柔性基板上的丝网印刷热电偶阵列

状态监测基板†

马塞尔·诺尔*、克里斯蒂娜·奥芬策勒、伯恩哈德·梅尔霍夫、伯恩哈德·雅克比和

沃尔夫冈·希尔伯

微电子与微传感器研究所，约翰内斯开普勒大学，4040林茨，奥地利；

†于2018年9月9日至12日在奥地利格拉茨举行的2018年欧洲传感器大会上发表。

出版日期：2018年11月30日

文摘：本文讨论了在柔性电路板上实现全印刷热电偶阵列的方法

用于状态监测应用的基板。炭黑热电偶阵列

用丝网印刷法在PET箔上制备了银，并对其进行了表征

温度为150°C。以确保热电偶不会因以下原因产生杂散电压：

研究了柔性基板变形对箔材变形的交叉敏感性

也被调查过。最后，作为一个测试案例，分析了塑料棒在加热板上的温度梯度

单端用热电偶阵列测量。

关键词：丝网印刷温度传感器；柔性热电偶阵列；状态监测

1.简介

汽车和其他工业部门都对制造更多的机器感兴趣

高效和更精确，以减少成本和维护工作。为此，传感器

在过去的几年里，传感器系统已经得到了改进，并引起了人们的兴趣，例如，对于条件和

敏感或关键机器部件的故障监测[1–3]。许多系统过热

在它们失效之前，温度监测可以用来预测失效，降低功率和压力

在机器损坏之前。为了获得机器的热像

如果部件位于机器外部，则红外摄像机是最佳选择之一，而

当部件位于机器内部时不适用。此外，红外线

成像是一种非常昂贵的温度监测方法。一个低成本的选择是

使用位于感兴趣点的热电偶或热敏电阻进行温度监测。作为

热电偶对变形和压力的敏感度不如热敏电阻[4,5]

温度传感器是低成本、快速热状态下最有前途的替代品

监测。这项工作涉及实现一个低成本的方法，热成像使用

热电偶作为阵列布置中的传感元件，其中热电偶是屏蔽的

使用两种商用丝网印刷油墨印刷在柔性PET箔上。这个

在阵列布置中使用热电偶的优点是减少了所需的

连接。在这种情况下，对于8个热电偶，连接数量可以从16个减少

到九个连接。

2.材料和方法

制造的热电偶是基于两种商用丝网印刷油墨

银色墨水Loctite-EDAG-PF-050-E&C和碳黑墨水Loctite-EDAG-PR-406-B-E&C。八

2018年会议记录，2，803，第2页，共4页

一排排的银路径在末端被一行炭黑交叉，形成一个八行的阵列

热电偶。这样的安排有助于读出八个热电偶只用九个

连接而不是16个，这是一个优势，当应用程序的空间

接线受限。首先，碳黑油墨是丝网印刷到聚酯箔上使用90

线/cm网，并在150°C下固化30分钟。随后，使用120°C印刷银

螺纹/cm丝网，并在150°C下固化30分钟。图1a描述了丝网印刷热电偶

在宠物箔上。银线在末端与炭黑线接触，从而形成八条

等距热电偶。3D打印外壳中的弹簧加载触点用于

热电偶的电气连接。制造的热电偶也适用于

例如，通过顶部箔的层压来嵌入。由一个电压表使用

切换银色连接的多路复用器。

（a） （二）

图1.（a）热电偶阵列由一条炭黑线和八条线交叉组成

印在聚酯箔上的银(b） 在随后的四次测量中记录热电偶输出

接头温度高达150°C，而端子温度保持在25°C，导致温度升高

差值ΔT为125°C。

3.实验结果

在试验中，热电偶的特性在150°C的温度下进行

将热电偶接头加热至150°C，同时将接头保持在25°C的钻机

使用水回火铝块。达到的温差