專利名稱：耐用化學(xué)電阻傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來說涉及化學(xué)電阻傳感器，具體涉及一種帶有可以檢測(cè)目標(biāo)分析物的傳感器膜的化學(xué)電阻傳感器探針。
背景技術(shù)：
對(duì)特定目標(biāo)分析物或化合物進(jìn)行檢測(cè)，比如檢測(cè)分析物的濃度是否超過自燃極限，對(duì)于許多應(yīng)用來說都是非常重要的。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，傳感器對(duì)分析物進(jìn)行檢測(cè)過程中所遵循的機(jī)理可能不同。大多數(shù)傳感器都會(huì)使用一種當(dāng)環(huán)境中存在有特定被測(cè)物質(zhì)時(shí)就會(huì)發(fā)生物理變化的敏感元件。因此，一個(gè)傳感器一般都包括一個(gè)探針，該探針包含有敏感元件和一個(gè)探針體外殼(包括用于傳送輸出信號(hào)的接線端)。該接線端一般與一個(gè)同樣是該傳感器組成部分的處理器相連，該處理器可以分析從傳感器探針接收的輸出信號(hào)。該處理器連接到一個(gè)用戶接口，該用戶接口一般包含一個(gè)可以在某種分析組分超過特定濃度值時(shí)向用戶傳達(dá)某種信息的指示裝置。
許多傳感器使用傳感器膜作為敏感元件。多數(shù)傳感器膜當(dāng)存在分析物時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹，也就是體積增加。該領(lǐng)域現(xiàn)有的許多傳感器都是通過傳感器膜的物理變化來判斷分析物的濃度。光學(xué)傳感器就是其中的一種，例如光纖光學(xué)傳感器，通過觀測(cè)穿過位于傳感器膜外層的光學(xué)纖維折射的光束以及傳感器膜的物理變化(如折射系數(shù)或顏色的變化)判斷分析物濃度。當(dāng)分析物被吸附時(shí)，折射系數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，而折射系數(shù)的變化會(huì)改變傳感器膜外層的物理性質(zhì)(包括體積的變化)。其他傳感器如聲波傳感器(SAWS)，用超聲波穿過傳感器膜并通過檢測(cè)傳感器膜發(fā)生的性質(zhì)變化(主要是質(zhì)量變化)判斷分析物濃度。
另一種傳感器膜是電導(dǎo)傳感器，如聚合物吸附化學(xué)電阻傳感器。聚合物吸附化學(xué)電阻包含有一個(gè)用于暴露在包含目標(biāo)分析物(化合物)的外界環(huán)境的聚合物膜。將電流加到聚合物膜兩側(cè)，當(dāng)聚合物吸附目標(biāo)分析物后，膜的體積會(huì)發(fā)生變化并產(chǎn)生電阻上的變化。此外，聚合物膜上分散的導(dǎo)電微?？梢蕴岣呔酆衔镫娮枳兓瘜?duì)體積變化的敏感度。
雖然傳統(tǒng)的化學(xué)電阻傳感器足以滿足使用要求，但還可以進(jìn)一步加以改進(jìn)。特別地，存在被測(cè)物時(shí)傳感器膜的膨脹和收縮會(huì)降低傳感器膜和接線端的連接的機(jī)械緊密度，使得傳感器膜逐漸與接線端分離。隨著傳感器膜與接線端分離，傳感器膜和接線端連接的導(dǎo)電性能也會(huì)降低，這將影響到傳感器的使用性能，因?yàn)檫@將減弱處理器通過接線端分析傳感器膜的電阻變化的能力。因此，有必要對(duì)化學(xué)電阻傳感器進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)接線端和傳感器膜之間的機(jī)械和化學(xué)聯(lián)系，從而提高傳感器的耐用性和傳感器對(duì)目標(biāo)分析物的響應(yīng)性。
傳統(tǒng)的化學(xué)電阻器還存在一個(gè)缺點(diǎn)，即無法控制傳感器膜的厚度，而傳感器膜的厚度關(guān)系到傳感器檢測(cè)目標(biāo)分析物的能力。特別地，使用傳感器膜過厚的傳感器效果不佳，因?yàn)楹駛鞲衅髂ば枰L(zhǎng)的時(shí)間吸附目標(biāo)分析物，從而使得通過觀測(cè)傳感器膜膨脹、電阻變化來確定目標(biāo)分析物存在所需的時(shí)間延長(zhǎng)。但是，使用過薄的傳感器膜也不好，因?yàn)檫^薄的傳感器膜不耐用，難以加工而且不穩(wěn)定。因此，有必要提供一種傳感器膜厚度適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)電阻傳感器探針。
另外，灰層和濕氣在表層的積累可能會(huì)污染傳統(tǒng)傳感器探針的接線端，使傳感器發(fā)出錯(cuò)誤的信號(hào)。表層濕氣會(huì)使傳感器探針產(chǎn)生旁路電阻，影響傳感器的性能。如果旁路電阻越小，則和傳感器探針并聯(lián)的總電阻受旁路電阻的影響越大，使得只有更少的電流通過傳感器探針。因此，需要一種傳感器探針對(duì)旁路電阻不敏感的化學(xué)電阻傳感器。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)后的化學(xué)電阻傳感器探針，該傳感器探針帶有第一控制表面和第二控制表面，使得傳感器能夠控制傳感器膜的厚度。第一控制表面的凹進(jìn)處就是第二控制表面。傳感器膜位于第二控制表面上而且不延伸出第一控制表面。傳感器膜的厚度相當(dāng)于第一控制表面凹進(jìn)到第二控制表面的距離，因此通過改變第二控制表面凹進(jìn)到第一控制表面的距離就可以控制傳感器膜的厚度。
本發(fā)明的傳感器探針比傳統(tǒng)探針更加耐用。本發(fā)明的傳感器探針提高了傳感器膜和與傳感器膜電接觸的接線端的機(jī)械結(jié)合和化學(xué)結(jié)合。在傳感器膜和接線端安置網(wǎng)孔電極可以提高機(jī)械結(jié)合，而在傳感器膜與接線端之間加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)粘合劑可以提高化學(xué)結(jié)合。電極和/或化學(xué)粘合劑有利于增強(qiáng)傳感器膜和接線端的電連接，從而提高傳感器探針對(duì)目標(biāo)分析物的靈敏度。
本發(fā)明在其他方面的應(yīng)用會(huì)在下面的描述中詳細(xì)地進(jìn)行介紹。文中的詳細(xì)描述和一些特別的案例是為了更好地說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明的全部適用范圍。
下面結(jié)合具體說明和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中化學(xué)電阻傳感器操作過程框圖；圖2為圖1中所示的化學(xué)電阻傳感器探針在第一較佳實(shí)施例中的透視圖；圖3為圖2中沿3-3線的傳感器探針的橫截面示意圖；圖4為圖3中傳感器探針感應(yīng)區(qū)的放大圖；圖5為圖1中化學(xué)電阻傳感器根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)透視圖；圖6為圖5中沿6-6線的傳感器探針的橫截面示意圖；圖7為圖6中傳感器探針感應(yīng)區(qū)的放大圖；圖8為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于本發(fā)明的化學(xué)電阻器電路的傳感器電路。
具體實(shí)施例方式
下述對(duì)較佳實(shí)施例的描述僅僅是展示作用，并不用于限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
圖1的10展示了一個(gè)化學(xué)電阻傳感器示例的主要部件。傳感器10主要包括化學(xué)電阻器傳感器探針12、控制單元14和用戶接口16。按測(cè)器探針12與外界環(huán)境17相互作用，以探測(cè)分析物或目標(biāo)化學(xué)成分18的存在。傳感器探針12在外部環(huán)境17中連續(xù)探測(cè)分析物18并輸出一個(gè)原始輸出信號(hào)19a。原始輸出信號(hào)19a又通過控制單元14進(jìn)行處理，在分析從傳感器探針12輸出的原始輸出信號(hào)19a后，控制單元14將計(jì)算后的輸出信號(hào)19b傳送給用戶接口16。用戶接口16給外部用戶提供有關(guān)傳感器10的信息，信息可能只是一個(gè)簡(jiǎn)單的警報(bào)，也可能是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算屏幕。
圖2提供了根據(jù)第一較佳實(shí)施例的傳感器探針12的詳細(xì)示意圖。傳感器探針12總體上包括探針體20、電導(dǎo)傳感器膜22(圖3和圖4)、從探針體20延伸出的一對(duì)接線端24以及一個(gè)防護(hù)帽26。
探針體20包括第一直徑部分28和第二直徑部分30，第一直徑部分28的直徑小于第二直徑部分30的直徑。第一直徑部分28包括感應(yīng)區(qū)32。感應(yīng)區(qū)32由第一控制表面36內(nèi)的兩個(gè)縫隙34組成。在縫隙34之間是第二控制表面38。第二控制表面38跨越感應(yīng)區(qū)32，處于第一控制表面36的略微凹進(jìn)處。
接線端24嵌入探針體20，從縫隙34開始延伸并穿過第一直徑部分28和第二直徑部分30。接線端24從傳感器外殼20的第二直徑部分30的下側(cè)40伸出。接線端24用導(dǎo)電材料制成，最好是金屬。
如圖3所示，每個(gè)接線端24包括與第一控制表面36平行而且大致與縫隙34的一個(gè)的寬度相同的第一水平部分42。第一垂直部分44從第一水平部分42延伸。第一垂直部分44穿過第一直徑部分28，進(jìn)入第二直徑部分30，并在此處過渡到第二水平部分46。
在第一垂直部分44與第二水平部分46的過渡點(diǎn)，接線端24各有一個(gè)開口48。開口48在加工時(shí)接收一個(gè)定位桿(未在圖中顯示)，使得在探針體20內(nèi)的接線端24可以準(zhǔn)確排列。鑄模階段使用定位桿會(huì)在探針體20的下側(cè)40內(nèi)形成一個(gè)孔50。探針體20的加工過程在下面會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
從第二水平部分46延伸出第二垂直部分52。第二垂直部分52從第二直徑部分30的下側(cè)40伸出。第二垂直部分52從探針體20延伸出一段適當(dāng)?shù)木嚯x，以允許與控制單元14聯(lián)系的相應(yīng)出口(未在圖中顯示)能接收接線端24。
從圖4中可以清楚看到，傳感器膜22可以以任何合適的方式，如溶液沉淀，結(jié)合或緊固到感應(yīng)區(qū)32，使得傳感器膜22充滿縫隙34并跨越第二控制表面38。傳感器膜22充滿縫隙34，從而通過與接線端24的直接或間接物理接觸與兩個(gè)接線端24電接觸。傳感器膜22有多個(gè)分布在膜22上的導(dǎo)電微粒54組成。傳感器膜22最好是交叉相連的聚合物，但也可以是能夠吸附一種或多種不同分析物18，如液體、蒸汽或氣體的任何一種傳感器膜。
感應(yīng)區(qū)32可以控制傳感器膜22的厚度。在感應(yīng)區(qū)最薄處，傳感器膜22厚度只相當(dāng)于第一控制表面36和第二控制表面38之間的距離，在圖4中用距離A表示。傳感器膜22的厚度可以通過控制第一控制表面36和第二控制表面38之間的距離(距離A)加以控制。距離A可以是任何適當(dāng)?shù)木嚯x，但最好在1英寸的千分之二到千分之三之間。為控制傳感器膜22的有效厚度，很重要的一點(diǎn)是控制距離A的厚度，因?yàn)檎麄€(gè)傳感器膜22的有效厚度主要依賴于傳感器膜22最薄處的厚度，即距離A。
防護(hù)帽26可以是任何能夠插入并覆蓋探針體20的第一直徑部分28的合適的蓋，用以避免感應(yīng)區(qū)32受外部材料或物體的損害。另外，防護(hù)帽26必須允許分析物18通過防護(hù)帽26并被傳感器膜22所吸附。為了允許目標(biāo)分析物18通過防護(hù)帽26，防護(hù)帽最好帶有一個(gè)或多個(gè)細(xì)孔，或透穿孔56。防護(hù)帽26用各種適宜的方式緊固到探針體20，但最好用合適的粘合劑緊固。
通過增進(jìn)傳感器膜22和接線端24的機(jī)械結(jié)合可以提高探針12的耐用性。機(jī)械結(jié)合最好通過在傳感器膜22和接線端24之間插入多孔或網(wǎng)孔電極58實(shí)現(xiàn)。電極58可以用各種適合的導(dǎo)電材料制成，但最好是金屬。如圖4所示，電極58包括上表面60和下表面62。上表面60包括一個(gè)多孔或網(wǎng)孔表面64。下表面62與接線端24電接觸和機(jī)械接觸，并可以通過任何方式與接線端24緊固在一起，如溶合。
上表面60與傳感器膜22電接觸和機(jī)械接觸。多孔或網(wǎng)孔表面64為上表面60提供了大片多孔或網(wǎng)孔表層區(qū)域，傳感器膜22從多孔區(qū)域滲入并與上表面60相連，從而在上表面60和傳感器膜22之間形成電接觸和機(jī)械接觸。而且，通過增加上表面60和傳感器膜22之間相連的部分，多孔或網(wǎng)孔表面64增強(qiáng)了上表面60和傳感器膜22之間的結(jié)合的數(shù)量。通過在響應(yīng)被傳感器膜22吸附的目標(biāo)分析物18而使傳感器膜22延伸或接觸時(shí)防止傳感器膜22和接線端24分離，使用電極58可以延長(zhǎng)傳感器探針12的使用壽命。
在接線端24和傳感器膜22之間使用化學(xué)粘合劑也可以提高傳感器膜22和接線端24之間的機(jī)械結(jié)合和電結(jié)合，因此可以提高傳感器探針12的耐用性，并使得接線端24能夠更快更精確地檢測(cè)傳感器膜22的電阻變化。化學(xué)粘合劑可以是任何能夠連接傳感器膜22與接線端24并允許電荷在傳感器膜22和接線端24之間通過的適當(dāng)?shù)恼澈蟿?。合適的化學(xué)粘合劑包括單烷氧基鈦酸鹽粘合劑，如異丙基三硬脂酸鈦酸鹽，異丙基三(二辛基)磷酸鹽，異丙基(4-氨基)苯磺酰二(十二烷基)苯磺酰鈦酸鹽；螯合鈦酸鹽耦合劑，如二(二辛基)焦磷酸氧合乙烯基鈦酸鹽，二甲基丙稀基氧合乙烯基，以及二(二辛基)焦磷酸乙烯基鈦酸鹽；季鈦酸鹽和鋯酸鹽耦合劑，如二(二辛基)焦磷酸鹽氧合乙烯基鈦酸鹽的2-n，N-二甲基-氨基異丁醇加和物；配位鈦酸鹽以及鋯酸鹽耦合劑，如四異丙基二(二辛基)亞磷酸鈦酸鹽，四(2，2二烷氧基甲基)丁基，以及二(二十三烷基)亞磷酸；新烷氧基鈦酸鹽耦合劑，如新戊基(二烯丙基)氧代和三(二辛基)焦磷酸鈦酸鹽；雜環(huán)新烷氧基鈦酸鹽混合物，如環(huán)(二辛基)焦磷酸二辛基鈦酸鹽；新烷氧基(二烯丙基)氧代，三(二辛基)焦磷酸鈦酸鹽；鋁酸鹽耦合劑，如二異丁基(油酰)乙酰基鋁酸鹽和二異丁基(油酰)乙酰乙酸鋁酸鹽；以及硅烷耦合劑，如烯丙基三乙氧基硅烷和二甲基乙氧基硅烷。
圖5至圖7的100展示了探針12的可替代較佳實(shí)施例。與探針12相似，探針100包括探針體102、傳感器膜104(圖6和圖7)、一對(duì)接線端106(圖5和圖6)以及一個(gè)防護(hù)帽108(圖5)。探針100在下面會(huì)有更詳細(xì)的描述。
如圖5和圖6所示，探針體102包括頸部110和底部112。頸部110包括感應(yīng)區(qū)113，而感應(yīng)區(qū)113又包含第一控制表面114。第一控制表面向內(nèi)的凹處是第二控制表面116。第二控制表面116包括了接線端106從其延伸的兩個(gè)縫隙118。
接線端106從縫隙118開始延伸，并穿過頸部110和底部112，在底部112的內(nèi)凹處120(圖6)終止。內(nèi)凹處120的形狀需要便于連接控制單元14的相應(yīng)出口(未在圖中顯示)，出口連接了接線端106在內(nèi)凹處120以內(nèi)延伸部分。傳感器膜104位于第二控制表面116上，這樣傳感器膜104跨越了縫隙118，與接線端106形成電接觸，使得接線端106可以檢測(cè)探測(cè)膜104的多個(gè)導(dǎo)電微粒122之間的電阻變化。
第一控制表面114和第二控制表面116提供了控制傳感器膜104的厚度的方式。特別地，原有的傳感器膜104超越了第二控制表面116，延伸到第一控制表面114?，F(xiàn)在，本發(fā)明舍棄了延伸出來的傳感器膜104的部分使得傳感器膜104不超過第一控制表面114。因此，傳感器膜104的厚度相當(dāng)于第一控制表面114內(nèi)凹進(jìn)的第二控制表面116的距離，在圖7中用距離B表示。距離B可以是任何適當(dāng)?shù)木嚯x，但最好是1英寸的千分之二到千分之三。
防護(hù)帽108可以是任何能嵌入并覆蓋頸部110的各種適當(dāng)?shù)纳w，用以保護(hù)第一控制表面114和感應(yīng)膜22不受外部材料和物體的損害。與防護(hù)帽26相似，防護(hù)帽108包括了一個(gè)或多個(gè)孔，或透穿孔124。防護(hù)帽108可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞骄o固到傳感器探針體102，但最好是用合適的粘合劑。
可以通過增強(qiáng)傳感器膜104和接線端106之間的機(jī)械結(jié)合來提高探針100的耐用性。機(jī)械結(jié)合最好通過在傳感器膜104和接線端106之間植入多孔或網(wǎng)孔電極，如電極58(圖4)來實(shí)現(xiàn)。傳感器膜104滲入電極的多孔或網(wǎng)孔表層為電極和傳感器膜104之間提供了大量機(jī)械結(jié)合。通過在響應(yīng)被傳感器膜104吸附的目標(biāo)分析物18而使傳感器膜104延伸或接觸時(shí)防止傳感器膜104和接線端106分離，使用電極58可以延長(zhǎng)傳感器探針100的使用壽命。
除了通過在接線端106和傳感器膜104之間植入電極為二者提供機(jī)械結(jié)合外，也可以通過在接線端106和傳感器膜104之間嵌入化學(xué)粘結(jié)劑提高探針100的耐用性?；瘜W(xué)結(jié)合可以是任何能夠連接傳感器膜104和接線端106并且允許電荷通過的化學(xué)連接物?；瘜W(xué)連接物包括上面討論傳感器探針12時(shí)提到的化合物。
現(xiàn)在來詳細(xì)討論探針體20的加工過程。因?yàn)樘结橌w20的加工過程與探針體102的加工過程非常相似，下面的描述同樣適用于探針體102。探針體20最好使用各種合適的塑膠鑄模技術(shù)，如嵌入式鑄模來進(jìn)行制造。鑄模過程中可以使用任何合適的鑄模化合物，如30％的GE塑料生產(chǎn)的VALOX420品牌的玻璃鋼筋聚丁烯對(duì)苯二酸鹽。鑄模合成物需要進(jìn)行干燥并放入造好的模型中以制造出外形和大小符合要求的探針體20。用于加工探針體20的模型的第一控制表面36略微凹進(jìn)第二控制表面38。通過改變模型的直徑，可以控制第一控制表面36凹進(jìn)第二控制表面38的距離。如前面所描述的那樣，第一控制表面36凹進(jìn)第二控制表面38的距離(圖3的距離A)相當(dāng)于傳感器膜最薄處的厚度。因此，通過改變模型可以生產(chǎn)出第一控制表面36凹進(jìn)第二控制表面距離38不同距離的傳感器探針，這樣即能控制傳感器膜的厚度。
在鑄模合成物放入模型之前，將接線端24置入模型，這樣當(dāng)鑄?；衔锓湃肽Ｐ筒⒛虝r(shí)，接線端24就可以嵌入探針體20，并在該地模制。為了保證接線端24在探針體20中的位置準(zhǔn)確，模型中的接線端24都裝上定位桿(未在圖上顯示)，定線桿與接線端24的開口48相連。由于當(dāng)探針體20在接線端24周圍鑄造時(shí)，接線端24已安裝定線桿，因此在探針體20的下側(cè)40處會(huì)形成孔50。在有選擇性地使用的機(jī)械與化學(xué)連接物連接傳感器膜22和接線端24之前，需要清洗接線端24以提高其性能。
探針體20在接線端24周圍鑄成后，感應(yīng)區(qū)32就在鑄造過程中形成了?？蛇x擇機(jī)械連接物，如多孔或網(wǎng)孔電極58，放入接線端24的第二垂直部分52上的兩個(gè)縫隙34。多孔或網(wǎng)孔電極58可以用任何合適的方式與接線端24連接，如通過熔合或焊接。根據(jù)縫隙34的深度和電極58的厚度情況，可能需要壓縮電極58使得電極58不延伸出第一控制表面36或第二控制表面38。
傳感器膜22和接線端24之間也可以加入化學(xué)結(jié)合。可以同時(shí)選擇化學(xué)結(jié)合與機(jī)械結(jié)合，或者用化學(xué)結(jié)合代替機(jī)械結(jié)合?；瘜W(xué)結(jié)合通過在傳感器膜22和接線端24之間放入化學(xué)粘合物實(shí)現(xiàn)。化學(xué)粘合物可以是任何能夠連接傳感器膜22和接線端24的粘合物，如前面所提到的一系列化合物。
在有選擇地在接線端24放入機(jī)械或化學(xué)連接物后，可以在第一控制表面36和第二控制表面38之上形成液狀或糊狀傳感器膜22。傳感器22要充滿縫隙34，跨越第二控制表面38，并延伸出第一控制表面36。接著，去掉多余的傳感器膜22，這樣傳感器膜22不會(huì)伸出第一控制表面36。去掉多余部分時(shí)，可以用任何可行的方式，如在第一控制表面36用剃刀刀刃去掉多余部分。
制作傳感器膜22之后，可以在第一直徑部分28安置防護(hù)帽26，而且可以用任何合適的方法連接防護(hù)帽26和探針體20。在傳感器膜22在第一控制表面36和第二控制表面38制作完成后，將傳感器膜22放入干燥爐加熱。干燥爐加熱過程最好維持120度溫度并加熱3個(gè)小時(shí)。
下面介紹傳感器探針12的操作過程。探針100的操作與探針12非常相似，因此以下的描述也適用于探針100的操作。傳感器探針12在外部環(huán)境17接觸到一個(gè)或一個(gè)以上目標(biāo)分析物18時(shí)，傳感器膜22吸附分析物18，使傳感器膜22開始膨脹。通過電極58提供的機(jī)械結(jié)合與/或通過在傳感器膜22和接線端24之間的化學(xué)結(jié)合可以防止傳感器膜22和接線端24之間隨著傳感器膜不斷膨脹和收縮而逐漸分離，因此有助于維持和提高傳感器膜22和接線端24之間的電接觸，使傳感器探針12更持久耐用。
傳感器膜22膨脹時(shí)，導(dǎo)電微粒54之間的距離也隨之?dāng)U大，因此提高了控制單元14通過接線端106和原始輸出信號(hào)19a測(cè)量的傳感器膜22的電阻。如果檢測(cè)到接線端24之間的電阻上升，控制單元14將計(jì)算后的輸出19b傳遞到用戶接口16，通知用戶接口16發(fā)出警報(bào)通知用戶探針12已探測(cè)到目標(biāo)分析物18。用戶接口16可以是各種能夠給用戶提供警報(bào)的合適的接口。接口16可以一個(gè)簡(jiǎn)單的警報(bào)，也可以是一個(gè)復(fù)雜的可以提供聽覺和視覺警報(bào)的計(jì)算機(jī)。
圖8描述了典型的用于傳感器10的傳感器電路120。電路120包括了一個(gè)AC電壓電源Vt，、一個(gè)電阻器Rfvs、一個(gè)旁路電阻器Rc和一個(gè)與Rfvs串聯(lián)的二極管D1。電阻器Rfvs代表與旁路電阻Rc并聯(lián)的傳感器探針12的電阻。旁路電阻Rc代表表層灰層和濕氣的累積對(duì)探針12的污染。如大家熟知的，AC電壓電源Vt包括了正弦循環(huán)的正側(cè)和負(fù)側(cè)。
操作時(shí)，AC電源發(fā)出電流It，旁路電阻Rc和電阻Rfvs都接收到電流It。流經(jīng)旁路電阻Rc的電流It，電流Ifvs流經(jīng)串聯(lián)的二極管D1與電阻Rfvs。因此，電路120的總電流等于電流Ic和電流Ifvs的總和。經(jīng)過二極管D1和電阻Rfvs的電流Ifvs是正弦循環(huán)的正側(cè)，二極管D1阻止了AC電流的負(fù)側(cè)流經(jīng)電阻Rfvs。經(jīng)過旁路電阻Rc的電流Ic包括了正弦循環(huán)的正側(cè)和負(fù)側(cè)。因此，正弦循環(huán)的正側(cè)的總電流量為Ic+Ifvs。負(fù)側(cè)的總電流量為Ic。因此，電流It＝Ic+(Ic+Ifvs)。由于有兩個(gè)方程同時(shí)存在兩個(gè)未知量，可以運(yùn)用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出電阻Rfvs和旁路電阻Rc的電流量。值得一提的是電阻Rfvs和旁路電阻Rc的電流量可以通過控制單元14或眾所周知的測(cè)量工具，如多用儀，進(jìn)行測(cè)量。
電路120有效地考慮了可能污染傳感器探針12的接線端24并降低傳感器10的靈敏度的表面濕氣的影響。因此，改進(jìn)后的化學(xué)電阻傳感器10利用電路120提供傳感器探針12的準(zhǔn)確電阻數(shù)值。
本發(fā)明的描述僅僅用于展示目的，因此其變化并不背離本發(fā)明的要點(diǎn)，并且被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這樣的變化并不被認(rèn)為背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)一種或多種分析物的存在的化學(xué)電阻傳感器探針，包括探針體；位于所述探針體外部的第一控制表面；位于所述第一控制表面凹處的第二控制表面；一對(duì)接線端；和位于所述第二控制表面上的傳感器膜，所述傳感器膜的厚度等于所述第二控制表面和所述第一控制表面之間的距離，所述傳感器膜與所述一對(duì)接線端電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包含至少兩個(gè)位于第一控制表面內(nèi)的縫隙，所述第二控制表面位于兩個(gè)縫隙之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括接線端和傳感器膜之間的機(jī)械結(jié)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中每個(gè)接線端分別包括一個(gè)與傳感器膜電接觸的導(dǎo)電板，導(dǎo)電板提供了傳感器膜和接線端之間的機(jī)械結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中每個(gè)接線端進(jìn)一步包含與傳感器膜電接觸的導(dǎo)電網(wǎng)狀板，所述導(dǎo)電網(wǎng)狀板提供了傳感器膜和接線端之間的機(jī)械結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括接線端和傳感器膜之間的化學(xué)結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，在各接線端內(nèi)進(jìn)一步包括至少一個(gè)縫隙，所述縫隙用于在加工過程中在探針體中接收用于定位接線端的定位桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中所述探針體由模制聚合物組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括位于第一控制表面的上端的防護(hù)帽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中所述傳感器膜是交叉相連的聚合物混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括一個(gè)傳感器電路，電路包含一個(gè)二極管以防止旁路電阻泄露影響所述傳感器探針的性能。
12.一種用于檢測(cè)一種或多種分析物的存在的傳感器探針的制造方法，包括在模型中定位至少兩個(gè)接線端，所述模型預(yù)先形成，以制造包括第一控制表面和位于第一控制表面凹處的第二控制表面的探針體；將模塑料注入模型中，以形成探針體，所述接線端緊固在所述探針體內(nèi)；和在第二控制表面應(yīng)用傳感器膜，傳感器膜的厚度等于第二控制表面與第一控制表面之間的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述傳感器膜是交叉連接的聚合物混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在傳感器膜內(nèi)放置多個(gè)導(dǎo)電微粒，在傳感器膜吸附分析物而膨脹時(shí)，導(dǎo)電微粒在傳感器膜內(nèi)的分布更為分散，從而提高接線端測(cè)量的傳感器膜的電阻量。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括加工傳感器膜時(shí)，先使傳感器膜延伸出第一控制表面，然后再除去延伸出來的部分，這樣傳感器膜的厚度等于第一控制表面和第二控制表面之間的距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括給所述接線端提供和所述傳感器膜電接觸的導(dǎo)電板，所述導(dǎo)電板形成接線端與傳感器之間的機(jī)械結(jié)合。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括給所述接線端提供和所述傳感器膜電接觸的導(dǎo)電網(wǎng)狀板，所述導(dǎo)電網(wǎng)狀板形成接線端與傳感器膜之間的機(jī)械結(jié)合。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在接線端和傳感器膜之間放置化學(xué)連接物。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在將傳感器膜放置于第二控制表面之上后將傳感器膜放入干燥爐。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括將傳感器電路與接線端電接觸，所述傳感器電路包含一個(gè)二極管以防止旁路電阻泄露影響所述傳感器探針的性能。
21.一種用于檢測(cè)分析物的存在的化學(xué)電阻傳感器，包括帶有第一控制表面的探針體；位于第一控制表面凹處的第二控制表面；位于第二控制表面上的傳感器膜，所述傳感器膜的厚度等于第一控制表面凹入第二控制表面的距離；接收來自探針體的輸出的控制單元，所述輸出表示所述分析物是否存在；用于提供表示存在分析物的警報(bào)的用戶接口，所述用戶接口接收從控制單元發(fā)出的信號(hào)，所述信號(hào)指示分析物是否存在。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，進(jìn)一步包括位于傳感器膜內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)電物質(zhì)，在傳感器膜吸附所述物質(zhì)而膨脹時(shí)導(dǎo)電物質(zhì)在傳感器膜內(nèi)的分布更為分散，從而提高接線端測(cè)量的傳感器膜的電阻。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，其中傳感器膜是交叉相連的聚合物混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，進(jìn)一步包括與傳感器膜電接觸的導(dǎo)電板，所述導(dǎo)電板提供了傳感器膜與接收端之間的機(jī)械結(jié)合。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，進(jìn)一步包括與傳感器膜電接觸的導(dǎo)電網(wǎng)狀板，所述導(dǎo)電網(wǎng)狀板提供了傳感器膜與接收端之間的機(jī)械結(jié)合。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，進(jìn)一步包括位于接線端和傳感器膜之間的化學(xué)連接物，所述化學(xué)連接物提供了接線端和傳感器膜之間的化學(xué)結(jié)合。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，其中所述傳感器膜位于第二控制表面，在加工時(shí)傳感器膜先延伸出一部分超過第一控制表面，然后再除去延伸出來的部分，這樣傳感器膜的厚度就等于第一控制表面和第二控制表面之間的距離。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的化學(xué)電阻傳感器，進(jìn)一步包括與探針體相連的傳感器電路，所述傳感器電路防止旁路電阻泄露影響傳感器的性能。
29.一種用于檢測(cè)一種或多種分析物的存在的傳感器探針，包括探針體；位于所述探針體上的傳感表面；位于傳感表面上的傳感器膜；和一對(duì)帶有和所述傳感器電接觸的導(dǎo)電板的接線端，所述導(dǎo)電板提供了傳感器膜和接線端之間的機(jī)械結(jié)合。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括一個(gè)位于傳感表面凹處的控制表面，所述傳感器膜的厚度等于傳感表面和控制表面之間的距離。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中所述導(dǎo)電板是網(wǎng)狀板。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括導(dǎo)電金屬板和傳感器膜之間的化學(xué)結(jié)合。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于接線端內(nèi)的縫隙，所述縫隙用以在加工過程中在探針體中安裝用于定位接線端的定位桿。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中所述探針體由模制聚合物組成。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括位于傳感表面上端的防護(hù)帽。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，其中所述傳感器膜是交叉相連的聚合物混合物。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括一個(gè)傳感器電路，所述電路包含一個(gè)二極管以防止旁路電阻泄露影響所述傳感器探針的性能。
38.一種用于檢測(cè)一種或多種分析物的存在的化學(xué)電阻傳感器探針，包括探針體；傳感器膜，所述傳感器膜由聚合物混合物構(gòu)成并位于探針體的外部，所述傳感器膜的厚度為預(yù)先確定并可以控制；多個(gè)電流導(dǎo)電接線端，各接線端與傳感器膜形成電接觸，至少一個(gè)接線端包含用于機(jī)械互鎖至少一個(gè)接線端和所述傳感器膜的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的化學(xué)電阻傳感器探針，進(jìn)一步包括一個(gè)傳感器電路，所述電路包含一個(gè)二極管以防止旁路電阻泄露影響所述傳感器探針的性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測(cè)分析物的化學(xué)電阻傳感器探針。探針包括帶有第一控制表面以及第一控制表面內(nèi)凹處的第二控制表面的探針體。傳感器膜包括大量分散在第二控制表面的導(dǎo)電微粒。當(dāng)傳感器膜吸附了一個(gè)或多個(gè)分析物時(shí)，傳感器膜會(huì)膨脹使得導(dǎo)電微粒分散距離加大從而提高微粒之間的電阻。傳感器膜的厚度等于第一控制表面和第二控制表面之間的距離，因此可以通過調(diào)整控制表面之間的距離來控制傳感器膜的厚度。為提高傳感器探針的耐用性，本發(fā)明在傳感器膜和接線端之間放入多孔或網(wǎng)孔電極補(bǔ)充或代替二者之間的化學(xué)結(jié)合。另外，通過將二級(jí)管與傳感器電路串聯(lián)也可提高探針的耐用性。
文檔編號(hào)G01N27/06GK1536357SQ200410031058
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2004年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者賈瑞特·斯塔林, 普拉薩德·S·哈德基卡, 羅伯特·斯特肯, 查爾斯L·沃爾茲, 愛德華J·布洛克, 唐納德E·多納利, 斯特肯, E 多納利, J 布洛克, L 沃爾茲, 德 S 哈德基卡, 賈瑞特 斯塔林 申請(qǐng)人:熱力蒂思科有限公司