專利名稱：壓電/電致伸縮膜型傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可以自身確認測定可靠性的壓電/電致伸縮膜型傳感器。
背景技術：
壓電/電致伸縮膜型傳感器是利用設在其上的膜狀壓電/電致伸縮體夾持在 一對電極之間而形成的壓電/電致伸縮元件的機械-電轉換作用來測定流體的 粘度、密度、濃度等特性。例如，在流體中振動壓電/電致伸縮膜型傳感器(壓 電/電致伸縮元件)時，由于通過流體的粘性阻力接受機械阻力，壓電/電致伸 縮元件的電常數與該機械阻力成一定關系地變化，所以可以檢測該電常數來測 定流體的粘度。另外，還沒有發(fā)現與以下所示的本發(fā)明課題相同或存在共同之 處的現有技術文獻，作為供參考的壓電/電致伸縮膜型傳感器的現有文獻，可
以列舉專利文獻1-4。
專利文獻l:特開平8-201265號公報
專利文獻2:特開平5-267742號公報
專利文獻3:特開平6-260694號公報
專利文獻4:特開2005-164495號公報

發(fā)明內容
近年來，上述壓電/電致伸縮膜型傳感器(簡稱為傳感器)的用途不斷擴 展，隨之而來的，在適合電系統(tǒng)的傳感器的場所不必使用，反而在過于嚴格的 場所使用的情況在增多。例如，在測定鉛電池的電解液(稀硫酸)的性狀和汽 車潤滑油粘度的用途中，由測定對象(流體)產生的含有例如硫氧化物(S Ox)、 氮氧化物(NOx)或其它氧化物的氣體有可能揮發(fā)而局部地充滿壓電/電致伸縮 體的周圍。如果這樣，電極間的絕緣性有可能降低，由于壓電/電致伸縮體中 沒有施加到預定電壓，造成輸出降低，測定精度變差。
而且，即使測定對象(流體的)氣化可能性很小，例如，在工廠中使用傳 感器時，取決于該工廠，周圍環(huán)境有時是具有高溫、高濕度和高腐蝕性氣體濃度的氛圍氣。即使在這種情況下，當該氛圍氣到達傳感器周圍時，同樣地，壓 電/電致伸縮膜型傳感器的測定精度有可能變差以及測定值的可靠性有可能降 低。
對此，考慮了用例如高分子樹脂型保護膜覆蓋壓電/電致伸縮膜型傳感器 以便與氛圍氣(環(huán)境)隔開的手段。然而，在對傳感器進行這種處理時，壓電 /電致伸縮膜型傳感器(壓電/電致伸縮元件)很難被保護膜振動，傳感器的靈 敏度降低，因此算不上優(yōu)選的方式。
然而，雖然壓電/電致伸縮膜型傳感器的測定對象(流體)和使用環(huán)境是 已知的，考慮了傳感器的設置，通常不會產生問題，然而，由于用上述保護膜 覆蓋，成本增加，并且由于靈敏度降低，有可能導致可靠性不足。
本發(fā)明基于上述情況而提出，其目的是提供一種壓電/電致伸縮膜型傳感 器，其不需要用保護膜覆蓋等施加膜等的處理，在使用場所的氛圍氣有變化的 情況下可以對此進行處置，至少可以防止可靠性低的測定的繼續(xù)。作為反復研 究的結果，已經發(fā)現，通過除了測定流體特性的原有功能以外還具有確認自身 狀態(tài)的功能的壓電/電致伸縮膜型傳感器，可以實現上述目的。
也就是說，首先，根據本發(fā)明，提供了一種可確認自身的測定可靠性的壓 電/電致伸縮膜型傳感器，所述壓電/電致伸縮型傳感器具備陶瓷基體和壓電/
電致伸縮元件；所述陶瓷基體具有薄隔膜部和與該膜隔膜部的周緣設置成一體 的厚部，通過這些薄隔膜部與厚部形成與外部連通的空腔；所述壓電/電致伸 縮元件設置在該陶瓷基體的薄隔膜部的外表面上，具有包括膜狀的壓電/電致 伸縮體以及夾持該壓電/電致伸縮體的一對膜狀電極的層狀結構；通過與該壓 電/電致伸縮元件的驅動聯動，陶瓷基體的薄隔膜部發(fā)生振動；所述壓電/電致 伸縮體含有堿金屬或者堿土金屬，所述電極含有金或鉑。 作為所述堿金屬或堿土金屬的適合實例，可以列舉鈉。 其次，根據本發(fā)明提供了一種流體特性測定裝置，包括上述壓電/電致 伸縮膜型傳感器，施加驅動所述壓電/電致伸縮膜型傳感器的壓電/電致伸縮元 件的電壓的電源，檢測隨著壓電/電致伸縮膜型傳感器的薄隔膜部的振動的電 常數變化的電常數監(jiān)視裝置，測量壓電/電致伸縮膜型傳感器的壓電/電致伸縮 體夾持的 一對電極之間的絕緣電阻的絕緣電阻測量裝置。在本發(fā)明的流體特性測定裝置中，在高濕度環(huán)境下測量上述壓電/電致伸 縮體夾持的 一對電極之間的絕緣電阻時，可以更加明確地把握傳感器的狀態(tài)。
驅動壓電/電致伸縮元件的電壓施加在一對電極之間，在夾持在該一對電 極之間的壓電/電致伸縮體中施加電場。作為電常數，例如可以列舉損耗因數、 位相、電阻、電抗、電導率、電納、感應系數和電容。尤其，在壓電/電致伸 縮體的共振頻率附近具有一個極大或極小的變化點的損耗因數或位相是優(yōu)選 使用的。
此外，根據本發(fā)明，提供了一種壓電/電致伸縮膜型傳感器的再生方法， 其中使用上述壓電/電致伸縮膜型傳感器，在壓電/電致伸縮傳感器中的壓電/ 電致伸縮體夾持的一對電極之間的絕緣性由于使用而降低時，對其進行再生， 該再生方法至少包括將壓電/電致伸縮膜型傳感器的壓電/電致伸縮體加熱的步 驟(壓電/電致伸縮體加熱步驟)、使用酸性液或凈化水清洗至少壓電/電致伸縮 元件的步驟(壓電/電致伸縮元件清洗步驟)、將壓電/電致伸縮體極化的步驟(壓 電/電致伸縮體極化步驟)。
將其再生的方法是指將電極之間的絕緣性降低的壓電/電致伸縮膜型傳感
器的絕緣性恢復。通過這種再生，可以在夾持在電極之間的壓電/電致伸縮體 上施加預定電壓。
在上述壓電/電致伸縮膜型傳感器的制造方法和再生方法中使用的酸性液
的實例包括稀硫酸、稀鹽酸。電阻率為0.15-18MQ.cm (25°C)的凈化水是優(yōu) 選使用的。由于可以廣泛選擇電極的種類(不產生腐蝕)，凈化水比酸性液更 優(yōu)選。
在本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器中，在傳感器的使用環(huán)境中存在的 氧化物與壓電/電致伸縮體中含有的堿金屬或者堿土金屬在壓電/電致伸縮體的 表面反應，在表面上吸附，電極中含有的金或鉑作為催化劑促進該反應。結果， 電極之間的絕緣電阻發(fā)生變化，可以確認傳感器的使用環(huán)境(氛圍氣)和自身 的絕緣狀態(tài)，即測定可靠性。
另外，由于構成本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的壓電/電致伸縮體含 有堿金屬或堿土金屬，同時電極含有金或鉬，在傳感器的使用環(huán)境中存在的氧 化物容易吸附，因此，小的變化即可以導致大量吸附，因此具有高靈敏度。例如，在壓電/電致伸縮膜型傳感器由含有鈉的壓電/電致伸縮體構成時，
如果周圍環(huán)境中的硫氧化物(sox)增加，硫氧化物(sox)與壓電/電致伸縮 體中含有的鈉反應，在壓電/電致伸縮體的表面上吸附,在壓電/電致伸縮的表 面上產生鈉-硫化合物(例如硫酸鈉)。而且，結果，少量的短路電流容易在電 極之間流動，電極之間的絕緣電阻降低。因此，通過測定電極之間的絕緣電阻
(例如每隔一定時間)，可以測定環(huán)境中存在的硫氧化物(SOx)等氧化物的濃
度，可以靈敏地測定環(huán)境的變化。本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器可以用
作用于測定在這種環(huán)境中存在的氧化物的濃度或者^r測環(huán)境變化的傳感器。
在用不含堿金屬或堿土金屬的壓電/電致伸縮體與不含金或鉑的電極構成 的壓電/電致伸縮膜型傳感器中，在壓電/電致伸縮體中不存在容易與周圍的硫 氧化物(SOx)等氧化物反應的物質，而且也不存在促進該反應的催化劑，所 以，周圍的硫氧化物(SOx)等氧化物難以在壓電/電致伸縮體的表面上吸附， 電阻變化很少。因此，即使使用環(huán)境變化，空氣中的氧化物濃度上升，壓電/ 電致伸縮膜型傳感器自身也不能檢測到該氧化物的存在，從而很難檢測使用環(huán) 境(氛圍氣)的變化。因此，4艮難確保自身的測定可靠性。
然而，本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器由于測定環(huán)境中存在的氧化物 的濃度和環(huán)境的變化，可以確認自身的測定可靠性，在環(huán)境惡化時，可以明確 判定測定的可靠性降低。由于可以增加諸如修正傳感器自身的測定值等的處 理，可以改進傳感精確度。
本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器由于具有在薄隔膜部上設置的壓電/電 致伸縮元件，與壓電/電致伸縮元件的驅動聯動，薄隔膜部發(fā)生振動，因此可 以用作已知的測定粘度、密度、濃度等流體特性的傳感器。例如，壓電/電致 伸縮膜型傳感器(壓電/電致伸縮元件)在流體中振動時，通過流體的粘性阻 力接受機械阻力，壓電/電致伸縮元件的電常數與該機械阻力成一定關系地變 化，所以可以檢測該電常數，測定流體的粘度。
因此，本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器可以稱為具有環(huán)境測定功能或 環(huán)境變化檢測功能的流體特性測定用傳感器。另外，根據環(huán)境，在設置時可能 不需要發(fā)揮預定性能，因此可稱為具有診斷自身是否設置在可充分發(fā)揮性能的 環(huán)境中的自我診斷功能，并且可以修正測定值的可自我^f'務復的流體特性測定用傳感器。
根據優(yōu)選的使用本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的本發(fā)明流體特性測 定裝置的實施方案，例如在測定流體的粘度時，可以在測定流體粘度的同時檢
測硫氧化物(sox)的濃度并記錄二者的值?；蛘?，可以至少檢測環(huán)境的變化，
發(fā)出警報，修正測定值。因此，在測定對象(流體)漏出或工廠狀況改變時， 例如出乎意料地在設置壓電/電致伸縮膜型傳感器的場所充滿含有硫氧化物
(sox)的氣體的情況下，不會發(fā)生察覺不到由于環(huán)境變化導致的測定值異常
的問題。
本發(fā)明的流體特性測定裝置設有上述本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感 器、電源、電常數監(jiān)視裝置和絕緣電阻測量裝置。這是使用本發(fā)明的壓電/電 致伸縮膜型傳感器測定流體特性以及測定環(huán)境的裝置的一個具體實施方案。根 據本發(fā)明的流體特性測定裝置，根據電常數監(jiān)視裝置檢測電常數，測定流體特 性(例如粘度)。另外，通過絕緣電阻測量裝置測定電極之間的絕緣電阻，以
及測定存在于環(huán)境中的硫氧化物(sox)等氧化物濃度。由此可以獲得上述本
發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的優(yōu)異效果。
本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器在高濕度、存在氧化物的氛圍氣中使
用時，氧化物(例如硫氧化物SOx)或者該氧化物與堿金屬或堿土金屬(例如
鈉)的化合物(例如硫酸鈉)在壓電/電致伸縮元件的表面上堆積，電極之間 的絕緣性降低，即使電源側的輸出一定，在夾持在電極之間的壓電/電致伸縮 體上也不能施加預定電壓。如果這樣，作為至少測定流體特性用傳感器，不能 獲得正常的測定值。對于這種不能再使用并且效用結束的本發(fā)明壓電/電致伸 縮膜型傳感器實施本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的再生方法，可以回復 到可再使用的狀態(tài)。
也就是說，根據本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的再生方法，由于壓 電/電致伸縮元件(壓電/電致伸縮體)使用酸性液或者純水清洗，可以除去壓
電/電致伸縮元件表面上附著的氧化物(例如硫氧化物(SOJ)或者該氧化物
與堿金屬或堿土金屬(例如鈉)的反應所生成的化合物(例如硫酸鈉)，恢復 電極之間的絕緣性，可以對夾持在電極之間的壓電/電致伸縮體施加預定電壓。 另外，在本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的再生方法中，由于壓電/電致伸縮元件極化，通過加熱干燥去極化的壓電/電致伸縮體可以恢復到預定的極化 狀態(tài)，獲得預定的振動。因此，使用過的壓電/電致伸縮膜型傳感器在進行本 發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器再生方法之后可以正常作為流體特性測定用 傳感器工作。
另外，在本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器中，由于使用，氧化物(例
如硫氧化物(sox))或者該氧化物與堿金屬或堿土金屬(例如鈉)的化合物(例
如硫酸鈉)在壓電/電致伸縮元件表面上堆積時，雖然產生了氧化物濃度測定 的精度降低或者檢測氧化物濃度變化率的靈敏度鈍化的問題，但通過本發(fā)明的 壓電/電致伸縮膜型傳感器的再生方法除去這些物質時，消除了上述問題，可 以重新精確地測定環(huán)境，或者可以發(fā)揮高靈敏度測定環(huán)境變化的功能。


圖1是^^艮據本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的 一個實施方案的平面圖。
圖2是顯示圖1的AA斷面的斷面圖。 圖3是顯示圖1的BB斷面的斷面圖。
圖4是顯示本發(fā)明的流體特性測定裝置的一個實施方案的構成圖。
圖5是顯示實施例中用X線光電子光譜儀(X-ray Photoelectron Spectroscopy)測定壓電/電致伸縮膜型傳感器表面存在的硫氧化物(S0X )的 量的結果的圖。
附圖標記說明
1陶瓷基體
2厚部
3薄隔膜部
4 下部電極
5壓電/電致伸縮體
6 上部電極
7B 不完全結合部
8 輔助電極
9貫通孔
10 空腔11 (壓電/電致伸縮體的)外傾部 12壓電/電致伸縮元件
20壓電/電致伸縮膜型傳感器
21 電源
22 電常數監(jiān)視裝置
23 絕緣電阻測量裝置 40流體特性測定裝置
具體實施例方式
以下參考附圖來說明本發(fā)明的具體實施方案，然而，本發(fā)明不限于這些實 施方案。在不損害本發(fā)明主旨的范圍內，根據本領域技術人員的知識，可以做 出各種變更、修正、改良和替換。例如，附圖給出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案， 但本發(fā)明不限于附圖中表示的方案或信息。為了實施或-瞼證本發(fā)明，可以采用 說明書中同樣或類似的手段，但優(yōu)選的手段如下所述。
首先，說明本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的構成。圖1是示出本發(fā) 明的壓電/電致伸縮膜型傳感器的一個實施方案的平面圖(俯視圖)。圖2是示 出圖1的AA斷面的斷面圖，圖3是示出圖1的BB斷面的斷面圖。圖l-3所 示的壓電/電致伸縮膜型傳感器20具有陶資基體1和壓電/電致伸縮元件12。 陶瓷基體1具有薄隔膜部3和在該薄隔膜部3的周緣上設置成一體的厚部2, 在該陶瓷基體1上通過這些薄隔膜部3和厚部2形成空腔10，該空腔10通過 貫通孔9與外部連通。壓電/電致伸縮元件12設置在陶瓷基體1的薄隔膜部3 的外表面上，呈現由膜狀壓電/電致伸縮體5和夾持該壓電/電致伸縮體5的一 對膜狀電極(上部電極6和下部電極4)形成的層狀結構。
在壓電/電致伸縮膜型傳感器20中，下部電極4以這樣的方式形成其輔 助電極8側的一端以延伸至不超過薄隔膜部3的位置的長度來形成，而輔助電
下側。下部電極4和輔助電極8的在厚部2上的端部用作引線端子。在不完全 結合部7B的位置上(下部電極4和輔助電極8之間)可以設置用于結合壓電 /電致伸縮體5與薄隔膜部3的結合層。壓電/電致伸縮體5以橫;夸下部電極4 和輔助電極8，而且覆蓋下部電極4的大小來形成。上部電極6橫跨壓電/電致伸縮體8，與輔助電極8導電連接。在壓電/電致伸縮體5上形成外傾部11， 然而在尋求減小作為傳感器特性的電常數的散亂和隨時間變化的情況下，下部 電極4與壓電/電致伸縮體5可以為基本同樣大小，可以沒有外傾部11。
在壓電/電致伸縮傳感器20中，在驅動壓電/電致伸縮元件12 (發(fā)生位移) 時，陶瓷基體1的薄隔膜部3與之聯動，發(fā)生振動。為了不妨礙壓電/電致伸 縮體5的振動，陶瓷基體1的薄隔膜部3的厚度一般為50pm以下，優(yōu)選為30jjrn 以下，更優(yōu)選為15pm以下。薄隔膜部的平面形狀可以采用長方形、正方形、 三角形、橢圓形、正圓形等任何形狀，然而在需要簡化激發(fā)的共^^莫式的傳感 器應用中，根據需要選擇長方形或正圓形。
接下來以上述壓電/電致伸縮膜型傳感器20為例說明本發(fā)明的壓電/電致 伸縮膜型傳感器的各構成要素。在陶瓷基體1中使用的材料優(yōu)選是具有耐熱 性、化學穩(wěn)定性和絕緣性的材料。這是由于在下部電極4、壓電/電致伸縮體5、 上部電極6 —體化時需要熱處理，以及在壓電/電致伸縮膜型傳感器感測液體 特性的情況下該液體具有導電性和腐蝕性。優(yōu)選使用的材料的實例包括穩(wěn)定化 的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、莫來石、氮化鋁、氮化硅和玻璃等。在這些當中， 穩(wěn)定化的氧化鋯是最優(yōu)選的，因為即使形成極薄的薄隔膜部，該材料也能保持 高的機械強度和優(yōu)異的韌性。
壓電/電致伸縮體5的材料可以為任何材料，只要含有堿金屬或堿土金屬、 顯示壓電/電致伸縮效應。作為滿足條件的優(yōu)選材料，可以列舉(Bio.5Nao.5)Ti03 或者以其為主成分的材料或者(l-x)(Bi。.5Nao.5) TiOrxKNb03(其中x是0《x幼.06 的摩爾分數)或者以其為主成分的材料。
在設置結合層的情況下，作為結合層的材料，可以使用與壓電/電致伸縮 體5和陶瓷基體1二者的密合性和粘結性高的有機材料或無機材料。所使用的 材料的熱膨脹系數值在陶瓷基體1的材料的熱膨脹系數與壓電/電致伸縮體5 中使用的材料的熱膨脹系數之間是優(yōu)選的，因為可以獲得可靠性高的粘結性。 在壓電/電致伸縮體5熱處理時，適合使用具有壓電/電致伸縮體5的熱處理溫 度以上的軟化點的玻璃材料。壓電/電致伸縮體5與陶瓷基體1牢固結合，由 于軟化點高，由熱處理導致的變形被抑制。此外，壓電/電致伸縮體5在用上 述材料構成的情況下，作為結合層材料，優(yōu)選采用以(l-x)(Bia5Na0.5)TiOrxKNb03 (其中x是0.08^x幼.5的摩爾分數)為主成分的材料。這是因為 它與壓電/電致伸縮體5與陶瓷基體1 二者的密合性高，能夠抑制熱處理時對 壓電/電致伸縮體5和陶資基體1的不良影響。也就是說，由于具有與壓電/電 致伸縮體5同樣的成分，與壓電/電致伸縮體5的密合性高，另外，由在使用 玻璃時所產生的不同元素擴散導致的問題減少，另外，由于含有大量的 KNb03,與陶瓷基板1的反應性高，可以形成牢固的結合。另外，(l-x)(Bia5Nao.5) Ti03-xKNb03(其中x是0.08^x幼.5的摩爾分數)幾乎不顯示壓電/電致伸縮特 性，相對于使用時下部電極4與輔助電極8中產生的電場不發(fā)生位移，可以獲 得穩(wěn)定的傳感器特性。
電極(上部電極6、下部電極4和輔助電極8)的材料使用金或以金為主 成分的合金或者鉑或以鉑為主成分的合金。另外，通過添加銠作為上部電極6 的材料，可以提高電極的耐熱性，使得燒成收縮被控制，可以同時獲得覆蓋性 和致密性。另外，在與(l-x)(Bio.5Nao.5) Ti03-xKNb03組合時，由于電極與陶資 的界面的肖特基勢壘根據銠的添加量而改變，可以控制初期的絕緣電阻。
接下來以上述壓電/電致伸縮膜型傳感器20的制造為例來說明本發(fā)明的壓 電/電致伸縮膜型傳感器的制造方法。陶資基體1可以根據生片(green sheet)層 合法制作。具體地說，準備以上述陶資材料為主成分的預定數目的陶t:生片， 使用例如設置沖頭和模頭的沖孔加工機，將所需數目的所得陶瓷生片層合后在 其中制作構成空腔10的預定形狀的孔部，在層合所需片數之后，制作構成貫 通孔9的預定形狀的孔部，此后，依次將構成薄隔膜部3的陶殼生片、具有形 成空腔10的孔部的陶瓷生片、具有形成貫通孔9的孔部的陶資生片層合，形 成層合坯體，將該坯體燒成，獲得陶乾基體l。
另外，陶瓷生片可以通過已知的陶瓷制造方法來制作。例如，準備陶瓷材 料粉，按照所需組成將它與粘結劑、溶劑、分散劑、增塑劑等混合，制備漿料， 然后在消泡處理后，然后通過刮涂法、逆轉輥涂布法或者逆轉輥筒刮刀涂布法， 可以獲得陶瓷生片。
可以在單獨制備壓電/電致伸縮元件12之后，將該元件貼付于陶資基體1 上，也可以在陶瓷基體1上直接形成壓電/電致伸縮元件12。在后一種情況下， 例如可以如下所述來制作。首先，通過公知的各種成膜方法，在陶瓷基體1的薄隔膜部3的外表面上形成下部電極4與輔助電才及8。具體地說，可以適當 地選擇離子束、濺射、真空沉積、CVD、離子鍍、電鍍等薄膜形成方法或者 絲網印刷、噴涂、浸涂等厚膜形成方法。尤其，適宜選擇濺射法和絲網印刷法。 在設置結合層的情況下，可以采用通常的厚膜技術來形成。尤其，使用壓 印法或絲網印刷法。或者，當所要形成的部分具有大約數十微米到數百微米的 尺寸時，優(yōu)選使用噴墨方法。在結合層需要熱處理的情況下，可以在隨后的形 成壓電/電致伸縮體5之前熱處理，也可以在壓電/電致伸縮體5的形成之后同 時進〗于熱處理。
壓電/電致伸縮體5與下部電極4和輔助電極8同樣地通過公知的各種成 膜方法來形成。其中，為了減低成本，優(yōu)選使用絲網印刷。由此形成的壓電/ 電致伸縮體5根據需要進行熱處理，與下部電極4、輔助電極8和結合層形成 為一體。熱處理溫度是卯0-1400。C。在熱處理時，為了使得在高溫下壓電/電 致伸縮體5不變得不穩(wěn)定，優(yōu)選同時控制壓電/電致伸縮材料的蒸發(fā)源和氛圍
氣
上部電極6通過與下部電極4和輔助電極8同樣的成膜方法形成。而且， 上述電極6在成膜后根據需要進行熱處理，與壓電/電致伸縮體5和輔助電極8 接合，成為一體結構。
另外，在通過熱處理粘結下部電極4、結合層、壓電/電致伸縮體5和上部 電極6時，可以形成各自層之后每次都進行熱處理，也可以依次形成膜，然后 同時熱處理。在熱處理時，為了獲得良好的粘結性并且可以抑制由構成元素擴 散導致的變質，當然需要適當選擇熱處理溫度。
通過以上步驟，完成了具有陶瓷基體1和壓電/電致伸縮元件12的壓電/ 電致伸縮膜型傳感器20的結構。接著使用酸性液或者凈化水清洗整個壓電/ 電致伸縮膜型傳感器20 (至少壓電/電致伸縮元件12)。通過該清洗，除去了 壓電/電致伸縮體5中含有的、存在于表面上的堿金屬或堿土金屬。例如，在 選擇(Bio.5Nao.5)Ti03為主成分的材料作為壓電/電致伸縮體5的材料時，除去壓 電/電致伸縮體5的表面上存在的鈉。由于除去堿金屬鈉，即使在高濕度環(huán)境 下，壓電/電致伸縮膜型傳感器20作為出廠產品保持了壓電/電致伸縮體5的表 面絕緣性能。此外，對壓電/電致伸縮體5施加直流高電壓進行極化處理。極化處理優(yōu) 選使得脈沖狀電壓的大小隨著施加電壓的次數而增加。這是因為，與不是這樣 做的情況相比，短時間內的極化率提高。這假設是因為極化處理在緩和壓電/ 電致伸縮體5的內部的應力的同時進行。此外，在極化處理之后，壓電/電致 伸縮體在80-100。C的溫度下加熱，在壓電/電致伸縮體5的電常數值會聚之后 在會聚時)，進一步優(yōu)選壓電/電致伸縮體5進行再極化處理，這是因為可以穩(wěn) 定壓電/電致伸縮膜型傳感器的特性。另外，作為上述電壓/電致伸縮體5的電 常數，可以適當采用電容、損耗因數、電阻、電抗、電導率、電納、感應系數 等。
接下來以壓電/電致伸縮膜型傳感器20為例說明本發(fā)明的壓電/電致伸縮 膜型傳感器的再生方法。通過上述制造方法可以制作壓電/電致伸縮膜型傳感 器20，該壓電/電致伸縮膜型傳感器20具有環(huán)境測定功能或者環(huán)境變化檢測功 能。這些功能通過壓電/電致伸縮體5含有堿金屬或堿土金屬、同時電極(上 部電極6、下部電極4等)含有金或柏而吸附周圍的氧化物(例如硫氧化物 (SOx))來實現。因此，該壓電/電致伸縮膜型傳感器20例如組裝到例如后述流 體特性測量裝置中，在工廠等現場實際使用時，只要使用環(huán)境不是潔凈室等特 殊場所，雖然根據環(huán)境條件在時間方面有所不同，但氧化物、化合物等會在壓 電/電致伸縮體5的表面上堆積，因此，在上部電極6與下部電極4之間的絕 緣性最終降低，不能再用作流體特性測定用傳感器，其效用結束。
因此，該效用結束時，換而言之，上部電極6與下部電極4之間的絕緣性 較出廠時降低一定程度以上時，例如從流體特性測定裝置中取出壓電/電致伸 縮膜型傳感器20，返回到再生工廠，使用酸性液或凈化水清洗壓電/電致伸縮 膜型傳感器20。通過這種清洗，除去吸附于壓電/電致伸縮體5表面上吸附的 氧化物、化合物等，通過這種除去，壓電/電致伸縮膜型傳感器20即使在高濕 度環(huán)境下也能保持壓電/電致伸縮體5表面的絕緣性與出廠時的制品相同，這 樣，電極之間的絕緣性當然恢復，可以再使用。另夕卜，在為了干燥進行加熱時， 需要再次將壓電/電致伸縮體5極化，通過這種極化，壓電/電致伸縮元件12 的壓電/電致伸縮特性可以變得與出廠時的制品相同。
接下來說明本發(fā)明的流體特性測定裝置。圖4是示出了本發(fā)明的流體特性測定裝置的一個實施方案的構成圖。圖4中所示的流體特性測定裝置40包括 所述壓電/電致伸縮膜型傳感器20、在上部電極6和下部電極4之間施加電壓 以驅動所述壓電/電致伸縮膜型傳感器20的壓電/電致伸縮元件12的電源21、 用于檢測隨著壓電/電致伸縮膜型傳感器20的薄隔膜部3的振動而發(fā)生的電常 數變化的電常數監(jiān)視裝置22、以及用于測量壓電/電致伸縮膜型傳感器20中上 部電極6與下部電極4之間的絕緣電阻的絕緣電阻測量裝置23，另外，具有 未圖示的加濕裝置。
流體特性測定裝置40具有電常數監(jiān)視裝置22，它是通過檢測電常數來測 定流體特性的裝置。例如，在流體中，驅動壓電/電致伸縮膜型傳感器20中的 壓電/電致伸縮元件12,薄隔膜部3發(fā)生振動時，通過流體的粘性阻力接受機 械阻力，與該機械阻力成一定關系地，壓電/電致伸縮元件12的電常數發(fā)生變 化，通過檢測該電常數變化，可以測定流體的粘度。而且，流體特性測定裝置 40由于設有絕緣電阻測量裝置23，例如，每隔一定時間可以測定上部電極6 與下部電極4之間的絕緣電阻，由此可以測定環(huán)境中存在的硫氧化物(S0X) 等氧化物濃度。因此，流體特性測定裝置40是既可測定流體特性又可測定環(huán) 境的裝置。此外，在測定該絕緣電阻時，通過加濕裝置將壓電/電致伸縮元件 12加濕，可以確認自身表面狀態(tài)是否以更高精度確保測定的可靠性。
本發(fā)明的流體特性測定裝置的流體特性測定的基本原理是利用振動子壓 電/電致伸縮元件和薄隔膜部的振幅和與該振動子接觸的流體的特性之間的相 關性。例如，流體特性為粘性阻力時，在該流體粘性阻力大時，振動子的振幅 變小，如果粘性阻力小，振動子的振幅變大。
而且，象振動子振動這種機械系統(tǒng)中的振動形態(tài)可以用電系統(tǒng)的等效電路 來置換。在該情況下，還可以認為振幅與電流對應。另外，雖然等效電路的振 動狀態(tài)顯示了共振點附近的各種電常數的變化，但在本發(fā)明的流體特性測定裝 置中，在損耗因數、位相、電阻、電抗、電導率、電納、感應系數和電容等電 常數中，具有等效電路共振頻率附近的變化極大或極小的一個變化點的損耗因 數或者位相優(yōu)選用作指標。與其他電常數相比，損耗因數或位相更容易進行檢 測。
當然，即使在流體特性不是粘性阻力的情況下，在要測定的流體中存在影響振動子振動的要素時，通過將該特性與壓電/電致伸縮元件和薄隔膜部的振 動變化關聯，就可以進行測定。例如，通過使流體為溶液和改變該溶液的濃度， 在改變粘度或密度時，由于溶液中的壓電/電致伸縮元件和薄隔膜部的振動形 態(tài)改變，可以測定溶液濃度。也就是說，本發(fā)明的流體特性測定裝置可以進行 溶液的粘度測定、密度測定和濃度測定。 實施例
以下詳細說明本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明不限于這些實施例。
如以下所述制作與上述壓電/電致伸縮膜型傳感器20 (無結合層)同樣的
六個的壓電/電致伸縮膜型傳感器。首先，將穩(wěn)定化的氧化鋯粉末、粘結劑和 分散劑混合，制備漿料，消泡處理后通過刮涂法成形，獲得多個陶覺生片。而 且，在需要的陶瓷生片上制作適宜的孔部，然后依次將構成薄隔膜部的陶瓷生
片、具有形成空腔的孔部的陶資生片、具有形成貫通孔的孔部的陶f:生片層合， 壓緊，獲得層合坯體。此后，通過將該層合坯體燒成，獲得陶資基體。
然后，在所得陶瓷基體的薄隔膜部上用絲網印刷法依次涂布以鉑為主成分 的糊料、以(Bia5Nao,5)Ti03為主成分的壓電/電致伸縮材料的糊料、以金為主成 分的糊料，分別燒成，形成包括下部電極、輔助電極、壓電/電致伸縮體、上 部電極的壓電/電致伸縮元件，獲得未清洗、未極化的壓電/電致伸縮膜型傳感 器。
而且，使用電阻率lMQ.cm的凈化水，將壓電/電致伸縮膜型傳感器清洗， 此后，施加40V的直流電壓，進行極化處理。
對如上所述制作的六個壓電/電致伸縮膜型傳感器Al、 A2、 A3、 Bl、 B2、 B3中的四個測定初期的絕緣電阻，分別是8.05 x 1010Q ( Al )、 8.00 x 1010Q (A2)、 8.00x 1010Q (Bl )、 8.10x 1010Q (B2)。
而且，將A1、 A2和A3真空包裝，在工廠的室內保存1天(24小時)。 另一方面，Bl、 B2和B3不進行真空包裝直接在工廠的室內放置1天(24小 時)。工廠室內的初期濕度是30%，溫度是24。C。經過一天后的濕度是80%， 溫度是24。C。測定保存或放置1天的6個壓電/電致伸縮膜型傳感器A1、 A2、 A3、 Bl、 B2和B3中的四個A1、 A2、 B1和B2的絕緣電阻，分別是1.50x 1010Q(A1)、 1.50x 1010Q ( A2)、 8.00 x 108Q (Bl )、 8.10 x 108Q (B2 )。在工廠的室內放置的壓電/電致伸縮膜型傳感器的絕緣電阻與真空包裝的傳感器相 比大幅度降低。
剩余的兩個A3和B3繼續(xù)保存或放置，在工廠的室內保存或放置總共6 天。而且，使用X線光電子光譜儀分析保存或放置6天的兩個壓電/電致伸縮 膜型傳感器A3和B3的表面。結果如圖5所示。在圖5中，橫軸表示結合能， 縱軸表示每單位秒的強度。如圖5所示，與真空包裝的傳感器(A3)相比， 放置在工廠室內的壓電/電致伸縮膜型傳感器(B3)的表面上，相當于232eV 附近的SOx的結合能強度變大。也就是說，表面上附著大量的硫氧化物(SOx )。 工業(yè)實用性
本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器可以用作流體特性測定用傳感器或/和 (空氣中的)氧化物(例如硫氧化物(SOx))濃度測定用傳感器。因為才艮據 本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器可以同時測定環(huán)境(或者檢測環(huán)境的變化) 和流體的特性，因此，在測定對象流體為鉛電池的電解液(稀^f危酸)、各種油、 蓄電池液體和測定項目為濃度等時，本發(fā)明的壓電/電致伸縮膜型傳感器可以 適當地用作流體特性測定用傳感器。
權利要求
1. 一種可確認自身的測定可靠性的壓電/電致伸縮膜型傳感器，所述壓電/電致伸縮型傳感器具備陶瓷基體和壓電/電致伸縮元件；所述陶瓷基體具有薄隔膜部和與該薄隔膜部的周緣設置成一體的厚部，通過這些薄隔膜部與厚部形成與外部連通的空腔；所述壓電/電致伸縮元件設置在該陶瓷基體的薄隔膜部的外表面上，且具有包括膜狀的壓電/電致伸縮體以及夾持該壓電/電致伸縮體的一對膜狀電極的層狀結構；通過與該壓電/電致伸縮元件的驅動聯動，所述陶瓷基體的薄隔膜部發(fā)生振動；所述壓電/電致伸縮體含有堿金屬或者堿土金屬，同時所述電極含有金或鉑。
2. —種流體特性測定裝置，包括 如權利要求1所述的壓電/電致伸縮膜型傳感器，施加驅動所述壓電/電致伸縮膜型傳感器的壓電/電致伸縮元件的電壓的電源，檢測隨著所述壓電/電致伸縮膜型傳感器的薄隔膜部的振動的電常數變化 的電常凝i視裝置，測量所述壓電/電致伸縮膜型傳感器的壓電/電致伸縮體夾持的所述一對電 極之間的絕緣電阻的絕緣電阻測量裝置。
3. 根據權利要求2所述的流體特性測定裝置，所述絕緣電阻的測量在高 濕度環(huán)境下實施。
4. 一種壓電/電致伸縮膜型傳感器的再生方法，其中使用權利要求l所述 的壓電/電致伸縮膜型傳感器，在所述壓電/電致伸縮傳感器中的所述壓電/電致 伸縮體夾持的所述一對電極之間的絕緣性由于使用而降低時將其進行再生，該 再生方法包"^:至少將所述壓電/電致伸縮膜型傳感器的所述壓電/電致伸縮體加熱的步 驟、使用酸性液或凈化水至少將所述壓電/電致伸縮元件進行清洗的步驟以及 將所述壓電/電致伸縮體極化的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓電/電致伸縮膜型傳感器20，其具有陶瓷基體1和壓電/電致伸縮元件12，所述陶瓷基體1具有薄隔膜部3和厚部2，由此形成空洞10，所述壓電/電致伸縮元件12包含設置在該陶瓷基體1上的壓電/電致伸縮體5和將該壓電/電致伸縮體5夾持的上部電極6和下部電極4。該壓電/電致伸縮膜型傳感器20特征在于壓電/電致伸縮體5含有堿金屬或堿土金屬，同時上部電極6和下部電極4含有金或鉑，在使用場所的氛圍氣變化時，該傳感器處理這種改變，至少可以防止可靠性低的測定的繼續(xù)。
文檔編號G01N11/14GK101484790SQ20078002508
公開日2009年7月15日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權日2006年7月4日
發(fā)明者大西孝生, 山田智裕, 清水秀樹 申請人:日本礙子株式會社