一种单片式平面电极电导率传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水质检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 电导率是材料的基本属性。电导率传感器技术是一个非常重要的工程技术研宄领 域，用于对液体或者气体的电导率进行检测。根据检测原理的不同，电导率传感器主要分为 电极型和感应型电导率传感器两类。电极型电导率传感器采用电阻测量法对电导率实现 测量，为了提高测量精度和降低电极极化作用的影响，一般采用多电极体系，并且对电极材 料有很高的要求，同时这种单参量的测量方法，使得检测的可靠性和鲁棒性受到一定的限 制。感应型电导率传感器采用电磁场原理，在传感器探头内部包括发射线圈和接收线圈两 部分，发射线圈上施加正弦激励可以产生交变磁场，接收线圈上会产生感应电流，根据感应 电流与介质电导率的线性关系来确定电导率值。为了保证测量的精确性，激励线圈与感应 线圈需要严格在一个轴线上，线圈之间要紧密排列且保证良好屏蔽，同时电极导流孔内的 介质应保持流动以保证测量的实时性。因此，电感型电导率传感器也属于单参量测量方法， 可靠性和鲁棒性受到限制，同时存在装配难度大，成本较高，维护不便的缺点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种基于交流阻抗技术新型的单片式 平面电极电导率传感器。
[0004] 本发明所述的单片式平面电极电导率传感器，由基板（1)、矩形螺旋线圈电极 (2)、矩形叉指电极（3)、过孔（4)、背面引线（5)、绝缘区（6)、馈电接口（7)、背面馈电接口 (8)、表层金属层（9)、底层金属层（10)构成。
[0005] 矩形螺旋线圈电极（2)和矩形叉指电极（3)紧密贴附于基板（1)上，矩形叉指电 极（3)在基板（1)中心，矩形螺旋线圈电极（2)从矩形叉指电极（3) -端口朝外引出，逆时 针方向由内而外螺旋延伸，连接到馈电接口（7)，并将矩形叉指电极（3)包裹在内。过孔（4) 位于矩形叉指电极（3)的右下角端口，在基板（1)背面过孔（4)通过背面引线（5)与背面 馈电接口⑶连接，背面引线（5)与矩形螺旋形线圈（2)连接到馈电接口（7)的馈线平行。 绝缘区（6)位于基板（1)下端正反两面的引线区。
[0006] 所述的基板（1)，采用陶瓷材料或者热固性树脂做基底，涂覆在基底增强材料，比 如纸、布或者玻璃布上，烤干后压制成型。
[0007] 所述的矩形叉指电极（3)，电极的宽度为1mm，两个相邻叉指间的间隔为2mm，叉指 长度为18_，叉指对数为6对。
[0008] 所述的矩形螺旋线圈电极（2)螺旋线圈宽度为1mm，螺旋间距为2mm，螺旋周数为3 周。矩形螺旋线圈电极（2)逆时针方向由内而外螺旋延伸终点延长30mm，以馈电接口（7) 结束。
[0009] 所述的过孔（4)中覆铜，为了保证引线的绝缘性，在基板正反面引线区域涂覆厚 度约为0. l-o. 3mm绝缘胶，即为绝缘区（6)。
[0010] 所述的矩形螺旋线圈电极（2)和矩形叉指电极（3)均为双层金属结构，表层金属 层（9)是厚度约为30 μ m的锡，底层金属层（10)厚度约为30 μ m的铜。
[0011] 本发明单片式平面电极电导率传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤1 :使用电路设计自动化软件，按照单片式平面电极电导率传感器电极结构 参数，绘制印刷电路板文件，并做成底片。
[0013] 步骤2 :选择以热固性树脂或者陶瓷材料为基底，涂覆在基底增强材料，比如纸、 布或者玻璃布上，烤干后上下方放置铜箔，浸入层压机中，在高温高压下使材料固化，形成 厚度大致为I. 6mm-2. Omm的覆铜层压板，并裁切成合适尺寸（3cm*7cm)。
[0014] 步骤3:通孔定位后，钻通孔。对孔壁及板面上覆上新的铜层。通过磨刷去除铜面 上的污染物，增加铜面粗糙度。
[0015] 步骤4 :将处理过的基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜，盖上底片。经光线照射 作用将原始底片上的图像转移到感光底板上，白色透光部分发生光聚合反应，黑色部分则 不透光，不发生反应，用碱液作用将为发生化学反应的干膜部分冲洗掉。
[0016] 步骤5 :利用蚀刻药液（CuCl2)将显影后露出的铜蚀掉，形成内层线路图形。利用 强碱（NaOH)将保护铜面的抗蚀层剥掉，露出线路图形。
[0017] 步骤6 :检验清洗后在铜表面喷涂一层30 μ m左右的锡。
[0018] 步骤7 :对非电极部分盖上绿油，其余部分露出双层导电金属。
[0019] 步骤8 :在基板正反面引线区域涂覆厚度约为0. 1-0. 3mm绝缘胶。
[0020] 本发明具有小型化，工艺简单，低成本，可靠性好等优点，适合工业化生产。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的俯视图。
[0022] 图2为本发明的主视图。
[0023] 图3为本发明的左视图。
[0024] 其中，1为基板；2为矩形螺旋线圈电极；3为矩形叉指电极；4为过孔；5为背面引 线；6为绝缘区；7为馈电接口；8为背面馈电接口；9为表层金属层；10为底层金属层；11为 过孔内导电层铜。
[0025] 图4为本发明测试电路示意图。其中Vg(t)为正弦信号发生器输出的电压激励信 号；Rg为正弦信号发生器内阻；Rs为串联的电阻，阻值IkD J1 (t)为馈电接口 8处响应信 号；V2⑴为馈电接口 7处响应信号。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
[0027] 一种单片式平面电极电导率传感器（如附图1所示），其特点在于由双面刚性印 刷覆铜板制成，包括基板材料，基板上印刷双层矩形叉指结构和矩形螺旋线圈结构串联金 属电极，电极底层是厚度约为30 μ m的铜，电极表层喷涂一层30 μ m左右的锡。在实际测试 中，将平面电极电导率传感器的馈电接口 7,8焊上引线，分别接入（附图4)馈电接口 7,8， 正弦信号发生器输出峰峰值为lv，频率为IOKhz的正弦波电压激励信号。将传感器投入待 测水体中（仅仅绝缘涂覆胶以下的矩形叉指和矩形螺旋线圈电极部分入水），从馈电接口 7,8处可分别测得输出响应信号V1U)和V2(t)。具体计算方法为：
[0028]
[0029] 其中，〇为电导率数值，单位为s/m，k为比例系数，Rs为串联的电阻，阻值IkQ。
[0030] 其制备方法作如下描述：
[0031] 第一步：使用电路设计自动化软件，按照单片式平面电极电导率传感器电极结构 参数，绘制印刷电路板文件，并做成底片。
[0032] 第二步：选择以热固性树脂或者陶瓷材料为基底，涂覆在基底增强材料，比如纸、 布或者玻璃布上，烤干后上下方放置铜箔，浸入层压机中，在高温高压下使材料固化，形成 厚度大致为I. 6mm-2. Omm的覆铜层压板，并裁切成合适尺寸（3cm*7cm)。
[0033] 第三步：通孔定位后，钻通孔。对孔壁及板面上覆上新的铜层。通过磨刷去除铜面 上的污染物，增加铜面粗糙度。
[0034] 第四步：将处理过的基板铜面透过热压方式贴上抗蚀干膜，盖上底片。经光线照射 作用将原始底片上的图像转移到感光底板上，白色透光部分发生光聚合反应，黑色部分则 不透光，不发生反应，用碱液作用将为发生化学反应的干膜部分冲洗掉。
[0035] 第五步：利用蚀刻药液（CuCl2)将显影后露出的铜蚀掉，形成内层线路图形。利用 强碱（NaOH)将保护铜面的抗蚀层剥掉，露出线路图形。
[0036] 第六步：检验清洗后在铜表面喷涂一层30 μ m左右的锡。
[0037] 第七步：对未焊接部分盖上绿油，其余部分露出双层导电金属。
[0038] 第八步：在基板正反面引线区域涂覆厚度约为0. 1-0. 3mm绝缘胶。
【主权项】
1. 一种单片式平面电极电导率传感器，其特征是由基板（I)、矩形螺旋线圈电极（2)、 矩形叉指电极（3)、过孔（4)、背面引线（5)、绝缘区（6)、馈电接口（7)、背面馈电接口（8)、 表层金属层（9)、底层金属层（10)构成；矩形螺旋线圈电极（2)和矩形叉指电极（3)紧密 贴附于基板（1)上，矩形叉指电极（3)在基板（1)中心，矩形螺旋线圈电极（2)从矩形叉指 电极⑶一端口朝外引出，逆时针方向由内而外螺旋延伸，连接到馈电接口⑵，并将矩形 叉指电极⑶包裹在内；过孔⑷位于矩形叉指电极⑶的右下角端口，在基板⑴背面过 孔⑷通过背面引线（5)与背面馈电接口⑶连接，背面引线（5)与矩形螺旋形线圈（2) 连接到馈电接口（7)的馈线平行；绝缘区（6)位于基板（1)下端正反两面的引线区。2. 权利要求1所述的单片式平面电极电导率传感器，其特征是所述的基板（1)采用陶 瓷材料或者热固性树脂做基底，涂覆在基底增强材料，比如纸、布或者玻璃布上，烤干后压 制成型。3. 权利要求1所述的单片式平面电极电导率传感器，其特征是所述的矩形叉指电极 ⑶的电极的宽度为1mm，两个相邻叉指间的间隔为2mm，叉指长度为18mm，叉指对数为6 对。4. 权利要求1所述的单片式平面电极电导率传感器，其特征是所述的矩形螺旋线圈电 极（2)螺旋线圈宽度为1mm，螺旋间距为2mm，螺旋周数为3周；矩形螺旋线圈电极（2)逆时 针方向由内而外螺旋延伸终点延长30_，以馈电接口（7)结束。5. 权利要求1所述的单片式平面电极电导率传感器，其特征是所述的过孔（4)中覆铜， 在基板正反两面的绝缘区（6)涂覆厚度为0. 1-0. 3_绝缘胶。6. 权利要求1所述的单片式平面电极电导率传感器，其特征是所述的矩形螺旋线圈电 极（2)和矩形叉指电极（3)均为双层金属结构，表层金属层（9)是厚度为30ym的锡，底层 金属层（10)厚度为30ym的铜。
【专利摘要】一种单片式平面电极电导率传感器，由基板、矩形螺旋线圈电极、矩形叉指电极、过孔、背面引线、绝缘区、馈电接口、背面馈电接口、表层金属层、底层金属层构成；矩形螺旋线圈电极和矩形叉指电极紧密贴附于基板上，矩形叉指电极在基板中心，矩形螺旋线圈电极从矩形叉指电极一端口朝外引出，逆时针方向由内而外螺旋延伸，连接到馈电接口，并将矩形叉指电极包裹在内；过孔位于矩形叉指电极的右下角端口，在基板背面过孔通过背面引线与背面馈电接口连接，背面引线与矩形螺旋形线圈连接到馈电接口的馈线平行；绝缘区位于基板下端正反两面的引线区。本发明具有小型化，工艺简单，低成本，可靠性好等优点，适合工业化生产。
【IPC分类】G01R27/22
【公开号】CN104914316
【申请号】CN201510246593
【发明人】王玉皞, 周军乐, 王晓磊, 刘是枭
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月15日