Applikation - Sensorik

Thema

Thermoelemente

Gedrucktes Thermoelement mehrfach verschaltet eingebettet in Kapton (oben: mikroskopische Aufnahme).

Gedrucktes Thermoelement mehrfach verschaltet auf LTCC.

Thermoelemente können zur Temperaturbestimmung für einen breiten Temperaturbereich eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch eine hohe Linearität des Messsignals und eine hohe Robustheit aus. Durch die Verschaltung zweier metallischer Leiter oder metallischer Legierungsleiter an der zu messenden Stelle wird eine thermoelektrische Spannung gewonnen, die als Messsignal dient. Für Standard-Thermoelemente geschieht dies durch Metallkabel oder Leiter, welche an der Messspitze verbunden werden und dadurch unflexibel und schwer zu miniaturisieren sind.

Das Direktdrucken mittels Aerosol Jet Druck ermöglicht das Applizieren von Thermoelement-Paarungen direkt auf den zu messenden Oberflächen und Bauteilen. Im Fraunhofer IKTS wurden dafür verdruckbare Tinten (Ag, Ni, CuNi) entwickelt, die sich bei Temperaturen unter 300 °C aktivieren lassen. Durch das Druckverfahren Aerosol Jet können die Leiter kontaktlos und miniaturisiert (Auflösung bis 20 µm Leiterbahnbreite) auf planare, als auch auf 3D-Oberflächen direkt aufgetragen werden. Durch das Mehrfachverschalten der Leiter lassen sich Thermospannungen von über 35 µV/K realisieren, um so möglichst hohe Thermospannungen nahe der standarisierten Thermoelemente zu erhalten. Zur Abschirmung der Thermoelementpaarungen gegenüber Umwelteinflüssen wurde die Einbettung in Epoxidharz oder das Einlaminieren in Kapton erfolgreich getestet. Die Langzeitauslagerung für 1000 Stunden bei 150 °C eines eingebetteten, gedruckten Thermoelements ließ nur einen geringen Drift der Thermospannung von unter 5% über den gesamten Messzeitraum erkennen.