺旋延伸終點延長30_，以饋電接口（7)結束。5. 權利要求1所述的單片式平面電極電導率傳感器，其特征是所述的過孔（4)中覆銅， 在基板正反兩面的絕緣區（6)涂覆厚度為0. 1-0. 3_絕緣膠。6. 權利要求1所述的單片式平面電極電導率傳感器，其特征是所述的矩形螺旋線圈電 極（2)和矩形叉指電極（3)均為雙層金屬結構，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率傳感器，由基板、矩形螺旋線圈電極、矩形叉指電極、過孔、背面引線、絕緣區、饋電接口、背面饋電接口、表層金屬層、底層金屬層構成；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，逆時針方向由內而外螺旋延伸，連接到饋電接口，并將矩形叉指電極包裹在內；過孔位于矩形叉指電極的右下角端口，在基板背面過孔通過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；絕緣區位于基板下端正反兩面的引線區。本發明具有小型化，工藝簡單，低成本，可靠性好等優點，適合工業化生產。
【IPC分類】G01R27/22
【公開號】CN104914316
【申請號】CN201510246593
【發明人】王玉皞, 周軍樂, 王曉磊, 劉是梟
【申請人】南昌大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月15日