PL211588B1

PL211588B1 - Sposób wytwarzania temperaturowego czujnika mikroprzepływowego

Info

Publication number: PL211588B1
Application number: PL386685A
Authority: PL
Inventors: Jan Chorowski; Mateusz Czok; Dominik Jurków; Karol Malecha; Leszek Golonka
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2012-06-29
Also published as: PL386685A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania temperaturowego czujnika mikroprzepływowego wykonanego w technice niskotemperaturowej ceramiki współwypalanej, w szczególności przeznaczonego do określania właściwości termicznych cieczy.

Sposoby wytwarzania ceramicznych czujników przepływowych znane z publikacji M. R. Gongora-Rubio, P. Spinoza-Vallejos, L. Sola-Laguna oraz J. J. Santiago-Aviles, „Overview of Iow temperature co-fired ceramics tape technology fpr meso-system technology, Sensors and Actuators A, 89, 2001, 222-241, polegają na mechanicznej obróbce niskotemperaturowej ceramiki przy pomocy urządzeń numerycznych lub na trawieniu surowej folii ceramicznej przy pomocy acetonu.

W publikacji K. A. Petersom, K. D. Patel, C. K. Ho, S. B. Rohde, C. D. Nordquist, C. A. Walker, B. D. Wróblewski oraz M. Okandan, „Novel Microsystem applications with New techniques in low-temperature co-fired ceramics, International Journal of Applied Ceramics Technology, 2 [5], 2005, 345-363, przedstawione są ceramiczne czujniki przepływowe, które wytwarzane są poprzez zastosowanie specjalnych past węglowych. Pasta po nadrukowaniu wypełnia przestrzeń kanału, następnie ulega zgazowaniu podczas wypalania struktury ceramicznej i pozostawia wolną przestrzeń kanału przepływowego w module ceramicznym.

Ceramiczne czujniki przepływowe wykonywane są również poprzez wytłaczanie w podwyższonej temperaturze za pomocą odpowiednio przygotowanej mosiężnej lub miedzianej matrycy. Sposób wytłaczania kanałów przepływowych przedstawiony jest w publikacji: T. Rabe, P. Kuchenbecker oraz B. Schulz, „Hot embossing: an alternative metod to produce cavities in ceramic multilayer, International Journal of Applied Ceramics Technology, 4 [1], 2007, 38-46.

Istota sposobu, według wynalazku, polega na tym, że na folię korzystnie niskotemperaturową współwypalaną ceramikę, stanowiącą dolną warstwę spodnią układu metodą sitodruku, nanosi się grzejnik, na górną warstwę spodnią układu metodą sitodruku nanosi się metalizację i co najmniej jeden termistor. Po czym z folii wycina się kształty i zgrywa się warstwy układu, przy czym wycina się co najmniej jedną dolną warstwę spodnią układu z grzejnika, co najmniej jedną górną warstwę spodnią układu z metalizacjami i co najmniej jednym termistorem, co najmniej jedną warstwę izolacyjną pod kanałem z doprowadzeniami termistorowymi i grzejnymi, co najmniej jedną warstwę kanału z doprowadzeniami termistorowymi i grzejnymi, co najmniej jedną warstwę pokrycia układu z doprowadzeniami termistorowymi i grzejnymi oraz z otworami cieczowymi, po czym warstwy laminuje się, następnie wypala się podczas wieloetapowej obróbki termicznej.

Korzystnie, warstwy laminuje się w temperaturze od 40°C do 90°C przy ciśnieniu od 2 MPa do 30MPa.

Korzystnym jest również to, że wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie do 220 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 400°C do 530°C, w której wygrzewa się mikrosystem przez 40 do 160 minut, po czym mikrosystem podgrzewa się w czasie 40 do 55 minut do temperatury od 840°C do 890°C, a następnie wyłącza się podgrzewanie i wypalony mikrosystem powoli chłodzi się do temperatury otoczenia.

Istota sposobu konstrukcji układ mikroprzepływowy do określenia właściwości termicznych cieczy, według wynalazku, polega na tym, że ma co najmniej jeden termistor naniesiony na dolną warstwę spodnią układu, co najmniej jedną warstwę górną układu z naniesionymi metodą sitodruku ścieżkami przewodzącymi i co najmniej jednym termistorem, osadzone w obudowie warstwowej, która od dołu ma co najmniej jedną dolną warstwę spodnią układu z metalizacjami i grzejnikiem, co najmniej jedną górną warstwę spodnią układu z metalizacjami i co najmniej jednym termistorem oraz z doprowadzeniami grzejnymi, co najmniej jedną warstwę izolacyjną z doprowadzeniami termistorowymi i grzejnymi, co najmniej jedną warstw ę kanał u z doprowadzeniami grzejnymi i termistorowymi, co najmniej jedną warstwę pokrycia układu z doprowadzeniami termistorowymi i grzejnymi oraz z otworami cieczowymi, warstwy te są zlaminowane i wypalone.

Istota działania układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy według wynalazku, polega na tym, że układ jest grzany przez grzejnik znajdujący się na dolnej warstwie spodniej układu, temperatura w danym miejscu kanału mierzona za pomocą termistorów na zasadzie pomiaru ich rezystancji, w przypadku zaistnienia przepływu termistor jest chłodzony, co sprawia, że rezystancja termistora się zmienia, na podstawie tych zmian jest wyznaczana temperatura w tym miejscu kanału, umożliwia to określenie właściwości termicznych cieczy przepływającej przez kanał.

Korzystnie w otworach cieczowych mogą być umieszczone rurki umożliwiające podłączenie czujnika z zewnętrznymi systemem przepływowym.

PL 211 588 B1

Korzystnie rurki mogą być wklejone przy pomocy kleju epoksydowego.

Zaletą układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy jest wykonanie go z niskotemperaturowej ceramiki współwypalanej, która jest odporna na wysokie temperatury oraz na żrące ciecze, umożliwia to pomiary właściwości termicznych cieczy żrących oraz badania właściwości termicznych cieczy w wysokich temperaturach. Kolejną zaletą układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy jest to, że elementy termistorowe nadrukowane na górnej warstwie spodniej układu metodą sitodruku, są odizolowane elektrycznie od cieczy przepływających przez kanał, umożliwia to pomiar właściwości termicznych cieczy o niskiej rezystywności i zapobiega ryzyku porażenia prądem elektrycznym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest objaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy przez jeden z kanałów w widoku z boku, fig. 2 przedstawia widok układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy od góry.

P r z y k ł a d 1

Sposób wytwarzania układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy z surowej folii wykonanej z niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki, stanowiącą dolną warstw ę spodnią układu SU metodą sitodruku, nanosi się grzejnik, na górną warstwę spodnią układu ST metodą sitodruku nanosi się metalizację i siedem termistorów. Po czym z folii wycina się kształty i zgrywa się warstwy układu, przy czym wycina się cztery dolne warstwy spodnie układu z grzejnikiem SU, jedną górną warstwę spodnią układu ST z metalizacjami i siedmioma termistorami, jedną warstwę izolacyjną WI pod kanałem z doprowadzeniami termistorowymi DT i grzejnymi DG, pięć warstw kanału WK z doprowadzeniami termistorowymi DT i grzejnymi DG, cztery warstwy pokrycia układu PU z doprowadzeniami termistorowymi DT i grzejnymi DG oraz z otworami cieczowymi OC, po czym warstwy laminuje się, przy użyciu metody termokompresyjnej w temperaturze 80°C, w ciśnieniu 10 MPa, przez czas 10 minut, następnie wypala się podczas wieloetapowej obróbki termicznej. Wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie do 220 minut i przy wzroście temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C, w której wygrzewa się czujnik przez 160 minut, po czym czujnik podgrzewa się w czasie 40 minut do temperatury 840°C, a następnie wyłącza się podgrzewanie i chłodzi się powoli wypalony czujnik do temperatury otoczenia.

P r z y k ł a d 2

Sposób wytwarzania układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że warstwy laminuje się za pomocą niskotemperaturowej laminacji chemicznej w temperaturze pokojowej przy ciśnieniu atmosferycznym przy użyciu rozcieńczalnika do past sitodrukowalnych.

P r z y k ł a d 3

Sposób wytwarzania układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że w otworach cieczowych OC, umieszcza się rurki doprowadzające i odprowadzające gaz, które skleja się z kanałami gazowymi OC klejem epoksydowym.

P r z y k ł a d 4

Sposób wytwarzania układu mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy przebiega jak w przykładzie drugim z tą różnicą, że w otworach gazowych/cieczowych OC, umieszcza się rurki doprowadzające i odprowadzające gaz, które skleja się z kanałami gazowymi OC klejem epoksydowym.

Claims

1. Sposób wytwarzania temperaturowego czujnika mikroprzepływowego do określenia właściwości termicznych cieczy, znamienny tym, że na surową folię, stanowiącą dolną warstwę spodnią układu (SU) metodą sitodruku, nanosi się grzejnik, na górną warstwę spodnią układu (ST) metodą sitodruku nanosi się metalizację i co najmniej jeden termistor, po czym z folii wycina się kształty i zgrywa się warstwy układu, przy czym wycina się co najmniej jedną dolną warstwę spodnią układu (SU) z grzejnika, co najmniej jedną górną warstwę spodnią układu (ST) z metalizacjami i co najmniej jednym termistorem oraz doprowadzeniami grzejnymi (DG), co najmniej jedną warstwę izolacyjną (WI) pod kanałem z doprowadzeniami termistorowymi (DT) i grzejnymi (DG), co najmniej jedną warstwę

PL 211 588 B1 kanału (WK) z doprowadzeniami termistorowymi (DT) i grzejnymi (DG), co najmniej jedną warstwę pokrycia układu (PU) z doprowadzeniami termistorowymi (DT) i grzejnymi (DG) oraz z otworami cieczowymi (OC), po czym warstwy laminuje się, następnie wypala się podczas wieloetapowej obróbki termicznej.

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwy laminuje się w temperaturze od 70°C do 85°C przy ciśnieniu od 5 MPa do 10 MPa.

3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że wieloetapową obróbkę termiczną prowadzi się w czasie do 220 minut i przy wzroś cie temperatury od temperatury otoczenia do temperatury 450°C do 530°C, w której wygrzewa się układ mikroprzepływowy do określenia właściwości termicznych cieczy przez 40 do 160 minut, po czym układ mikroprzepływowy do określenia właściwości termicznych cieczy podgrzewa się w czasie 40 do 55 minut do temperatury od 840°C do 890°C, a następnie wyłącza się podgrzewanie i wypalony układ mikroprzepływowy do określenia właściwości termicznych cieczy powoli chłodzi się do temperatury otoczenia.

4. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że surową folią jest niskotemperaturowa współwypalana ceramika.

5. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwy surowe folii są łączone za pomocą niskotemperaturowej laminacji chemicznej, w temperaturze co najmniej pokojowej oraz przy ciśnieniu co najmniej atmosferycznym.