[发明专利]一种亲水型石英谐振式露点识别方法

说明书

本发明公开一种亲水型石英谐振式露点识别方法，该方法有三大步骤：步骤一：制备带有二维材料纳米薄膜的露点传感器核心湿敏元件；步骤二：组装具有主动控温功能的双制冷面露点传感器装置；步骤三：对传感器装置输出的频率信号先进行傅里叶拟合计算，然后对拟合结果进行二阶求导，通过寻找二阶导数的极值拐点，拐点时刻对应的湿敏元件表面的温度即是露点温度。该方法可以得到准确并且唯一的特征量用来识别露点，并且可以排除温频特性对测量精度的影响。

技术领域

本发明涉及智能制造、精密仪器与仪表领域，特别是涉及一种亲水型石英晶体微天平传感元件的制备方法以及对可以反映水汽饱和时刻的特征值的数据提取方法。

背景技术

空气湿度的调控在工业方面比如说空压机行业、石油行业、锂电池行业以及电力行业等领域使用的频率较多。露点温度的测量被认为是目前精度最高的湿度测量方法，国际上湿度的量值传递也都是通过露点实现的。

露点测试的方法有三种：冷镜法、金属氧化物法和谐振法。

冷镜法可以在很宽的测量范围内取得较高的精度，但其依靠光学测量的特点极易受空气中的灰尘和杂质污染，从而降低测量的精确度。仪器内部光学系统复杂导致其造价也比较昂贵，多数成本用在传感器的清洗以及防护上。

金属氧化物传感器可在工业领域应用中实现低露点测试。但金属氧化物稳定性差，在环境复杂的应用场景下会产生测量漂移。测量结果一旦漂移，需返到原厂标定，维护成本十分昂贵。其敏感元件一旦受损，露点传感功能将无法恢复。

谐振法主要是利用谐振器件的质量频率特性结合主动控温制造结露，通过频率的偏移来识别露点，常用的谐振器件有石英晶体微天平，该方法具有很强的灵敏度和测量精度。但是在制冷降温的过程中，由于石英晶体本身具有温频特性，因此温度对频率会产生一定的影响，如果不做温度补偿的话则会带来很大的测量误差。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种新型高精度亲水型石英谐振式露点识别方法，中间包括了传感器核心敏感元件的制备方法、后续露点识别提取算法及其应用。本方法可以排除温频特性对露点测量精度的影响。

2、技术方案：

本申请一方面公开了一种石英晶体微天平上负载新型二维材料的露点传感器制备方法，包括将二维材料溶液的制备，二维材料分散液喷射雾化，形成纳米级别的气凝胶，在电场以及高压空气下堆叠在石英晶体微天平电极表面形成一个纳米级别厚度的有序二维材料薄膜，从而得到带有二维材料纳米薄膜的露点传感器核心湿敏元件，最后通过对核心部件测试所获取的频率信号进行特殊的数据处理，可以通过特殊的算法准确的提取出用来识别露点的特征量。

本发明一种亲水型石英谐振式露点识别方法，该方法的流程如图1所示，具体步骤如下：

步骤一：按照图2的过程制备带有二维材料纳米薄膜的露点传感器核心湿敏元件。其中，二维材料可使用二硫化钼或者是蒙脱土作为主要材料。二硫化钼分散液可通过用丁基锂化学剥离商用二硫化钼粉体的方式得到浓悬浊液约10g/ml，进而使用3:1的乙醇水溶液稀释至约2mg/ml备用。蒙脱土分散液可通过将块状蒙脱土黏土球磨后隔夜搅拌分散。后于3:1的乙醇水溶液中稀释至约2mg/ml蒙脱土分散液备用。取制备备用的分散液通过外加高电压以及气压的形式，将其均匀喷涂在石英晶体微天平电极表面。优选的，高压电场的电压为0-20kV。优选的，气压的强度为20-100PSI。优选的，二硫化钼为1T相，为1-5层左右的纳米片层结构。优选的，本发明的纳米涂层的厚度为50～200nm。喷涂后放置于60℃真空干燥箱中5小时，使其干燥。