热流传感器技术：印刷热电堆导体与蚀刻和电镀导体

热流密度传感器技术综述

Hukseflux的箔式热流传感器包含全金属“蚀刻和电镀”热电堆导体。竞争车型使用由印刷金属填充油墨制成的热电堆导体。Hukseflux的测试揭示了潜在的缺点，特别是使用金属填充油墨制造的热流传感器的不稳定性。*不稳定的传感器不能可靠地执行准确和可重复的测量。用户可以通过监测热流传感器的电阻来检测稳定性问题。

*实验在Hukseflux FHF系列模型以及从印刷热流传感器领先供应商处购买的传感器上进行。测试结果可能不适用于其他制造商生产的传感器或改进制造技术的传感器。基于蚀刻和电镀制造技术的传感器在弯曲和高温暴露下稳定

基于金属填充油墨的传感器必须小心处理，即使在轻微暴露下也可能存在稳定性问题。

基于金属填充油墨的传感器在弯曲和高温下可能有不同的失效机制。比较测试结果时，所有测试中的电阻都会增加，而一个测试中的灵敏度会增加，另一个测试的灵敏度会降低。

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介绍

热流传感器测量薄层材料上的温差。它们通常采用热电堆，通过制造两个不同导体（通常是金属合金）的交替图案来制造热电堆。请参见下面的图2。

热流测量-传感器热到冷流量

图2热流传感器原理：传感器包含由两种金属合金交替图案组成的热电堆。

印刷挠性电路

印刷柔性电路通常用于许多应用。这些电路中使用的导电油墨由填充有小导电颗粒（通常为铜、镍或银）的塑料基材组成。使用带有通孔的电路，并用两种不同的导电油墨填充交替的孔，可以构建热电堆。另见美国专利10 393 598。

使用印刷技术制作的热电堆特写

图3使用打印技术创建的热电堆热流传感器的特写。两种不同的金属填充导电油墨被印刷到通孔中。

蚀刻和电镀

蚀刻和电镀技术使用金属箔作为基材。通过蚀刻材料，并局部镀上另一种金属，可以构建热电堆。

使用蚀刻和电镀技术制作的热电堆热流传感器特写

图4使用蚀刻和电镀技术制作的热电堆热流传感器的特写。传感器的塑料基材局部电镀并编织出连续的全金属痕迹。

差异：传感器稳定性

两个实验揭示了这两种技术之间的差异。它们解决了传感器稳定性的潜在问题，即灵敏度的变化。

高温暴露下的稳定性

弯曲稳定性

不稳定的传感器随着时间和使用而变得越来越不可靠。因此，校准证书中给出的灵敏度不确定度不再有效。正确看待测试结果：所有相关传感器的校准不确定度为5%。只有少数几个百分点的不稳定性是显著的。

测试结果

在25 x 10的管道周围弯曲1次后，在20℃下测试传感器的灵敏度⁻3 m半径，暴露于高温24小时后。传感器首先暴露于120℃，然后暴露于150℃。150˚C高于印刷传感器的额定工作范围，仅用于指示在额定120˚C范围内长期暴露期间可能发生的情况。灵敏度的变化均与Hukseflux在20℃下进行的初始测量有关，均在平坦表面上进行。在确定灵敏度时，测量变化的能力具有约1%的再现性，表明可以有意义地检测到3%的变化。在这个实验中，绝对精度不是一个因素。

表1基于两种制造技术的热流传感器灵敏度和内阻稳定性测试。测试在高温暴露24小时前后以及弯曲前后进行。传感器的额定长期使用温度高达120˚C，并以“柔性”出售，卖家确认：“适合弯曲1.25 x 10⁻³m半径”。变化都与测试开始时的变化有关，正值表示测试后的值较高。

传感器技术

测验

灵敏度永久变化

电阻的永久变化

[姓名]

[（V/（W/m²）/（V/

[Ω / Ω]

铭记在心的

弯曲半径

25 x 10⁻立方米

无法检测（<3%）

< 2 %

印刷的

弯曲半径

25 x 10⁻立方米

-7 %

+11 %

铭记在心的

120摄氏度

无法检测（<3%）

< 2 %

印刷的

120摄氏度

+ 6 %

+ 250 %

铭记在心的

150摄氏度

无法检测（<3%）

< 2 %

印刷的

150摄氏度

+ 16 %

+ 1200 %

结论

基于蚀刻和pl的传感器