热通量传感器技术回顾
Hukseflux 的箔热通量传感器包含全金属“蚀刻和电镀”热电堆导体。竞争型号使用通过印刷金属填充油墨制成的热电堆导体。Hukseflux 的测试揭示了缺点，特别是使用金属填充油墨制造的热通量传感器的不稳定性。 不稳定的传感器无法可靠地执行准确且可重复的测量。用户可以通过监测热通量传感器的电阻来检测稳定性问题。
* 实验是在Hukseflux FHF系列型号以及从印刷热通量传感器的领先供应商处购买的传感器上进行的。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时的传感器。
在此处阅读全文：热通量传感器技术回顾 - 印刷导电油墨与金属蚀刻和电镀 （PDF）
介绍
热通量传感器测量薄层材料上的温差。它们通常采用热电堆，热电堆是通过创建两个不同导体（通常是金属合金）的交替图案来制造的。请参阅图 2。
图2 一般热通量传感器原理：传感器包含一个由两种金属合金交替图案组成的热电堆。
印刷柔性电路
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（通常是铜、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孔，您可以构建热电堆，见图 3。另见美国专利 10 393 598。
图3 使用印刷技术制作的带有热电堆的热通量传感器的特写。将两种不同的金属填充导电油墨印刷到通孔中。
蚀刻和电镀
蚀刻和电镀技术使用金属箔作为基材。通过将材料蚀刻掉，并在局部镀上另一种金属，您可以构建一个热电堆，见图 4。
图4 使用蚀刻和电镀技术制作的带有热电堆的热通量传感器的特写。连续的全金属走线被局部电镀并编织穿过传感器的塑料基材。
不同之处：传感器稳定性
两种技术之间的差异在两个实验中被揭示出来。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
- 弯曲时的稳定性
不稳定的传感器会随着时间的推移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。从测试结果的角度来看：所有相关传感器的校准不确定度均为 5%。仅百分之几的不稳定性就很重要。
测试结果
传感器的灵敏度在20°C下测试，在1 x 25⁻³ m半径的管道上弯曲10次后，并暴露在高温下24小时。传感器首先暴露在120°C下，然后暴露在150°C下。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。灵敏度的变化都与Hukseflux在20°C下的初始测量有关，并且都是在平坦的表面上进行的。在确定灵敏度时，测量变化的能力具有 1% 左右的可重复性，断言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通量传感器灵敏度和内阻稳定性测试。测试在暴露于高温 24 小时之前和之后以及弯曲之前和之后进行。所有传感器的额定温度均可在高达 120 °C 的温度下长期使用，并以“柔性”的形式出售，卖家证实了这一点：“适用于弯曲半径达 1.25 x 10⁻³ m”。变化都是相对于测试开始时的变化，正值表示测试后值越高。
| 传感器技术 | 测试 | 灵敏度的永久性变化 | 电阻的永久性变化 |
| [名称] | [(V/(宽/平方米)/(V/(宽/平方米)] | [Ω / Ω] | |
| 蚀刻 |
弯曲半径 25 x 10⁻³米 |
检测不到(<3 %) | <2 % |
| 印刷 |
弯曲半径 25 x 10⁻³米 |
-7 % | +11 % |
| 蚀刻 | 120摄氏度 | 检测不到(<3 %) | <2 % |
| 印刷 | 120摄氏度 | +6 % | +250 % |
| 蚀刻 | 150摄氏度 | 检测不到(<3 %) | <2 % |
| 印刷 | 150摄氏度 | + 16 % | +1200 % |
结论
- 基于蚀刻和电镀制造技术的传感器在额定工作范围内，在弯曲和高温暴露下保持稳定
- 基于金属填充墨水的传感器必须小心处理，即使在轻度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暴露于高温下可能具有不同的失效机制。比较测试结果，所有测试的电阻都会增加，而一个测试的灵敏度会增加，而另一个测试的灵敏度会降低。
在此处阅读全文，包括讨论和建议： 热通量传感器技术回顾 - 印刷导电油墨与金属蚀刻和电镀 （PDF）
