[发明专利]大气环境污染物腐蚀监测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种大气环境污染物腐蚀监测传感器，尤指一种通过测量不同截面积的消耗金属薄膜线断路引起被测物理量变化来评价空气中污染物或环境腐蚀性的腐蚀等级的方法，属于传感器技术领域。

背景技术

大气中的污染物或生物化学作用会影响环境中处于正常操作运行状态或者储运状态的设施和设备，例如：工业过程检测和控制设备、重要的基础设施等。因此，《ANSI ISA-S71.04 过程检测和控制系统的环境条件——大气污染物》标准对大气环境中的污染物进行分类和分级。标准中对污染物在环境中的常态划分为大气液态污染物、大气固态污染物、大气气态污染物、和生物影响几类。各种污染物有按溶度高低或者对某种金属侵蚀速率高低又划分不同等级。

因此，既可以采用特定的仪器测量大气中污染物的溶度高低来评价环境中污染物的等级，也可以通过测量某些金属在大气环境中的腐蚀速率来评价大气环境的腐蚀性等级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大气环境的污染物评价或腐蚀性评价监测传感器，根据所测物理量（电容或电阻）发生阶梯变化的时间与设计消耗金属薄膜线的裕量关系可以对测试的大气环境污染物程度进行自动等级划分。

本发明是通过以下措施来实现的：

一种大气环境污染物腐蚀监测传感器，包含：

消耗金属薄膜线,为n条平行的不同截面积的金属薄膜导线，可在外界腐蚀作用下腐蚀消耗而断开;n为大于1的自然数；

受测元件，为n个分别与消耗金属薄膜线一一串联的电子元件，用于测量消耗金属薄膜线腐蚀断开后的物理量；所述的受测元件是电容或电阻；

基板，为绝缘的玻璃、陶瓷或树脂基板，消耗金属薄膜线和内部导线制作在基板上，内部导线用封装树脂绝缘，n个受测元件相并联后，通过测试引线[11]导出。

上述本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，优选的，所述的n条消耗金属薄膜线的载流截面积依次增大，所述的n为3~6条。

上述本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，优选的，所述的消耗金属薄膜线采用高纯铜、银、锌、铝或铁金属制备成不同载流截面积的平行薄膜导线，消耗金属薄膜线的两端引线部分用绝缘树脂填充封装；消耗金属薄膜线膜厚范围为200 ?~50μm，线宽范围为0.1mm~10mm，工作区域的长度范围为1~100mm。

上述本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，优选的，所述的电阻采用表面贴片安装的电阻，电阻值为100Ω~100kΩ；所述的电容采用表面贴片安装的多层陶瓷电容，电容值为100pF~1μF，电容容差为10%。

本发明的大气环境污染物腐蚀监测传感器，所用的消耗金属薄膜线是采用物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶液电沉积法或溶液沉积法将金属膜层沉积于耐候绝缘的基板上。

根据测试环境需要，消耗金属薄膜线[14]采用高纯的铜、银、锌、铝、铁等中的任意一种金属制成n条平行的不同截面积（不同线宽和不同膜厚）的薄膜导线（附图1为5条平行线的结构——外加一线测量引线）。铜、银用于环境洁净度要求高的场所，而锌、铝、铁可用于洁净度要求较低的场所。可以采用真空蒸发（如铜、银、铝等材料），或溅射沉积（如铁、锌等材料），等物理方法制备；也可采用化学电沉积等方法制备。为获得不同腐蚀裕量的薄膜探针的结果的可靠性，探针[14]的各线平行消耗金属薄膜线采用不同膜厚和不同宽度方式设计。其中，探针膜厚范围为200?~50μm，各线的线宽范围为0.1mm~10mm，薄膜探针的工作区域的L取1~100mm。薄膜探针的两端引线部分用绝缘树脂填充封装，防止环境侵蚀。由于n条平行的消耗金属薄膜线的载流截面积依次增大——腐蚀裕量不同，各条金属薄膜线在大气环境中完全腐蚀断路的周期也不同。

每条消耗金属薄膜线与一个受检元件[16]（陶瓷电容或电阻）串联。受检元件也采用绝缘树脂填充封装，防止环境侵蚀。在测试环境中，某条金属薄膜线由于外界腐蚀作用消耗完金属后断路，所串联的受检元件[16]（陶瓷电容或电阻）则与外部测试电路断路。外部测试电路对传感器的测量参数进行周期性测量，依据金属薄膜线断路引起的测试物理量变化的时间，即可检测到金属薄膜线消耗时间与腐蚀裕量的关系，并根据依据这个关系，定义大气污染物的等级。

（一）电容测量——在环境中经过t_i时间后，第1、2、…、i线的消耗金属薄膜线腐蚀断路，第（i+1）至第n线消耗金属薄膜线依然处于通路状态。忽略导线的电容，则系统此时检测的电容为：