一種電容液氣兩相流傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電容液氣兩相流傳感器，包括基底管、安裝在基底管外部的陣列電極，所述陣列電極包括一個檢測電極組和檢測電極組兩側(cè)的保護電極組，所述檢測電極組是由多個間隔設(shè)置的薄膜檢測電極繞基底管同一圓周的外表面一周構(gòu)成，所述保護電極組是由多個間隔設(shè)置的薄膜保護電極繞基底管同一圓周的外表面一周構(gòu)成。本實用新型采用成熟的工藝技術(shù)和材料，在襯底表面制備了一組薄膜電極，在進行液氣兩相流檢測過程中，電極附著性比采用銅箔粘貼的方式要好的多，可靠性增強；本實用新型采用微加工技術(shù)，加工形成電極形狀的掩膜管，可實現(xiàn)電極形狀的一致性，減小了手工粘貼帶來的誤差。
【專利說明】一種電容液氣兩相流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電容液氣兩相流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]液氣兩相流傳感器(liquid-gas two phase fluid sensor)主要用來檢測氣相在液氣兩相流中所占質(zhì)量或體積比，在火箭、飛機、航空器、空間站等裝備中具有廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著我國“神舟”系列飛船發(fā)射任務(wù)以及“嫦娥”探月工程的成功開展和飛速發(fā)展，載人空間站的研制已列入國家計劃，越來越多的空間技術(shù)設(shè)施(如航天器主動熱控系統(tǒng)、動力與能源供應(yīng)系統(tǒng)、流體管理系統(tǒng)及航天員生命保障系統(tǒng)等)中存在液氣兩相流現(xiàn)象。譬如:火箭、導(dǎo)彈等采用液氫為燃料，監(jiān)測液氫中的氣態(tài)氫；檢測液氮中的少量N2 ;監(jiān)測空間站電解制氧系統(tǒng)的液態(tài)H2O中氧氣/氫氣含量等。
[0003]國內(nèi)外從事相關(guān)流量測量技術(shù)的科研工作者經(jīng)過多年的研究和試驗，迄今為止，已研制成功了幾種用于兩相流隨機流動噪聲信號的傳感器。如超聲波傳感器、光纖式傳感器、電動力學(xué)式傳感器、電容式傳感器等。但在采用超聲波傳感器時，因為駐波而引起的測量系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，在采用光學(xué)式傳感器時存在透光率的問題等。
[0004]由于電容傳感器結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)非接觸測量以及實時性好等特點，尤其適合微小管道氣液兩相流的檢測。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中并沒有結(jié)合電容傳感器和液氣兩相流傳感器優(yōu)勢的電容液氣兩相流傳感器相關(guān)記載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電容液氣兩相流傳感器，可以實現(xiàn)對微小管道液氣兩相流含氣率的測量，結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便，可靠性強，具有良好的抗環(huán)境干擾能力及高精度水平。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案為，一種電容液氣兩相流傳感器，包括基底管、安裝在基底管外部的陣列電極，所述陣列電極包括一個檢測電極組和檢測電極組兩側(cè)的保護電極組，所述檢測電極組是由多個間隔設(shè)置的薄膜檢測電極繞基底管同一圓周的外表面一周構(gòu)成，所述保護電極組是由多個間隔設(shè)置的薄膜保護電極繞基底管同一圓周的外表面一周構(gòu)成。
[0008]保護電極是為了減小或消除雜散電容的影響。
[0009]所述基底管外壁貼裝過渡層，所述陣列電極安裝在過渡層外表面。
[0010]所述薄膜檢測電極和薄膜保護電極的中心分別設(shè)有引線焊盤，用于設(shè)置信號引出導(dǎo)線。
[0011 ] 所述檢測電極組兩側(cè)各設(shè)有一個保護電極組，所述檢測電極組和保護電極組平行設(shè)置。
[0012]所述檢測電極組包括8個薄膜檢測電極，所述每個保護電極組包括8個薄膜保護電極，薄膜檢測電極和薄膜保護電極一一對應(yīng)，且同一排的薄膜檢測電極和薄膜保護電極在一條直線上。
[0013]所述基底管為有機玻璃管，直徑為24mm?28mm ;所述過渡層的材料為Ta，厚度為
0.05 μ m?0.1 μ m ;所述薄膜檢測電極的材料為Cu,所述薄膜保護電極的材料為Cu,厚度均為 0.4 μ m ?0.5 μ m。
[0014]本發(fā)明所述電容液氣兩相流傳感器的制作包括如下步驟:
[0015]I)清洗基片:
[0016]a.戴好一次性手套或橡膠手套，用去離子水擦洗管內(nèi)外表面；
[0017]b.將有機玻璃管完全浸潤去離子水中，超聲波清洗機振動IOmin ；
[0018]c.同上浸潤在酒精中，振動IOmin ;
[0019]d.同上浸潤在去離子水中，振動lOmin，完成后取出。
[0020]2)烘干:
[0021]a.檢查設(shè)備、供電正常后將烘箱內(nèi)清理干凈烘箱，烘干溫度控制為70°C ±10°C ；
[0022]b.將有機玻璃管推進烘箱，關(guān)閉烘箱門，開啟電源，儀表盤上綠色指標燈亮；
[0023]c.打開加熱開關(guān)，開始加熱，當溫度達設(shè)定溫度時，烘箱進入保溫狀態(tài)；
[0024]d.保溫20分鐘后斷開加熱開關(guān)，自然降溫至50°C以下后，取出烘干管；
[0025]3)將經(jīng)過微細機械加工技術(shù)的掩膜套管鑲嵌在管外壁上，其中，掩膜管材料為聚四氟乙烯，其內(nèi)徑略大于襯底外徑，壁厚為f 2mm，使其剛好能套在玻璃管壁，形成掩膜。
[0026]4)裝管:
[0027]a.打開真空室，將有機玻璃管兩端固定安裝在夾具上。裝管時，預(yù)先戴好干凈的一次性手套，外層再戴上干凈細紗手套，戴好之后不許觸摸其他物品，如門、車把、桌椅等。
[0028]b.玻璃管固定好之后，拿塑料塞子將管口堵住，以免有機玻璃管內(nèi)壁被污染，然后觀察管子的自轉(zhuǎn)狀態(tài)，確定玻璃管無碰撞后，把旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)零，關(guān)閉鍍室門。
[0029]5)根據(jù)設(shè)計參數(shù)依次在管子外表面淀積過渡層薄膜Ta和陣列電極薄膜Cu ；
[0030]6)出管:
[0031]手握已鍍膜管兩端豎直往上提，使管口脫離轉(zhuǎn)架軸，將鍍膜管移出鍍室，采用刀具剪下掩膜套管，防止損壞薄膜電極。
[0032]在測量過程中，通過信號采集裝置對薄膜電極的輸出信號進行實時采集，8個檢測電極兩兩配對，得到28個電容值，采用數(shù)學(xué)分析模型，獲得薄膜電極的輸出信號與電容之間的關(guān)系，實現(xiàn)管道內(nèi)部液氣兩相含氣率的測量。這樣，本發(fā)明的液氣兩相流傳感器薄膜陣列電極減小了以往測量中主要存在的雜散電容的影響，實現(xiàn)了微小管道液氣兩相流含氣率高精度的實時測量。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0034]I)本實用新型采用成熟的工藝技術(shù)和材料，在襯底表面制備了一組薄膜電極，在進行液氣兩相流檢測過程中，電極附著性比采用銅箔粘貼的方式要好的多，可靠性增強；
[0035]2)本實用新型采用微加工技術(shù)，加工形成電極形狀的掩膜管，可實現(xiàn)電極形狀的一致性，減小了手工粘貼帶來的誤差；
[0036]3)本實用新型采用濺射淀積技術(shù)、掩膜技術(shù)、焊接技術(shù)等微機械加工技術(shù)，有利于提高加工工藝的一致性和傳感器工作的可靠性水平，并可實現(xiàn)液氣兩相流傳感器薄膜陣列電極的批量生產(chǎn)，有效降低制造成本?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0037]圖1為本實用新型所述傳感器的主視圖；
[0038]圖2為圖1的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0039]如圖1所示，一種電容液氣兩相流傳感器，包括基底管1、安裝在基底管I外部的陣列電極，陣列電極包括一個檢測電極組和檢測電極組兩側(cè)的保護電極組，檢測電極組兩側(cè)各設(shè)有一個保護電極組，檢測電極組和保護電極組平行設(shè)置；檢測電極組是由8個間隔設(shè)置的薄膜檢測電極3繞基底管I同一圓周的外表面一周構(gòu)成，保護電極組是由8個間隔設(shè)置的薄膜保護電極4繞基底管I同一圓周的外表面一周構(gòu)成。薄膜檢測電極3和薄膜保護電極4的中心分別設(shè)有引線焊盤5。
[0040]如圖2所示，基底管外壁貼裝過渡層2，所述陣列電極安裝在過渡層2外表面；
[0041]基底管I為有機玻璃管，直徑為24mm?28mm;過渡層2的材料為Ta，厚度為
0.05 μ m?0.1 μ m ;薄膜檢測電極3的材料為Cu，薄膜保護電極4的材料為Cu，厚度均為
0.4 μ m ?0.5 μ m0
【權(quán)利要求】
1.一種電容液氣兩相流傳感器，包括基底管(I)、安裝在基底管(I)外部的陣列電極，其特征是，所述陣列電極包括一個檢測電極組和檢測電極組兩側(cè)的保護電極組，所述檢測電極組是由多個間隔設(shè)置的薄膜檢測電極(3)繞基底管(I)同一圓周的外表面一周構(gòu)成，所述保護電極組是由多個間隔設(shè)置的薄膜保護電極(4)繞基底管(I)同一圓周的外表面一周構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述基底管外壁貼裝過渡層(2 )，所述陣列電極安裝在過渡層(2 )外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述薄膜檢測電極(3)和薄膜保護電極(4)的中心分別設(shè)有引線焊盤(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述檢測電極組兩側(cè)各設(shè)有一個保護電極組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述檢測電極組和保護電極組平行設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述檢測電極組包括8個薄膜檢測電極(3)，所述每個保護電極組包括8個薄膜保護電極(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述基底管(I)為有機玻璃管。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述過渡層(2)的材料為Ta。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述薄膜檢測電極(3)的材料為Cu。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述電容液氣兩相流傳感器，其特征是，所述薄膜保護電極(4)的材料為Cu。
【文檔編號】G01N27/22GK203519544SQ201320562360
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】陳偉, 何峰, 顏志紅, 金忠, 王勛志, 白慶星, 易航, 靳建軍 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所