Способ изготовления влагочувствительных элементов
METHOD OF MANUFACTURING MOISTURE-SENSITIVE ELEMENTS

Способ относится к измерительной технике и используется в датчиках влажности атмосферного воздуха.
Известен способ изготовления влагочувствительных элементов (патент US №3250114, публ. 10.05 1966 г., в котором порошкообразный слой адсорбента в виде молекулярных сит и толщиной от 0,5 до 15 мкм равномерно наносят на тепловой чувствительный элемент с помощью клея.
Недостаток аналога заключается в том, что для каждого последующего измерения влажности необходимо нагревать адсорбент.
Известен также способ изготовления влагочувствительных элементов (патент RU №2564700, МПК G01W 1/11, дата приоритета 17.07.2014 г., опубликовано 10.10.2015 г., бюл. №28.), выбранный за прототип и заключающийся в том, что том, что
- непрерывно протягивают гибкую диэлектрическую пленку с равномерно нанесенным слоем желатина со скоростью протяжки (10±0.5) мм/мин;
- погружают упомянутую пленку в пропиточный раствор с температурой (15±3)°С для пропитки слоя желатина с глубиной погружения пленки в пропиточный раствор (1.53±0.2) мм, причем пропиточный раствор представляет собой смесь раствора хлористого лития и раствора двухромовокислого калия
- сушат упомянутую пленку с пропитанным слоем желатина;
- дубят слой желатина посредством облучения упомянутой пленки источником инфракрасного и/или ультрафиолетового излучения или посредством выдержки упомянутой пленки в комнатных условиях не менее 2 сут. (темновое дубление) в биологическом эксикаторе.
- разрезают упомянутую пленку на отдельные пленочные элементы;
- температура воздуха при пропитке, дублении и резке равна (20±2)°С;
- относительная влажность воздуха при пропитке, дублении и резке составляет (60±7)%.
Недостатком прототипа является низкая надежность, малые долговечность и чувствительность влагочувствительных элементов. Недостатки обусловлены краевыми эффектами, возникающими при резке диэлектрической пленки с нанесенным влагочувствительным слоем на отдельные пленочные элементы. При резке влагочувствительный слой разрушается, и торцы пленочных элементов оказываются незащищенными от влияния вредных внешних воздействий, прежде всего, микроорганизмов, разрушающих слой желатина, прилегающий к поверхности диэлектрической пленки.
Кроме того, слой желатина протягивают через пропиточный раствор на определенной глубине с определенной скоростью. Поэтому молекулы пропиточного раствора, вместе с сорбцией в глубину желатинового слоя, приобретают составляющую движения вдоль поверхности раздела желатина и раствора. Из-за этого сильно пропитывается раствором только поверхностный слой желатина, и последующая операция - дубление получается поверхностным. Влагочувствительный слой получается тоньше, следовательно, может впитывать меньше влаги, чувствительность элемента снижается. Глубинные слои желатина, относительно слабо пропитанные, получаются плохо защищенными от микроорганизмов, и как, уже указано, разрушаются, что приводит к отслоению желатина от диэлектрической пленки.
Технический результат заявленного способа заключается в повышении надежности, долговечности и чувствительности влагочувствительных элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что гибкую диэлектрическую пленку зачищают наждачной бумагой до получения равномерного матового состояния, разрезают гибкую диэлектрическую пленку на отдельные элементы, фиксируют отдельный элемент гладкой поверхностью на горизонтальной поверхности термостола и при температуре термостола (65±5)°С наносят на зачищенную поверхность элемента дозатором 0,125 мл 10%-го раствора желатина с добавлением 0,016 г/мл хлористого лития, сушат элемент при температуре (65±5)°С с нанесенным раствором до полного высыхания раствора в течение 20-30 минут, на высохшую поверхность элемента при температуре термостола 65±5°С наносят дозатором раствор хлористого лития 40 г/л в дозе, зависящей от диапазона измеряемой влажности, сушат элемент на поверхности горизонтального стола при температуре (65±5)°С до полного высыхания раствора в течение 20-30 минут, наносят на высохшую поверхность элемента 0,2 мл раствора бихромата калия 1,5 г/л, сушат элемент на поверхности горизонтального стола при температуре (65±5)°С 40-50 минут, дубят элемент путем выдерживания в емкости с силикагелем, высушенным на воздухе при температуре (120±5)°С, в течение 48-72 часов при комнатной температуре.
Тот же технический результат достигается тем, сопло дозатора перемещают по поверхности предыдущего слоя под прямым углом к указанной поверхности в толще вытекающего раствора.
Тот же технический результат достигается тем, что для диапазона измеряемой влажности 20-80% наносят 0,12 мл раствора хлористого лития 40 г/л, а для диапазона измеряемой влажности 40-90% наносят 0,07 мл раствора хлористого лития 40 г/л.
По сравнению с прототипом изобретение имеет новую совокупность существенных признаков, то есть отвечает критерию новизны.
Сущность изобретения заключается в том, что влагочувствительный элемент формируют послойно, нанося растворы на уже высушенную, предыдущую основу. Растворы наносят дозатором в определенной дозе, перемещая сопло дозатора по всему предыдущему слою под прямым углом к поверхности нанесения слоя. Раствор, под действием сил поверхностного натяжения и силы тяжести, при заданной температуре равномерно растекается по горизонтальной поверхности предыдущего слоя, образуя замкнутую поверхность, ограниченную дозой раствора. Края слоев не разрушаются при разрезании ленты на элементы, как в прототипе, поскольку разрезка происходит до нанесения чувствительного слоя. Тем самым повышается надежность и долговечность чувствительного элемента.
Кроме того, зачистка гибкой диэлектрической пленки до матовой поверхности повышает сцепление молекул раствора желатина с основой, что повышает долговечность слоя. Добавка в раствор желатина 0,016 г/мл хлористого лития защищает желатиновый слой от действия микроорганизмов.
Сорбция растворов хлористого лития 40 г/л и бихромата калия 1,5 г/л в предыдущие подслои происходит при неподвижном положении подслоев в горизонтальной плоскости, поэтому молекулы растворов имеют возможность глубже проникнуть в подслой, дубление получается объемное, вследствие чего повышается чувствительность элемента.
Основа влагочувствительного элемента вырезается на лазерном разделочном координатном станке из гибкой диэлектрической пленки, например, пленки полиэтилентерфталатной ПЭТ-Э, 125X1 ГОСТ24234-80. Пластина нарезается размером 7×68 мм с отверстиями, расположенными по центру по ширине с отступом от края 2,5 мм. Зачистка одной стороны до равномерного матового состояния производится наждачной бумагой Р400 ISO 6344.
Для приготовления 10%-го раствора желатина с добавлением 0,016 г/мл хлористого лития используют желатин пищевой ГОСТ 11293-89, воду дистиллированную ГОСТ 6709-72, литий хлористый 40 г/л. Для приготовления раствора дубления используют калия бихромат технический ГОСТ 2652-78 и воду дистиллированную ГОСТ 6709-72. Растворы наносят на элемент, размещенный на нержавеющем термостоле с цифровым регулятором температуры Магистр Ц20-Т лабораторным дозатором 20-200 мкл.
Материалом для токосъемников является никелевый прокат НП2. Токосъемники вырезаются из ленты ДПРКТ 0,10×60 НА НП2 ГОСТ 2170-73 и монтируются в отверстия на элементе путем обжатия с одновременным плавлением чувствительного слоя при температуре (160-180)°С.
Для проверки характеристик влагочувствительных пленок, разработанных в ООО «Квант», были проведены испытания. Влагочувствительные пленки (диапазон преобразования от 20 до 80%), разработанные в ООО «Квант», устанавливались в преобразователь влажности первичный ДВ2-11 с элементом преобразовательным Б-13.661.84. Преобразователь влажности первичный ДВ2-11 размещался в климатической камере СМ-30/100-120 ТВХ. Одновременно, для сравнения, в климатической камере СМ-30/100-120 ТВХ размещался преобразователь влажности первичный ДВ2-11 с элементом преобразовательным Б-13.661.84 (диапазон преобразования от 20 до 80%), содержащим влагочувствительные пленки из комплекта поставки. Также, в климатическую камеру СМ-30/100-120 ТВХ для точного контроля влажности и температуры устанавливался гигрометр Rotronic НР22-А.
В климатической камере СМ-30/100-120 ТВХ создавалась влажность от 30 до 75%. Поочередно преобразователи влажности подключались к мосту уравновешенному переменного тока показывающему КМ140-501-ОМ4. Испытания проводились при температуре в климатической камере СМ-30/100-120 ТВХ +20°С.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Указанные особенности способа позволяют изготовить чувствительные элементы, надежно работающие во влажной атмосфере в двух диапазона измерения относительной влажности 20-80% и 40-90%.