CN109839210A - 一种应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器，所述温度传感器与温度转换模块连接，温度转换模块将采集的温度信号通过数字通信口发送到超声波流量计，所述温度传感器主要由聚二甲基硅氧烷作为热敏材料制备光纤温度传感器，其中聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和交联剂按照9:1比例进行配制；所述光纤温度传感器外覆盖氮化硅保护层。还公开了该温度传感器的制备方法。本发明聚焦超声波流量计应用中的温度测量问题，以实现温度的长久、高精度测量为目的，在保证超声波流量计测量精度的同时降低了维护和更换成本，提高了超声波流量计的性价比。
Description
技术领域
本发明涉及温度测量技术领域，特别涉及一种应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器及其制备方法，用于在超声波流量计的使用中提高测量稳定性和精度。
背景技术
温度是用来衡量物质冷热程度的物理量，它只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。精确的温度测量和控制，在流体力学领域的研究中有着重要作用，因为温度直接影响到流体的密度和粘度，从而影响管道内雷诺数以及速度场分布。因此在流量检测中通常在管道内安装温度传感器来对流体温度变化进行时监控。
但在实际工业中经常需要输送多种化学流体，其pH和物性的差异容易对传感器本身造成腐蚀，降低了传感器的耐用性；而且传统温度传感器由于其体积的过大，安装位置过深容易影响管道内流体分布，安装位置过浅会因为管道边界层效应无法测量精确温度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器及其制备方法，以聚二甲基硅氧烷作为传感器的热敏介质，外部覆盖氮化硅保护层，尺寸为27mm×4mm×10mm。
本发明所采用的技术方案是：一种应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器，主要由聚二甲基硅氧烷作为热敏材料制备光纤温度传感器，其中聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和交联剂按照9:1比例进行配制；所述光纤温度传感器与温度转换模块连接，温度转换模块将采集的温度信号通过数字通信口发送到超声波流量计；
所述光纤温度传感器外覆盖氮化硅保护层。
所述交联剂选择丙酮型、醋酸型或酮肟型任一种类型。
采用射频等离子体化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜，其厚度约为10nm。
制备的温度传感器尺寸为27mm×4mm×10mm。
本发明的第二个技术方案是应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器的制备方法，包括如下步骤：
1)聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和交联剂按照9:1比例进行配制；
2)将配好的聚二甲基硅氧烷溶液在磁力搅拌机上混合10min后，获得均匀胶体的聚二甲基硅氧烷溶液；
3)在内置光纤的模具中倒入聚二甲基硅氧烷溶液，并在90℃高温下进行固化，除去模具后即实现聚二甲基硅氧烷包裹；
4)以玻璃片和双面抛光单晶硅片作为阵列，采用SiH4、NH3、N2作为反应气源，射频功率12W，衬底温度设置180℃，镀膜时间控制30min以制备氮化硅保护层
温度传感器可实现20℃-80℃范围内的温度测量，灵敏度达到-0.4124nm/℃，灵敏度相对偏差为±0.046％。传感器外覆盖氮化硅保护层，采用射频等离子体化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜厚度约为10nm，将传感器置于2％的HCL溶液和2％的NaOH溶液环境下48h，其表面未出现明显腐蚀，而且该传感器应用于超声波流量计的流体测量时不会对管道内流型造成明显影响。同时，温度传感器与专用温度转换模块连接进行温度数据采集和计算，温度转换模块将采集的温度信号通过数字通信口发送到超声波流量计。
有益效果：流体的密度随着温度的变化而发生改变，气体的密度受温度的影响更大。因此，在超声波流量计测量流体的流量时，需要同时安装温度传感器对流体的问题进行测量，以在流量检测结果中对温度影响进行补偿，提高流量检测精度。
1.该温度传感器为热敏材料制备光纤温度传感器，具有良好的疏水性、良好的化学惰性、电绝缘性较高的负热光系数等优点。
2.该温度传感器外覆盖氮化硅保护层，具有较强的抗腐蚀能力。
3.该传感器应用于超声波流量计的流体测量时不会对管道内流型造成明显影响。
4.本发明可实现20℃～80℃范围内的温度测量，灵敏度达到-0.4124nm/℃，灵敏度相对偏差为±0.046％；
附图说明
图1为本发明的温度传感器示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明的抗腐蚀温度传感器主要由聚二甲基硅氧烷作为热敏材料制备光纤温度传感器，其中聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和丙酮型、醋酸型或酮肟型交联剂按照9:1比例进行配制。制备的温度传感器尺寸为27mm×4mm×10mm。所述光纤温度传感器与温度转换模块连接，温度转换模块将采集的温度信号通过数字通信口发送到超声波流量计；所述光纤温度传感器外覆盖氮化硅保护层，采用射频等离子体化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜，其厚度约为10nm。
温度传感器可实现20℃～80℃范围内的温度测量，灵敏度达到-0.4124nm/℃，灵敏度相对偏差为±0.046％。氮化硅涂层使传感器可长期应用于酸性或碱性流体的测量而不会造成严重腐蚀。
实施例：
(1)聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和交联剂按照9:1比例进行配制。
(2)然后将配好的聚二甲基硅氧烷溶液在磁力搅拌机上混合10min后，获得均匀胶体溶液。
(3)在内置光纤的模具中倒入聚二甲基硅氧烷溶液，并在90℃高温下进行固化，除去模具后即实现聚二甲基硅氧烷包裹。
(4)以玻璃片和双面抛光单晶硅片作为阵列，采用SiH4、NH3、N2作为反应气源，射频功率12W，衬底温度设置180℃，镀膜时间控制30min以制备氮化硅保护层。
温度传感器可实现20℃-80℃范围内的温度测量，灵敏度达到-0.4124nm/℃，灵敏度相对偏差为±0.046％。
传感器外覆盖氮化硅保护层，采用射频等离子体化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜厚度约为10nm，将传感器置于2％的HCL溶液和2％的NaOH溶液环境下48h，其表面未出现明显腐蚀，而且该传感器应用于超声波流量计的流体测量时不会对管道内流型造成明显影响。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器，所述温度传感器与温度转换模块连接，温度转换模块将采集的温度信号通过数字通信口发送到超声波流量计，其特征在于，所述温度传感器主要由聚二甲基硅氧烷作为热敏材料制备光纤温度传感器，其中聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和交联剂按照9:1比例进行配制；
所述光纤温度传感器外覆盖氮化硅保护层。
2.根据权利要求1所述的应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器，其特征在于，采用射频等离子体化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜，其厚度约为10nm。
3.根据权利要求1所述的应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器，其特征在于，所述交联剂选择丙酮型、醋酸型或酮肟型任一种类型。
4.根据权利要求1所述的应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器，其特征在于：制备的温度传感器尺寸为27mm×4mm×10mm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的应用于超声波流量计的抗腐蚀温度传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)聚二甲基硅氧烷溶液由预聚物和交联剂按照9:1比例进行配制；
2)将配好的聚二甲基硅氧烷溶液在磁力搅拌机上混合10min后，获得均匀胶体的聚二甲基硅氧烷溶液；
3)在内置光纤的模具中倒入所述步骤2)获得均匀胶体的聚二甲基硅氧烷溶液，并在90℃高温下进行固化，除去模具后即实现聚二甲基硅氧烷包裹；
4)以玻璃片和双面抛光单晶硅片作为阵列采用SiH4、NH3、N2作为反应气源，射频功率12W，衬底温度设置180℃，镀膜时间控制30min以制备氮化硅保护层。
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