Disseny i Fabricació de Sensors de Gasos de CapaGruixuda d´Òxid d´Estany.

AUTOR: Jesús Dalmau Viñals.DIRECTOR: Xavier Correig Blanchar.

DATA: 9/01

.

1

INDEX

1 Introducció.

1.1 Antecedents. 31.2 Objectius. 31.3 Desenvolupament del treball. 41.3.1 Nocions teòriques 41.3.2 Descripció dels Sensors Fabricats 41.3.3 Mesures i Caracterització dels sensors. 4

2 Els Sensors de Gasos Semiconductors.

2.1 Introducció. 52.2 Mecanismes de Resposta de l´Òxid d´Estany. 52.3 Influència de la Microestructura de l´Òxid. 62.4 Influència de la Humitat Ambiental. 72.5 Efecte de la Temperatura sobre la Resistència del Sensor. 8

3 La tecnologia de Capa Gruixuda.

3.1 Introducció.3.2 Aspectes Fonamentals del Procés. 93.3 Equip d´Impressió. 103.3.1 La Pantalla. 113.3.1.1 Materials de la Malla. 123.3.1.2 Fabricació de la Pantalla. 133.3.2 Màquina per Imprimir. 143.3.3 La Rasqueta. 153.3.4 La Tinta. 153.4 El Procés d´Assecat. 163.5 El procés de Recuit. 16

4 Sensors Fabricats.

4.1 Introducció. 184.2 Consideracions de Disseny. 184.2.1 Disseny de les Diferents parts que Conformen el Sensor. 194.2.1.1 Electrodes. 194.2.1.2 Resistència de Mesura i Heater. 194.2.1.3 Pads. 204.2.1.4 Capa Activa. 20

.

2

4.3 Procés de Deposició de Conductors. 214.3.1 Electrodes. 214.3.2 Heater i Resistència de Mesura. 224.4 Fabricació i Deposició de la Capa Activa. 234.4.1 Fabricació de la Tinta. 234.4.2 Deposició de la Capa Activa. 244.5 Contactes i Encapsulat. 244.6 Màscares. 25

5 Caracterització dels sensors.

5.1 Introducció. 265.2 Caracterització de la Resistència de Mesura i Heater. 265.2.1 Mesures Realitzades. 265.2.2 Interpretació dels Resultats. 275.3 Caracterització de la Capa Activa Respecte a la

Temperatura. 285.3.1 Mesures Realitzades. 285.3.2 Interpretació dels Resultats. 295.4 Caracterització Elèctrica del Sensor.5.4.1 Introducció. 305.4.2 Equip Experimental de Mesura. 305.4.2.1 Aspectes Fonamentals. 305.4.2.2 Descripció Detallada. 305.4.3 Procediment de mesura. 325.5 Càlcul de la Sensibilitat dels Sensors. 335.5.1 Procediment de Càlcul. 335.5.2 Resultats. 335.5.3 Interpretació dels Resultats. 425.6 Càlcul de la Selectivitat dels Sensors. 425.6.1 Procediment de Càlcul. 425.6.2 Resultats. 425.6.3 Interpretació dels Resultats. 435.7 Velocitat de Resposta dels Sensors. 445.7.1 Resultats. 445.7.2 Interpretació dels Resultats. 445.8 Influència de la Humitat Ambiental. 455.8.1 Particularitats del Procediment de Mesura. 455.8.2 Resultats. 455.8.3 Interpretació dels Resultats. 485.9 Caracterització Estructural. 485.9.1 SEM. 485.9.2 XRD. 48

6 Conclusions. 50

.

3

1 Introducció.

En les societats industrials del segle XXI, hi ha una necessitat evident demonitoritzar les composicions de diverses atmosferes. Els diversos àmbits de lanostra vida en que es genera aquesta necessitat són la indústria, el controlmediambiental i l´àmbit domèstic. En la industria les principals necessitats en aquestcamp són el control de procesos i.la detecció de fuites, en el control mediambiental ,l´analisi de la composició atmosfèrica, i en la llar la detecció de fuites i els sistemesde control dels electrodomèstics d´última generació.Aquesta necessitat ha determinatl´aparició en el mercat de diferents tipus de sensors fabricats mitjançant diferentstecnològies. D´entre totes elles ha destacat la tecnologia de capa gruixuda com unmètode senzill, econòmic i eficaç per a fabricar aquests i altres tipus de sensors.

En el treball realitzat, s´han seguit tots els passos que intervenen en lafabricació d´un sensor de capa gruixuda: posar a punt tots els aparells necessaris,fabricar el sensor i determinar les seves característiques de funcionament

1.1 Antecedents.

En els darrers anys s´han produït una quantitat d´esforços considerable per adesenvolupar sensors de gasos que representessin una alternativa viable als fràgils icostosos analitzadors químics. Aquests esforços van començar a materialitzar-se elsanys 60 en l´aparició dels primers sensors d´òxid d´estany [2]. L´any 1962, vanaparèixer els primers sensors de gasos d´òxids semiconductors desenvolupats per T.Seiyama. L´any 1967 Figaro Eng. Inc. va comercialitzar els primers sensors de gasosd´òxids semiconductors. L´any 1967 K. Taguchi va desenvolupar els primerssensors de gasos d´òxid d´estany i 3 anys més tard van materialitzar-se en sensors pera usos determinats.

Des d´aleshores fins ara la recerca en el camp dels sensors de gasos hadesenvolupat una considerable quantitat de sensors que basen les seves diferènciesen les diferents tecnològies que existeixen per a fabricar-los i en els diferentsmaterials que poden actuar com a elemt sensitiu. De tots els tipus de sensors ques´han desenvolupat, els sensors de capa gruixuda fabricats per Thick Film ofereixenfuncionalitat i versatilitat a un cost que els fan comercialment òptims.

1.2 Objectius.

L´objectiu fonamental d´aquest projecte ha estat posar a punt els diferentsequips que havia adquirit la URV per a la fabricació de sensors de capa gruixuda,fabricar els primers sensors i analitzar-ne les característiques.

L´objectiu que es va concebre com a principal i al que s´ha dedicat méstemps i esforços ha estat la fabricacó dels sensors i la determinació dels paràmetresde cada un dels passos d´aquest procés. Per tal d´aconseguir això s´han realitzatmúltiples proves per tal de determinar els ajustos òptims dels èquips i la composicióadequada de les pastes utilitzades per imprimir la capa activa.Un cop determinatsaquests s´ha procedit a la fabricació de dues sèries de sensors la s1 i la s2. Els passosque s´han seguit en el procés de fabricació han estat: imprimir conductors del sensor,

.

4

fabricar la tinta i imprimir la capa activa, coure i recoure els sensors, tallar-los imontar-los en un encapsulat adequat que faciliti el procés de mesura.

Un cop fabricats els sensors s´ha procedit a mesurar algunes de les sevescaracterístiques per tal de determinar l´efectivitat d´aquests en la detecció de gasos, icomparar els resultats amb els d´un sensor de gasos comercial TGS 822 de FigaroCorp.

1.3 Desenvolupament del Treball.

El projecte consta de tres parts fonamentals:

1.3.1 Nocions Teòriques:

A l´apartat 2 podem trobar la descripció teòrica de les reaccions quedeterminen el funcionament com a sensors de gasos reductors dels sensors de capagruixuda d´òxid d´estany.

La descripció detallada del procés de fabricació de sensors de capa gruixudaaixí com el de totes les parts que el componen el podem trobar a l´apartat 3.

1.3.2 Descripció dels Sensors Fabricats.

A l´apartat 4 es descriuen en detall les particularitats dels sensors que hemfabricat. Podem trobar en aquest capítol els criteris de disseny que s´han seguit per adeterminar la constitució de les diferents parts. Es troben també els diferents valorsdels paràmetres ajustats durant el procés de fabricació per tal d´obtenir uns resultatsadequats.

1.3.3 Mesures i Caracterització dels Sensors.

A l´apartat 5 es descriu el sistema de mesura que s´ha utilitzat per tal decaracteritzar els sensors, s´exposen també els resultats obtinguts i s´interpreten is´extreuen conclusions.

En la primera part es descriuen detalladament l´equip utilitzat per a larealització de les mesures: cambra, sensors utilitzats per a determinar les condicionsd´aquesta, aparells de mesura, sistema de comunicació i sistema de processament deles dades.

En la segona part s´exposen els valors de les mesures realitzades, i es calculenels següents paràmetres dels sensors: sensibilitat, selectivitat, temps de resposta iinfluència de la humitat ambiental. Es representa també el valor d´aquests paràmetresen diferents gràfiques. Es calcula també el valor d´aquests paràmetres del sensorTGS 822 i es comparen amb els dels sensors fabricats. Finalment, al final de cadaapartat s´analitzen els resultats i s´extreuen conclusions.

.

5

2 Sensors de Gasos d`Òxid d´Estany.

2.1 Introducció.

Els sensors de gasos d`óxid d´estany són actualment usats en una granvarietat d´aplicacions, i semblen ser els sensors de gasos basats en òxids metàl.licssemiconductors més prometedors degut a la seva capacitat de variar la conductivitatfins i tot en baixes concentracions de gas. La resposta al gas de l´òxid d´estany,depén principalment dels estats electrònics de la superfície, implicant l´oxígenadsorvit i les reaccions de combustió que produeixen els gasos a ser detectats. Tot i laseva alta sensibilitat, i temps de resposta molt petit, els sensors presenten una baixaselectivitat, una estabilitat a llarg termini limitada i són influenciats per la presènciainterferidora d´altres gasos, especialment el vapor d´aigua. La conductivitat delssensors de capa gruixuda en que el diàmetre dels grans és gran comparat amb lalongitud de Debye, es determinada pel model de barrera Schottky. L´alçada de labarrera d´energia és extremadament sensible a la presència d´aditius, impureses,catalitzadors i vapor d´aigua, i la diferència entre el mínim i el màxim de la barrerad´energia com a funció de la temperatura és considerat correcte en relació a lespropietats de la sensibilitat.

2.2 Mecanisme de Resposta de la Capa Gruixuda d´Oxid d´Estany.

El sensor de capa gruixuda d´òxid d´estany opera mitjantçant el principi decanvis en la conductància deguts a l`adsorció química de molècules de gas a lasuperfície del sensor.

Està clarament demostrat el fet que la conducció en aquest tipus de sensor esgovernada per la barrera Schottky al limit dels grans [4,5], i els canvis en aquesta sóndeguts a l´adsorció de gasos a la superfície del sensor [6]

En l´òxid d´estany, la conductivitat elèctrica es deu a la composició noestequiomètrica d´aquest, com a resultat de la deficiència d´oxígen. La conducció ésde tipus n. Una capa gruixuda d´òxid d´estany està formada per un gran nombre degrans les vores dels quals estan en contacte. El comportament elèctric dels materialsamb fronteres de grans actives es governat per la formació de barreres de potencialSchottky dobles a les interseccions entre grans adjacents. Es pot veure un esquemade la barrera de potencial a la figura 2.1. Aquesta configuració és el resultat del´atrapament de càrregues a les vores dels grans. Els estats d´atrapament presents enels límits dels grans, poden capturar els transportadors majoritaris. Es produeix pertant una curvatura de la banda, formant una barrera a la intersecció dels grans.L´alçada d´aquesta barrera determina la conductància. S´ha demostrat el fet [7] quequan la longitud del diàmetre D dels grans és superior a 2L, (L és la longitud deDebye ), la conducció de l´òxid es deguda al model de barrera Schottky . En el cas del´òxid d´estany, assumim que la conductància principal es determinada per grans dediàmetre superior a 2L. Quan la superfície de l´òxid d´estany es troba en unaatmosfera determinada, les molècules d´oxigen són adsorvides a la superfície.

.

6

Figura 2.1. Diagrama de les bandes d´energia que mostren la barrera Schottky a la intersecció dels grans de l´òxid d´estany.

L´oxígen adsorvit accepta electrons de les càrregues atrapades presents a lesfronteres dels grans adjacents per a formar ions O2

-, O- i O2- , decrementant per tantla concentració del nombre de portadors de càrrega prop de la superfície i donant lloca una regió de deplexió. Quan la superfície de l´òxid s´exposa a un gas reductor, lainteracció mutua entre els reactants ( gas reductor i gas oxígen ) resulta en laoxidació del gas reductor a la superfície del sensor [8]. Aquest fenòmen d´oxidacióajuda a moure ions d´oxígen de la superfície de l´òxid donant i com a resultatd´aquest procés es produeix un decrement en l´alçada de la barrera de potencial,incrementat per tant la conductivitat.

La principal reacció que es produeix és doncs la següent [5,8]

O2 + e- -----------à 2O ad.

R + e- --------------à R ad.

R´ad. + 2O ad. -----à RO2 + 2e-

Quan el sensor d´òxid d´estany s´exposa a un gas reductor, les molèculesd´aquest són adsorvides a la superfície i reaccionen amb els ions d´oxígen.

La reacció final mostra com el gas reductor activa l´alliberament de doselectrons per a la conducció. Aquest alliberament d´electrons porta a un decrementen l´alçada de la barrera. Quan s´incrementa la concentració, s´incrementa tambél´adsorció. Tanmateix a concentracions elevades es produeix una saturació enl´adsorció, i això fa que no es produeixin canvis en l´alçada de la barrera depotencial. Arriba per tant un punt, en que la conductància roman constant encara queaugmenti la concentració de gas a mesurar, produïnt-se en aquest moment unasaturació del sensor.

2.3 Efecte de la Microestructura de l´Òxid sobre el Sensor.

L´òxid d´estany altament poròs presenta un comportament de semiconductorque el fa especialment adequat per a aplicacions com a sensor de gasos [9]. Elmecanisme sensor d´aquest és essencialment degut a la seva naturalesa granular. Peraquesta raó, el control de la seva microestructura és important en la optimització delseu funcionament com a sensor [10].

.

7

La detecció del gas s´aconsegueix mitjantçant el canvi que es produeix en laconductivitat del sensor quan es troba en aire o en presència d´un determinat gas. Talcom s´ha explicat en els mecanismes de resposta del sensor, l´adsorció química del´oxígen produeix una transferència d´electrons de l´interior a la superfície delsgrans, modificant per tant les dobles barreres de Schottky als límits d´aquests.Aquestes barreres són modulades per la quantitat d´oxígen intergranular quemodificarà la resistivitat de l´element sensor.

És ben conegut el fet que les propietats sensores de l´òxid d´estany es veuenafectades per una gran quantitat de factors. La conductància elèctrica estàdirectament relacionada amb la curvatura de la banda de superfície, la qual esmodificada pels estats de superfície induïts per l´adsorció química, i la variació de laconcentració dels defectes de masa deguts a la difussió atòmica. S´ha determinattambé, que els detalls de la microestructura modifiquen les propietats elèctriques delsmaterials policristalins [12]

Han estat proposats tres models fonamentals de la detecció de gasos delsdispositius policristalins: el model Schottky, el model de coll, i el model de partículesultrafines [13]. En els estudis realitzats sobre els efectes del tamany dels grans en laconductància de l´element sensor [7], es proposa que quan el tamany dels grans ésmolt superior a dues vegades l´amplada de la capa de deplexió, el limit dels granscontrola la conductivitat. Per altra banda, quan el tamany dels grans és comparable adues vegades l´amplada de la capa de deplexió, els colls controlen la conductivitat, iquan el tamany dels grans és més petit que dues vegades l´amplada de la capa dedeplexió, els grans són els responsables de la conductivitat observada.

Tot i el gran nombre de contribucions en aquest camp, existeixen encaramolts detalls desconeguts sobre els mecanismes de la resposta resistiva del sensorquan s´exposa a un gas. Entre d´altres, els tractaments tèrmics durant la preparació demostres poden afectar el procés sensor degut als possibles efectes en el tamany delsgrans, els límits d´aquests i la formació de colls.

2.4 Efecte de la Humitat Ambiental.

El vapor d´aigua és un constituent que podem trobar sempre present ensituacions en les quals es requereix informació de la concentració d´un gas específic.De forma similar als gasos reductors, el vapor d´aigua, augmenta la conductànciadels sensors [14,15]. Quan les molècules d´aigua són adsorvides químicament a lasuperfície de la capa d´òxid d´estany influencien la conductivitat de dues maneres:

- La primera és que les molècules es dissocien en grups hidroxil, els qualsactuen com a donants d´electrons.Aquests electrons causen un increment directe en laconductivitat del sensor [14,15]

- El segon mecanisme és que els àtoms d´Hidrogen produïts en ladissociació de la molècula d´aigua poden reaccionar amb àtoms d´oxígen creantvacants. Aquestes vacants es difonen després cap a l´interior on actuen com adonants d´electrons. La constant de temps d´aquest mecanisme és superior a la delprimer, i produeix una oxidació de la superfície de l´òxid [15]

En el cas del CO el principal mecanisme que modifica la conductivitat és lasupressió d´àtoms d´oxígen adsorvits químicament [18]. En el cas dels hidrocarbursel mecanisme principal és la producció d´àtoms d´oxígen mitjançant la dissociació dela molècula adsorvida [14]. Finalment en el cas dels alcohols el mecanisme principalés similar al mecanisme de l´aigua descrit anteriorment.

.

8

2.5 Efecte de la Temperatura sobre la Resistència del Sensor.

. Moseley i Williams [19] han treballat en la caracterització dels tipus d´ionsd´oxigen adsorvits en la superfície d´òxids de metalls semiconductors. Estàampliament acceptat el fet que el procés clau en la resposta d´un semiconductor a ungas reductor implica la modulació de la concentració dels tipus d´ions d´oxígenadsorvits tals com: O2

-,O- i O2-. Mitjançant l´alteració de la densitat d´electrons de lasuperfície de l´òxid, l´oxígen adsorvit fa creixer la barrera de potencial Schottky a laintersecció dels grans, i això fa incrementar la resistència de la superfície del sensor.Els gasos reductors disminueixen la concentració d´oxígen a la superfície i aixòdecrementa la resistència del sensor. La dependència de la temperatura d´aquestprocés sorgeix en part de les diferents estabilitats dels diferents tipus d´ions d´oxígena la superfície a diferents temperatures. Tot i que la influència en la resposta delstipus d´ions d´oxígen de superfície ha estat més discutida [19,20,21], és clar quediferents gasos tenen temperatures d´oxidació òptimes, i per tant donen lloc a curvesde conductància-temperatura característiques, que poden ser modificades mitjançantel dopatge de l´òxid d´estany amb metalls nobles o altres materials catalítics.

Altres factors físics i químics que depenen de la temperatura i contribueixena la resposta del sensor han estat identificats per Mizsei [22]. Aquests inclouenproporcions d´adsorció i del procés invers ( d´oxígen i gasos reductors o de productesde la oxidació), la proporció de descomposició a la superfície de l´òxid dels gasosreductors, la concentració de portadors de càrrega, i la longitud de Debye en elsemiconductor.

Tot això significa que la veritable relació entre la conductància d´un sensord´òxid d´estany en presència de gasos reductors i la temperatura de la superfície delsensor és molt complexa. Una altre característica que complica encara més elfuncionament del sensor, és que les reaccions químiques que donen lloc a la respostadel sensor són generalment exotèrmiques i això fa que contribueixin de forma nocontrolada a determinar la temperatura d´aquest [21]. La mesura de la resistència ,requereix el fluxe d´una petita intensitat a través de la capa activa que produeix uncalentament d´aquesta i pot alterar també, encara que de forma mínima, la resistènciamesurada. En els seus fulls tècnics, Figaro ( fabricant del sensor d´òxid d´estany mésutilitzat) [23] indica que la utilització d´un sistema de flux en la detecció de gasos,causa un refredament de la superfície del sensor, i això influència la seva resposta.

Un aspecte important de la dependència de la temperatura de la conductànciaés la histeresi observada quan la temperatura del sensor és continuament elevada irefredada en curts períodes de temps [21,24,25]. Els efectes d´aquesta histeresi podenser minimitzats si la temperatura del sensor es varia d´una forma suficientment lenta.S´han atribuit els efectes de la histeresi a la lenta consequció de l´equilibri en latransferència de càrrega entre l´oxígen adsorvit i el semiconductor.

Una altre informació publicada per Figaro que és rellevant per al control detemperatura de sensors d´òxid d´estany, aconsella el pre-escalfament dels sensorsabans del seu us ( 7 dies en aire net), ja que la resposta del sensor pot variar en un30% durant aquest temps.

.

9

3 La Tecnologia de Capa Gruixuda.

3.1 Introducció.

El métode de fabricació de circuits de capa gruixuda, començà a utilitzar-seals anys 50, quan es va concebre com una alternativa a les plaques de circuit imprés.Els fonaments d´aquesta tecnologia no han variat gaire des d´aleshores fins al´actualitat, tot i que la varietat de materials de que disposem avui en dia fan possiblel´us d´aquests circuits en aplicacions que en aquells temps resultaven inimaginables.

La característica principal dels circuits de capa gruixuda, és el mètodeutilitzat per a la seva fabricació, la serigrafia, que més endavant es descriu en detall.En el cas que incorporin parts fabricades mitjançant altres tècniques, s´anomenencircuits de capa gruixuda híbrids.

Els elements que conformen un circuit de capa gruixuda són els següents:- El substrat: És el suport sobre el qual s´imprimeixen les diferents parts del

circuit. El substrat ha de ser d´un material robust, que proporcioni una alta resistènciamecànica al conjunt, ha de presentar una alta resistivitat elèctrica i normalment esrequereix que tingui una alta conductivitat tèrmica. Ha de ser estable a temperatureselevades (1000º C) que el procés de recuit no alteri les seves propietats. En generalsón de materials ceràmics com ara la alúmina, el berili, el magnesi i el zirconi. Laseva forma i tamany poden ser diverses.

- Els conductors: La seva funció principal és transmetre una senyal elèctricad´una part del circuit a una altre o a l´exterior d´aquest. Podem trobar-los de diferentstipus:

- Pads de soldadura: faciliten el conexionat d´elements del circuit adispositius electrònics o aparells de mesura exteriors.

- Electrodes: Proporcionen una superfície de contacte als elements resistiusdel circuit i permeten la soldadura de cables exteriors. Han de presentar un contactede baixa resistència i una alta adherència amb l´element que conecten.

- Pads per al “wire bonding”: S´utilitzen només en circuits híbrids i la sevafunció és facilitar la soldadura d´elements actius com ara diodes i transistors.

En tots els casos els conductors han de ser d´un material que tingui una baixaresistivitat elèctrica, que presenti una alta permeabilitat al mètode de soldadurautilitzat i una bona adherència al substrat. Els materials més utilitzats per alsconductors són l´or i el platí.

- Resistències de baix valor: Molts circuits, particularment els que actuencom a sensors, requereixen la presència d´una termoresistència de mesura i d´unaresistència d´escalfament (heater), per tal de mantenir-los a una temperatura detreball òptima. El heater proporciona per efecte Joule temperatura al circuit imitjançant la resistència de mesura es controla el valor d´aquesta. Els materials méssovint utilitzats per a la impressió d´aquestes resistències són el platí i el niquel.

- Resistències de capa gruixuda: s´utilitzen en alguns circuits com aresistències per l´acondicionament de senyals elèctrics, i en molts casos com aelements sensors. Aquesta última aplicació és la més utilitzada i és la que haprovocat la gran expansió d´aquesta tecnologia. La gran varietat de materials ques´han utilitzat per a la fabricació d´aquest element ha determinat la gran varietat deparàmetres que podem mesurar amb sensors realitzats mitjançant aquest mètode.Disposem en l´actualitat de sensors de capa gruixuda dels següents tipus:

- Sensors tèrmics: Sensors de temperatura, sensors de fluxe de calor itermòmetres per temperatures criogèniques.

.

10

- Sensors per magnituds mecàniques: Sensors piezoresistius, sensorspiezoelèctrics, sensors magnetoresistius i sensors capacitius.

- Sensors per cuantificacions químiques: Sensors basats en conductorsd´ions sòlids, sensors semiconductors de gasos, biosensors.

- Sensors de radiació: Sensors fotoconductius basats en CdS, cèl.lulessolars de CdS/CdTe

- Sensors superconductors: Sensors superconductors de camp magnètic

3.2 Aspectes Fonamentals del Procés.

Normalment es considera un circuit de capa gruixuda aquell que consta dediferents capes de tintes especials (o pastes), dipositades sobre un substrat aïllant. Sise li afegeixen cirquits integrats o films realitzats mitjançant altres procesos,obtindrem un circuit híbrid. Un dels factors clau que distingeix un circuit de capagruixuda és el mètode utilitzat per a la deposició de la capa, anomenat serigrafia ( oimpressió per pantalla), que es possiblement un dels tipus més arcaics de reproduccióde l´art gràfic. El procés de deposició per a un cirquit de capa gruixuda ésessencialment idèntic a l´utilitzat per a la impressió tradicional de la seda (serigrafia),essent les principals diferències els materials de la pantalla, i el grau de sofisticacióde la màquina utilitzada per a la impressió. Una pantalla típica per a imprimirdispositius de capa gruixuda consisteix en una xarxa d´acer inoxidable , nylon opolyester, finament teixida, montada tensa en un marc metàl.lic. La xarxa estàrecoberta amb una emulsió sensible als rajos ultravioleta, en la qual es formafotogràficament el patró del cirquit. La plantilla finalitzada té àrees de xarxa obertesa través de les quals s´imprimeix el model desitjat, mantenint la distància entreaquesta i el substrat en uns 0,5 mm aproximadament. Es col.loca la tinta en la caraoposada de la pantalla, i una peça de goma sota pressió passa a través de la malla,posant-la en contacte amb la part superior del substrat, forçant a més la tinta a pasar através de les àrees obertes de la malla. Queda per tant el patró del circuit desitjatsobre el substrat. El pas següent consisteix en assecar la capa impressa, per tald´evaporar els disolvents orgànics de la pasta. Aquest pas pot ser realitzat mitjançantun forn convencional, peró més sovint es realitza amb un forn de cinta d´infrarojos.Després d´això la capa impresa és relativament inmune a ser tacada, i els substratspoden ser manipulats. En alguns casos es pot imprimir la capa següent directamentdesprés del procés de secat , però això depèn de la naturalesa de les tintes que sóndepositades.

Les capes depositades contenen pols del material actiu, que han d´èsserexposats a altes temperatures per tal que formin un compost material sòl.lid. Aquestprocés es coneix habitualment com a recuit, i es realitza mitjançant un forn de cinta..L´operador del forn pot controlar alguns paràmetres del procés, inclosos latemperatura de pic, el temps de consecució d´aquesta, i la velocitat de processament.Algunes de les tintes que s´utilitzen són molt sensibles a variacions d´aquestsparàmetres, mentre que d´altres no mostren dependència a variacions de paràmetresdel procés. Totes les tintes utilitzades en la fabricació de cirquits de capa gruixudacontenen cristalls, i durant el procés de recuit el cristall es fon i forma una uniómecànica a la superfície de contacte entre el substrat i la capa depositada,proporcionant una matriu apropiada per al material actiu de la capa. El resultat és unacapa de material que està fermament soldada al substrat. Després del procés de recuites poden afegir, en cas de que sigui necessari, altres capes impresses.

.

11

Un cop fabricat el circuit, el pas final és valorar la qualitat i assegurar que elfuncionament està dins el marge de les especificacions.

3.3 Equip d´Impressió.

3.3.1 Pantalla

La pantalla defineix el patró del circuit imprés, i també determina la quantitatde pasta que serà depositada. És una part molt important de l´equip en aquest mètodede fabricació, i és essencialment el patró a través del qual és forçada la tinta durant elprocés d´impressió. El tipus més corrent de pantalla consta d´un marc, normalmentd´alumini entre el qual es tensa una fina malla de teixit.

Algunes propietats característiques de la malla són:

- Tamany i densitat de les fibres de la malla. ( Generalment es quantifiquenen línees per polzada).

- La tensió.- La orientació.- El material.

La tria d´unes característiques adequades de la malla és una decisió moltimportant. Els factors que influenciaran aquesta elecció són principalment ladefinició de línea requerida del motiu, i el tipus de pasta que utilitzarem. Per apropòsits generals de treball la densitat típica de la malla seria d´uns 200 filamentsper polzada. La apertura de la malla depén de la densitat d´aquesta i del diàmetre delsfilaments. Per a una determinada densitat de la malla obtindrem una major aperturad´aquesta conforme més petit sigui el diàmetre dels filaments. Una major aperturà dela malla permetrà que es depositi un major volum de tinta sobre el substrat. Podemconcluïr per tant que l´apertura de la malla proporciona un dels medis de controlar elgruix de la substància depositada.

Les característiques de cada malla depenen de la utilització per a la qual haestat concebuda. Un paràmetre molt important és el percentatge de superfície oberta,que es defineix en la equació (1).

% superficie oberta = 100 A2 / ( A + D )2 (1)

A correspon a l´apertura de la malla i D al diàmetre dels filaments.És posible obtenir la malla alineada en diverses orientacions, els tres angles

de malla més comuns són: 45º,90º i 22,5º. S´han de considerar un cert nombre defactors a l´hora d´escollir l´angle de la malla. Un angle de 45º ens proporciona laflexibilitat màxima per al teixit tensat, però pot produïr un tall en dent de serra en leslínees del conductor que estan alineades en paral.lel o perpendiculars amb la direccióde la impressió. Una malla amb una inclinació de 90º, pot fer que desaparegui algunalínia del disseny, sobretot si aquesta coincideix amb un filament. En vista d´això engeneral s´adobta un angle de compromís de 22,5º.

La emulsió de la pantalla és normalment un acetat de polivinil o alcohol depolivinil sensibilitzat amb una solució de dicrom. Molts fabricants de pantalles

.

12

apliquen la emulsió per coberta manual, un procés especial que pot produïr un margenormalitzat de gruixos ( típicament de 13 a 23 mm).

3.3.1.1 Materials de la Malla.

Els tres materials més comunment usats per a la malla de la pantalla utilitzadaen aplicacions de capa gruixuda, són: el poliester, el nylò i l´àcer inoxidable. Cadascúd´aquests materials té els seus aventatges i els seus inconvenients, però abans dediscutir-los en detall és important evaluar alguns dels requeriments fonamentals quehan de tenir aquests teixits.

La pantalla actua com un dispositiu de mesura per a controlar el gruix de laimpressió, i per tant és essencial assegurar que el material de la malla proporcioni launiformitat del dipòsit imprés. Així doncs el material de la malla haurà d´èsser teixitd´una manera uniforme i precisa, i haurà de tenir una obertura uniforme. La mallahaurà de presentar també una flexibilitat adequada per tal de permetre un boncontacte en totes les àrees del substrat. Això és particularment important si el substratno és totalment pla. De vegades, ( no gaire sovint), es requereix la impressió sobresubstrats no plans. La tela necessita ser d´un material elàstic per a que la mallaretorni a la seva posició original després del pas de la impressió. La rasqueta està encontacte amb la tela durant la major part del cop d´impressió, per tant és fonamentalque l´acabat del teixit de la malla sigui suficientment relliscós i suau per a quepresenti una resistència mínima al pas d´aquesta. El material de la malla ha de sertambé químicament estable i proporcionar una resistència elevada contra l´atac dediferents disolvents i components químics utilitzats en el procés. Per finalitzar, elteixit ha de tenir una vida útil economicament viable, i proporcionar un soportmecànic adequat per a la emulsió.

Com s´ha mencionat anteriorment una substància utilitzada per a la fabricaciódel teixit és el polyester, que ens proporciona una bona elasticitat i es pot utilitzar enla impressió sobre superfícies no planes, tot i que la elasticitat no pot ni comparar-seamb la del Nyló.Proporciona també una bona capacitat de retorn en comparació ambel Nyló o l´àcer inoxidable. Les propietats de registre i definició són adequades alprocés, les pantalles tenen una llarga duració i produeixen un deterioramentacceptable de la rasqueta.

El Nyló és el més elàstic dels tres teixits, la qual cosa pot èsser un avantatgeen determinades circumstàncies. Malauradament, això significa que les superfíciesobertes de la pantalla tendeixen a deformar-se durant el cop de la impressió, produïntun allargament de les imatges. Un altre desaventatge del Nyló és el seu baix poderde recuperació, que dificulta la utilització de tintes de viscositat elevada. La mallatendeix a enganxar-se al substrat sense proporcionar un retorn ràpid deixant per tantuna superfície d´una planura no gaire regular, donant-nos com a resultat final unabaixa qualitat d´impressió. Les pantalles de Nyló s´utilitzen sobretot per imprimir elsnivells de conductors més alts en els circuits multicapa. Les altes propietatselàstiques permeten a la malla acomodar-se a l´anomenat efecte vall-turó a través delsubstrat.

El principal aventatge de les pantalles d´àcer inoxidable és que produeixenuna gran definició de les línees i també un gran control de la deposició de la tinta. Elsfilaments poden ser estirats més finament que els de Nyló o polyester i poden per tantproporcionar un percentatge més alt de superfície oberta per a una determinadadensitat de la malla. L´àcer inoxidable és ideal per a imprimir sobre superfíciesplanes però, donades la seva pobre flexibilitat i capacitat de retorn, és problemàtic el

.

13

seu ús en superfícies irregulars. Normalment és recomanable utilitzar les pantallesd´àcer inoxidable per imprimir sobre petites superfícies on sigui requerida una altadefinició.

3.3.1.2 Fabricació de la Pantalla.

Es disposa de pantalles de diferents fabricants, i poden ser adquirides deforma complerta, és a dir , amb el patró desitjat exposat sobre l´emulsió de la pantallapreparada per a la impressió. Sovint és necessari produïr pantalles directament perminimitzar el temps que comporta , per permetre una connexió més propera entre elfabricant de la pantalla i l´usuari d´aquesta, o bé per tractar-se d´un requerimentimportant en el cas dels laboratoris d´investigació i desenvolupament on s´utilitzenmaterials i procediments especials.

El marc de la pantalla normalment està fabricat en alumini. Té la funció demantenir la pantalla tensa, així com de permetre mantenir la pantalla d´una maneraferma i precisa durant la impressió. Els tamanys més comunment utilitzats són de20x20 cm a 60x60cm.

El teixit de la pantalla ha de ser tensionat previament a ser subjectat al marc.Això s´aconsegueix subjectant una gran peça de teixit per les vores i estirant en totesdireccions per tal de mantenir una tensió i una configuració uniformes. La tensió esmesura amb un manómetre que mesura la deflexió d´una àrea determinada aplicantuna força coneguda. Quan s´obté la tensió correcta, la malla es subjecta al marc. Pera aquesta fi, el métode més utilitzat es el muntage amb adhesiu, la naturalesa del qualdeterminarà en gran mesura el temps d´elaboració de la pantalla. Alguns adhesiuspermeten reduïr el temps de fabricació escalfant la pantalla. S´han d´evitar però, lespossibles perdues de tensió de la malla degudes als diferents coeficients de dil.latacióentre el teixit i el marc. Per aquest motiu, és recomanable no excedir els 50ºC en elprocés de fixació de la malla al marc.

La emulsió fotosensible pot èsser depositada per un dels tres mètodessegüents:Emulsió directa de la pantalla o mitjançant la utilització d´una fina pel.lícula deforma directa o indirecta.

El mètode d´emulsió directa implica recobrir directament d´una forma manualla malla, i és un procés especialitzat. La aplicació d´una fina pel.lícula fotosensible espot realitzar de forma directa o indirecta. En el mètode indirecte la pel.lículafotosensible està enganxada al revers d´una làmina de polyester transparent. Elpositiu fotogràfic s´exposa a la llum ultraviolada, després es neteja i es fixa a la partposterior de la pantalla utilitzant un corró suau. Després d´algunes hores quan s´haassecat l´emulsió, es retira la coberta de polyester i la pantalla ja és a punt per a serutilitzada. El mètode directe implica la col.locació de la làmina de polyester amb lapel.lícula fotosensible abans de ser exposats. Un cop sec, es retira el polyester i lapantalla està preparada per al procés fotogràfic.

El control de la precisió i la definició de la imatge exposada, depén en granmesura de la qualitat del fotopositiu a partir del qual es forma. Aquest, per tant, ésimportant que tingui un bon contrast i una alta definició. Una altre font d´error potser el fet que durant l´exposició la cara emulsionada del fotopositiu no estigui encontacte directe amb la superfície de la pantalla. Això pot produïr una definició pobrede les vores del disseny i alteracions en les mesures d´aquest. L´exposició es realitzaen un recinte que conté una font de llum ultraviolada d´una longitud d´ona apropiadaper a provocar la polimerització de la emulsió de la pantalla. El temps d´exposició és

.

14

una funció de la intensitat de la font de llum, de la distància entre aquesta i lapantalla, del tipus i gruix de la emulsió, i del tipus de patró que es produeix.

3.3.2 Màquina per Imprimir.

Un dels aspectes més distintius del procés de fabricació de sensors de capagruixuda, és el mètode utilitzat per a la deposició del film. La serigrafia,tradicionalment considerada una forma d´expressió artística, ha estat modernitzada itransformada en una eina més científica per tal de poder ser utilitzada en la fabricaciód´aquest tipus de circuits.

Les parts fonamentals d´una màquina per imprimir circuits de capa gruixuda,són les següents:

La pantalla es subjectada fermament en un soport ajustable, que manté lasuperfície de la malla a una distància d´uns 0.5 mm sobre el substrat. Aquestadistància és necessària per tal que no hi hagi contacte directe entre la malla i elsubstrat fora del moment del cop d´impressió.

El substrat és fixat a la plataforma sobre la qual serà imprés mitjançant dosmètodes: una plantilla especial que impedeix que es mogui en sentit horitzontal i unsistema de buit que impedeix que es desplaci en sentit vertical.

La plataforma sobre la qual serà fixat el substrat pot ser ajustada a ambdoscostats per a assegurar que el substrat queda paral.lel a la pantalla. Es disposa tambéd´un ajust fi de la pantalla per tal de poder aconseguir un millor registre. La tintas´aplica a la superfície superior de la pantalla i la rasqueta flexible de goma passa através del model. Tal com la rasqueta passa a través de la pantalla, el teixit de lamalla és pressionat i entra en contacte amb la superfície del substrat. La tinta ésforçada a través de la superfície oberta de la malla. Inmediatament després del pas dela rasqueta, la malla es desenganxa del substrat, deixant sobre aquest un diposit detinta que formarà el patró desitjat sobre la superfície.

L´estructura de la màquina proporciona un medi ferm de subjecció per tal queles parts fixades no es moguin durant el procés d´impressió, així com un medi deposicionar-les acuradament. Típicament és acceptable una tolerància en la posició dela pantalla d´aproximadament 25 um en les direccions lateral i vertical. La fixació dela pantalla a part de mantenir aquesta fermament en una posició determinada, ha depermetre reemplaçar-la d´una manera fàcil i ràpida.

La funció de l´element fixador del substrat, és situar-lo acuradament sota lapantalla, així com mantenir-lo fermament fixat a la seva posició durant el procésd´impressió. Les toleràncies per al posicionament del fixador del substrat sónsimilars a les quantificades per al montatge de la pantalla. Els dos medis més comunsper a la fixació del substrat són la utilització d´un sistema de buit o d´una plantillarebaixada. En un dispositiu de fixació mitjançant buit, el substrat es subjecta fixantdues de les seves aristes contra dues cares de referència. La alternativa és unaplantilla rebaixada que es fixa sobre la plataforma d´impressió. La profunditat delrebaixat és aproximadament 100 um menor que el gruix del substrat. Normalmentquan es treballa amb substrats grans la fixació per buit és suficient, tot i que el medide fixació idoni és la combinació dels dos sistemes mencionats. Ocasionalment, esrequereix imprimir sobre substrats no normalitzats, per exemple alguns que no sontotalment plans, o alguns més gruixuts que els convencionals. Aquests requeriran lafabricació d´una plantilla especial per tal de mantenir-los en posició. A la figura 3.1es poden veure les parts bàsiques que conformen una màquina per a imprimir.

.

15

(1)

(2)

(3)

Fig.3.1.- Fotografies de la màquina utilitzada per imprimir els sensors de capa gruixuda on es poden veure endetall la rasqueta (1), la pantalla (2) i el suport del substrat (3).

3.3.3 La Rasqueta.

La rasqueta és essencialment una peça flexible, la funció de la qual éstransferir la pasta a través de la pantalla sobre el substrat. Durant la impressió aquestaforça la tinta a través de les superfícies obertes de la malla, i degut a la tensió desuperfície entre la tinta i el substrat, el patró requerit es transfereix sobre aquest. Laforma de la rasqueta, el material d´aquesta, i la pressió durant la impressió sónfactors que determinen la seva vida útil i la de la pantalla. La rasqueta ha de serfabricada amb un material resistent a les tintes i disolvents utilitzats en la fabricacióde circuits de capa gruixuda. Els materials més habitualment utilitzats són elpoliuterà i el neoprè. L´angle d´atac entre la rasqueta i la superfície de la pantallaacostuma a ser de 45º. Utilitzant una secció transversal rectangular és possibleaconsseguir una major vida útil de la rasqueta, donat que podem anar variant la sevaposició. La duresa òptima de la rasqueta es troba entre uns valors de 50 i 70.

La pressió de baixada de la rasqueta és ajustable i pot aconsseguir-semitjantçant diferents medis: càrrega elàstica, pes mort, barra de torsió o mitjançantneumàtica. És essencial tenir un control riguròs sobre la pressió de la rasqueta, per tald´obtenir exactitud i mantenir la repetibilitat del gruix d´impressió.

El suport de la rasqueta pot estar montat rígidament, pero sovint és de tipusmòvil, la qual cosa permet que aquesta quedi alineada paral.lelament a la pantalla. Éspossible trobar màquines per a serigrafiar que imprimeixen en ambdòs moviments, eld´anada i el de tornada, però la majoria d´elles imprimeixen només en un dels dossentits, donat que d´aquesta manera el resultat obtingut és millor.

3.3.4 La Tinta.

És important parlar en aquest punt d´un factor que afectarà en gran mesura elresultat final de la impressió. Aquest paràmetre és la viscositat de la pasta utilitzadaper imprimir, la qual ha de ser rigorosament controlada per tal d´assegurar una altaqualitat de la deposició. Els requeriments necessaris de la tinta relatius a la viscositat,

.

16

entren en conflicte quan aquesta ha de passar per diferents estadis d´impressió. Quanla tinta és forçada a través de la pantalla, requerirà una baixa viscositat per tal defacilitar el seu pas a través de les superfícies obertes de la malla. Inmediatamentdesprés de la impressió, la viscositat de la tinta haurà de ser elevada per tal que esmantingui el patrò desitjat sobre el substrat. Per a fluids ideals o newtonians, laviscositat és independent de la pressió i només varia en funció de la temperatura.Tanmateix per a una tinta per imprimir circuits de capa gruixuda és fonamental quela viscositat varii en funció de la pressió aplicada. Els fluids que tenen aquest tipus decomportament s´anomenen pseudoplàstics. Els elements bàsics que constitueixen les tintes utilitzades en el procésd´impressió de capa gruixuda són:

- El material actiu.- Un agent cristalitzador.- Un transportador orgànic.El material actiu és essencialment un pols finament dividit, amb un tamany

típic de partícules d´alguns micròmetres. Les pastes utilitzades per a imprimir elsconductors contenen un metall preciós com ara plata, platí, or, paladi o aleacionsd´aquests. Les pastes utilitzades per a la capa activa en el cas dels sensors de gasoscontenen òxids metàl.lics semiconductors.

La funció de l´agent cristalitzador és mantenir les partícules actives unidesentre si,i facilitar el procés d´adhesió de la capa impressa sobre el substrat.

El transportador orgànic dóna a la pasta la viscositat requerida per alprocés d´impressió per pantalla. La majoria de fabricants considera la formulació dela tinta com a informació del propietari, i per tant és molt difíl aconsseguir una llistadetallada dels materials que la conformen. En general el vehicle conté una resinadisolta en un disolvent junt amb un element que asseguri la dispersió de les partículessòlides.

3.4 El Procés d´Assecat.

Després de la impressió, és important deixar la capa impresa uns minuts al´aire per tal que la tinta es col.loqui i s´anivelli. En aquest estadi, podem mesurar elgruix de la capa utilitzant un mètode de mesura sense contacte. Després d´això latinta serà sotmesa a un procés d´assecat.

La finalitat d´aquest procés és eliminar els disolvents orgànics i fer que lacapa impressa s´adhereixi lleugerament al substrat, i sigui relativament inmune aagents externs. L´agent cristalitzador és encara present en la tinta en aquest estadi.L´assecat es realitza a temperatures entre 100 i 150ºC en un forn convencional decaixa o un forn d´infrarrojos de cinta mòbil. Després del procés d´assecat, potimprimir-se una altre capa sobre la capa ja impressa, o pot procedir-se al procés derecuit. És important remarcar que molts dels disolvents utilitzats en aquest procés sóninflamables, i s´ha de tenir molta cura de proporcionar una ventilació adequada id´evitar una acumulació de gasos perillosa.

2.5 El Procés de Recuit.

El procés d´alta temperatura de recuit està pensat per a eliminar totalment elsagents orgànics de la pasta, per a desenvolupar les propietats elèctriques d´aquesta,

.

17

i per soldar-la al substrat. Per a aconsseguir aquests objectius necessitaremtemperatures de fins a 1000ºC. Les característiques elèctriques d´algunes tintes, sónmolt sensibles a les condicions de recuit, i per aquest motiu és necessari un controlabsolut sobre els paràmetres del procés. Els forns utilitzats per al recuit són forns decinta mòbil que contenen un determinat nombre de zones. L´operador controla undeterminat nombre de paràmetres com ara la velocitat de la cinta, la temperatura depic de recuit i el temps de durada. Els grans forns industrials poden tenir fins a 20zones separades de temperatura, i una amplada de la cinta de fins 1 m. Méstípicament, però, els forns disposen de 3 o 4 zones i una amplada de la cinta d´algunscentímetres. La cinta pot aturar-se durant el procés per tal que els substrats siguinexposats a la temperatura de pic durant un temps determinat. Les altes temperatures al´interior s´aconsegueixen mitjançant devanats resistius de materials com el Ni-Cr.Cada zona té un controlador de temperatura independent associat. Un tub envolventtravessa la longitud total de l´interior del forn, desplaçant-se la cinta a través d´aquesttub. La cinta normalment es del tipus de cadena de malla metàl.lica capaç d´aguantarles altes temperatures que es produeixen a l´interior del forn, i és arrossegada per unmotor de velocitat variable que pot proporcionar velocitats de la cinta de fins 15cm/min. El forn acostuma a estar inclinat uns 2 o 3º per tal de permetre un fluxd´aire. Això proporciona oxígen per als diversos procesos químics que succeeixen aaltes temperatures, a més de ser un medi d´extreure l´aire contaminat de l´interior.

Un perfil de recuit, acostuma a tenir tres zones típiques:En primer lloc la temperatura puja lentament fins a la temperatura de pic de

recuit. Durant aquest període, els remanents orgànics són eliminats.La segona regió destacada és la zona on la temperatura roman constant durant

uns 10 minuts. Durant aquest temps el material es sinteritza i es desenvolupen variesreaccions. És defineixen les propietats elèctriques de la capa.

La fase de refredament permet la solidificació dels cristalls, i el substrat surtdel forn a una temperatura propera a la temperatura ambient.

De vegades és necessari recoure substrats en una atmosfera controlada. Perexemple un flux d´aire net filtrat, produirà un resultat repetible d´alta qualitat. Aixòpot ser no possible utilitzant un aire no filtrat circulant a través d´un forn inclinat perconvexió. Alguns materials com el coure o el níquel s´oxiden si es recouen en aire, iés necessari procesar-los en una atmosfera inert, com per exemple nitrogen.Existeixen forns especials que tenen barreres de gas incloses per formar l´atmosferacontrolada a l´interior del forn.

.

18

4 Sensors Fabricats.

4.1 Introducció.

S´han fabricat dues sèries de sensors que hem anomenat sèrie 1 i sèrie 2. Per aambdues sèries s´ha seguit un procés idèntic per a la impressió de conductors,resistència de mesura i heater. Per a la capa activa de l´una i de l´altre, s´han utilitzatdues tintes que pretenien ser idèntiques. És a dir, han estat fabricades en dos procesosindependents, però s´ha utilitzat la mateixa fòrmula i s´ha intentat reproduïrexactament els mateixos paràmetres en la seva elaboració. Els paràmetres de laimpressió de la capa activa han estat idèntics. Això s´ha fet així per poder determinarla repetibilitat del resultat obtingut, així com la dependència d´aquest de la tintautilitzada per a imprimir l´element sensor.

S´han imprés 4 sensors sobre cada substrat, i després han estat tallats per tald´analitzar-los independentment. El fet d´imprimir-los de 4 en 4, facilita el procésd´impressió i fa disminuïr el consum de tinta. Un cop impresos i recuits els sensors,hem tallat el substrat per tal d´obtenir quatre sensors independents. Cada sensor haestat conectat a una placa de circuit imprés que li proporciona un suport i facilita laconexió i desconexió del prototipus a l´equip de mesura.

Finalment s´ha mesurat la resposta d´un grup de 4 sensors de cada sèriedavant diversos factors i s´han comparat els resultats.

20 mm

20 m

m

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Fig 4.1.- Fotogràfies dels sensors impresos per les dues cares on es poden veure les parts que elsconformen: capa activa (1), electrodes (2), heater (3), resistència de mesura (4) i pads (5).

4.2 Consideracions de Disseny.

Els sensors s´han fabricat a doble cara, en una cara s´ha imprés l´elementsensor i els electrodes, i a l´altre la resistència de mesura i el heater. Si s´imprimeixenels tres elements sobre la mateixa cara, el tamany d´aquests haurà de ser menor i aixòcomporta:

.

19

- La proporció entre la superfície de la capa activa i el seu gruix determina engran mesura la seva sensibilitat. Com més petita sigui la superfície de la capa activa,per a un determinat gruix menor serà la sensibilitat del sensor.

- Com més baix sigui el percentatge de superfície que cobreixi el heater mésdiferència de temperatura hi haurà entre les diferents parts, augmentant per tant ladispersió tèrmica del sensor.

- Donat que al substrat sempre hi haurà una petita dispersió tèrmica, untermistor que abarqui una superfície menor d´aquest donarà una mesura menysexacta de la temperatura.

Seguint aquests criteris, s´ha escollit fabricar el sensor a doble cara, per lasenzilla raó que obtindrem un resultat final amb unes millors prestacions.L´incovenient que té fer-ho així és que requereix de quatre impresions diferentsdavant les tres que requeriria el mateix circuit a una sola cara, però aquest no és unfactor determinant en un model experimental de sensor.

4.2.1 Disseny de les Parts que Conformen el Circuit.

4.2.1.1 Els Electrodes.

S´ha optat per un disseny d´electrodes interdigitats per que proporcionen unasuperfície de contacte amb la capa activa major que uns electrodes rectangulars. Unamajor superficie de contacte representa minimitzar la resistència d´aquest així com elnivell de soroll elèctric del sensor.

El material que constitueix els electrodes ha de tenir una bona permeabilitat ala soldadura, i no s´ha d´oxidar a la temperatura de treball del sensor per tal de noalterar les propietats elèctriques del contacte. L´or reuneix aquests requeriments.

5 mm 2 mm

2 m

m

5 m

m

10 mm

10 m

m

Fig 4.2.- Fotografia dels electrodes d´un sensor i esquema acotat d´aquests.

4.2.1.2 Heater i Resistència de Mesura.

S´han dissenyat ambdós en forma de meandres per tal de cobrir el màximpercentatge de superfície del sensor. El material utilitzat és el platí, que presenta unaalta estabilitat a la temperatura de treball del sensor, i un coeficient de variació de laresistivitat amb la temperatura que el fa idoni per a funcions de mesura.

En alguns sensors s´utilitza un mateix element resistiu de platí com acalefactor i com a sensor de temperatura. En el nostre cas hem optat per fer-los com

.

20

dos elements independents, per que la mesura realitzada és més exacte, il´electronica requerida per al control de la temperatura del sensor és més simple.

7 m

m

5 mm

2 m

m

10 mm 10

mm

Fig 4.3.- Fotografia de la resistència de mesura i el heater d´un sensor, i esquema acotat de les sevesmesures més importants.

4.2.2.3 Els Pads.

S´ha optat per una geometria quadrada que simplifica el disseny i laimpressió. S´han fabricat en or perquè és un requeriment del mètode de soldaduraque es pensava utilitzar.

5 m

m

2 m

m

5 mm 2 mm

Fig 4.4.- Fotografia de la cara de la resistència de mesura i el heater d´un sensor on es poden veure elspads, i esquema acotat dels pads amb les mesures bàsiques.

4.2.1.4 La Capa Activa.

Un dels requeriments del disseny de la capa activa és que aquesta tingui lamàxima superfície possible, ja que aquesta determina en gran mesura la sensibilitatdel sensor. Davant aquest requeriment hem optat per una geometria rectangular,

.

21

l´amplada de la qual cobreix la separació entre els electrodes, i la llargada la pràcticatotalitat del sensor.

5 mm

8 m

m

10 mm 10

mm

Fig 4.5.- Fotografia d´un sensor un cop impresa la capa activa i esquema acotat de les mesures d´aquesta.

4.3 Procés de deposició de conductors.

Per a la deposició dels conductors hem seguit el procés que s´explicaseguidament. És important remarcar la importància de seguir l´ordre exposat per tald´obtenir un resultat òptim. El primer pas ha estat la impressió i recuit delselectròdes, degut a que la tinta utilitzada per a aquests requereix la temperatura derecuit més elevada. Seguidament hem procedit a la impressió i secat del heater i laresistència de mesura, però sense recoure´l encara. Un cop assecat hem imprimit iassecat els paths. Finalment hem procedit a recoure heater i resistència de mesura ipaths.

Comparant els resultats d´aquest procés amb els resultats de coure lesresistències i els paths de manera independent, hem observat que el resultat obtinguten el primer cas presenta una superfície més homogènea i uniforme.

4.3.1 Electrodes.

a).- Impressió.La impressió dels electrodes es realitza mitjançant una malla de 325/25 mm.

Hem utilitzat una tinta d´or comercial ESL 8884. La alta viscositat d´aquesta tintaens permet col.locar-la sobre el motiu. La distància entre la malla i el substrat és de0.5 mm. La pressió de la rasqueta s´ha ajustat a 40 PSI, després de comprobar que apressions més baixes empitjora la uniformitat de la capa i a pressions més elevadesperdem definició en les vores del disseny. És important minimitzar el temps

.

22

d´impressió, donat que, com més alt és aquest, més sovint s´haurà de netejar la malla,produïnt això un increment en el consum de tinta.

b).- Assecat.Després de la impressió, hem deixat el model imprés a temperatura ambient

(uns 25ºC) durant uns 10-15 minuts, per tal que quedi ben anivellat. Seguidament elposem en el forn d´infrarrojos a 125º durant 10 minuts, per tal d´eliminat elsdisolvents.

c).- Recuit.Finalment hem recuit el model al forn a una temperatura de pic de 950º durant

un temps de 10 minuts. La pendent de la rampa ascendent o descendent ha de serd´entre 60-100ºC/min. Per tal d´aconseguir aquests valors ajustem el forn de lasegúent manera:

Temperatura (ºC) Flux d´aire (l/min)Zona 1 465 20Zona 2 942 20Zona 3 934 10Zona 4 945 15

Velocitat de la cinta transportadora = 37 mm/min.

4.3.2 Heater i Resistència de Mesura.

a).- Impressió.La impressió del heater es realitza mitjançant una malla de 280/25 mm. Hem

utilitzat una tinta de platí comercial Heraeus C3657. La baixa viscositat d´aquestatinta fa necessari la col.locació d´aquesta davant del motiu, donat que si lacol.loquem a sobre es filtra a través de la malla i el resultat de la impressió ésdeficient. Per aquesta mateixa raó la velocitat d´impressió haurà de ser ràpida. Ladistància entre la malla i el substrat és de 0.5 mm. La pressió de la rasqueta s´haajustat a 37 PSI, després de comprobar que a aquesta pressió obtenim els millorsresultats.

b).- Assecat.Després de la impressió, hem deixat el motiu imprés a temperatura ambient

(uns 25ºC) entre 10 i 20 minuts per tal que la tinta quedi ben anivellada.Seguidament el posem en el forn d´infrarrojos a 150º durant 10 minuts, per tald´eliminat els disolvents.

4.3.3 Pads.

a).- Impressió.La impressió dels pads es realitza mitjançant una malla de 325/25 mm. Com

en el cas dels electrodes hem utilitzat una tinta d´or comercial ESL 8884. La altaviscositat d´aquesta tinta ens permet col.locar-la sobre el motiu. La distància entre lamalla i el substrat és de 0.5 mm. La pressió de la rasqueta s´ha ajustat a 40 PSI,després de comprobar que a pressions més baixes empitjora la uniformitat de la capa

.

23

i a pressions més elevades perdem definició en les vores del disseny. És importantminimitzar el temps d´impressió, donat que, com més alt és aquest, més sovints´haurà de netejar la malla, produïnt això un increment en el consum de tinta.

b).- Assecat.Després de la impressió, hem deixat el motiu imprés a temperatura ambient

(uns 25ºC) durant uns 10-15 minuts, per tal que quedi ben anivellat. Seguidament elposem en el forn d´infrarrojos a 125º durant 10 minuts, per tal d´eliminar elsdisolvents.

c).- Recuit.Finalment hem recuit el substrat, després de la impressió del heater,

resistència de mesura i pads, al forn a una temperatura de pic de 875º C durant untemps de 10 minuts. Per tal d´aconseguir aquests valors ajustem el forn de la segúentmanera:

Temperatura (ºC) Flux d´aire (l/min)Zona 1 525 28Zona 2 860 14Zona 3 850 10Zona 4 861 16

Velocitat de la cinta transportadora = 37 mm/min.

4.4 Fabricació i Deposició de la Capa Activa.

4.4.1 Preparació de la Tinta.

Per a la preparació de la tinta hem disposat dels següents components:- El material actiu, el qual necessitem imprimir i que determina les propietatselèctriques de la capa. En aquest cas es tracta d´òxid d´estany comercial d´un 99% depuresa.- El “binder”, és el portador que assegura una bona conexió entre les partícules,homogeneitat, i entre partícules i substrat, adhesió. Hem utilitzat com a binder elMetilmetacrilat.- El “binder” orgànic determina la viscositat de la tinta. Aquesta haurà de presentar lesqualitats requerides per a la impressió per pantalla. Hem utilitzat el fluid comercialHVS100.- Un disolvent actiu per assegurar la bona permeabilitat de tots els components de latinta. Hem utilitzat metanol.

La combinació d´aquests quatre elements en diferents proporcions i l´analisidels resultats ens ha portat a l´obtenció d´una pasta de característiques òptimes per aser impressa. La fòrmula utilitzada és la següent:

SnO2 + Metilmetacrilat + HVS 100 + Metanol 2 g 5,45 ml 1,35 ml 3 ml

.

24

La quantitat de cada component d´aquesta fòrmula l´hem obtinguda de formaexperimental, partint d´una fòrmula base i seguint els següents criteris:

- El component HVS 100 determina la viscositat de la pasta. Una mancançad´aquest producte en la tinta fa que la viscositat sigui molt elevada i la impressiósigui impossible. L´excés d´aquest component fa que la viscositat sigui molt baixa, iaixò produeix una baixa definició dels contorns del motiu imprés.- Una quantitat més baixa de metilmetacrilat determina una adhesió pobre de lacapa al substrat, el que produeix que la superfície del model imprés sigui moltirregular ( amb porus i parts no impreses ). Un excés d´aquest component a la tintadetermina una baixa homogeneitat d´aquesta, produïnt una qualitat de la impressiómolt pobre.- Hem fixat la quantitat de metanol en 3 ml. La quantitat d´aquest component no éscrítica degut a la seva ràpida evaporació.

4.4.2 Deposició de la Capa Activa.

a).- Impressió.Per a la impressió de la capa activa hem utilitzat una malla de 145/45 mm. La

velocitat d´impressió ha de ser lenta. La tinta l´hem extés sobre el model a imprimir.Hem ajustat la pressió de la rasqueta a 40 PSI. La distància entre la malla i el substratés de 0.5 mm.

b).- Assecat.Un cop impressa la capa activa s´ha deixat el substrat a temperatura ambient

(aproximadament uns 25ºC) durant uns 15 minuts per tal que la tinta s´anivelli.Seguidament hem sotmés la mostra al procés d´assecat en un forn d´infrarrojos a unatemperatura de 150º durant 10 minuts per tal d´eliminar els sisolvents.

c).- Recuit.Finalment hem recuit les mostres a una temperatura de pic de 450º durant 10

minuts. A aquesta temperatura, l´òxid d´estany queda suficientment adherit alsubstrat adquirint una resistència mecànica adequada. A temperatures inferiors aaquest valor, l´adherència és deficient. A temperatures més elevades de recuit s´obtèmillor adherència però la sensibilitat del sensor disminueix. Així doncs el recoure aaquesta temperatura ens proporciona una sensibilitat elevada sense sacrificar laadherència de la capa i per tant la durabilitat del sensor.

El forn s´ha ajustat de la següent manera:

Temperatura (ºC) Flux d´aire (l/min)Zona 1 450 10Zona 2 450 10Zona 3 450 10Zona 4 450 10

4.5 Contactes i Encapsulat.

Aquest sensors havien estat concebuts per a ser soldat amb alumini a unsuport amb el mètode d´ultrasons. El fet de no disposar d´un aparell adequat per a la

.

25

soldadura ens ha obligat a buscar un mètode alternatiu. Aquest ha estat la utilitzaciód´unes micropinces metàl.liques recobertes d´una fina capa d´or, que realitzen lafunció de mantenir suspés el sensor, així com proporcionar un contacte directe ambels pads, assegurat per les propietats elàstiques del material del que estan formades.Aquest mètode ha resultat efectiu i ens ha permés obtenir les mesures que requeria lacaracteritzió dels sensors. S´ha de dir però que el seu us només és adequat enprototipus experimentals.

Les finalitat bàsiques de l´encapsulat són proporcionar un soport al sensor quepermeti la seva conexió fàcil i ràpida a l´equip de mesura i mantenir el sensor suspésper tal d´aïllar-lo tèrmica i elèctricament, permetent la interacció amb els gasos del´atmosfera en la que es troba. Per a aquesta finalitat s´ha dissenyat un suport en unaplaca de circuit imprés. En un dels extrems hi ha el sensor, que es manté en suspensiómitjançant els cables que estableixen el contacte entre el sensor i el suport. Aquestscables estan soldats amb estany a la placa de circuit imprés per un extrem i per l´altreestan crimpats a les micropinces que actuen com a contactes del sensor. Al costatoposat del suport arriben les sis pistes adequades per a ser endollades directament alsistema de mesura de la cambra de gasos.

4.6 Màscares.

A la figura 4.6 es poden veure les màscares que s´han utilitzat en el procés defabricació de la malla que hem utilitzat per a imprimir els circuits.

Fig 4.6.- Màscares que s´han utilitzat per a la fabricació de les diferents pantalles que hem utilitzat per a imprimir els sensors a tamany real.

.

26

5 Caracterització dels Sensors.

5.1 Introducció.

Un cop construït el sensor, es necessari determinar les característiqueseléctriques de cada una de les seves parts per tal de determinar la seva resposta adiferents factors ambientals i definir els seus possibles camps d´utilització.

En primer lloc s´ha determinat la variació en funció de la temperatura de laresistència de mesura i el heater. Les gràfiques obtingudes ens permetran controlar latemperatura de treball del sensor un cop s´hagi determinat el seu valor òptim.

Hem mesurat també com varia la resistència de la capa activa en funció de latemperatura, per tal de determinar el grau de control que haurem de tenir sobreaquesta última per poder obtenir resultats fiables.

Finalment s´ha exposat els sensors a la presència de diferents gasos endiferents concentracions per tal de quantificar-ne la sensibilitat i la selectivitat quepresenta davant d´aquests, així com la distorsió en la mesura que pot provocar unfactor ambiental com és la humitat.

5.2 Caracterització del Heater i la Resistència de Mesura.

5.2.1 Mesures realitzades.

La caracterització dels substrats s´ha realitzat escalfant aquests a unatemperatura coneguda i mesurant el valor de la resistència de mesura i de laresistència del heater. Per escalfar els substrats disposem d´una plataformacalefactora que ens permet arribar fins una temperatura de 120º C. Aquestatemperatura és molt inferior a la treball del sensor, tanmateix el marge en que hem fetla mesura ens permet comprovar la linealitat de la variació de la resistència i obteniruna recta aproximada de la variació de la resistència dels dos elements en funció dela temperatura. Les mesures, s´han fet a intervals de 10º C. A les figures 5.1 i 5.2 esmostren els resultats.

Fig 5.1(a).- Representació del valor de la resistència de mesura i el heater en funció de la temperaturadels sensors 1 i 2 de la sèrie 1.

y = 0,0371x + 10,338

y = 0,0181x + 5,0455

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 2Heater

Sensor 2Resistencia

y = 0,0368x + 9,9709

y = 0,0164x + 5,0727

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 1Heater

Sensor 1Resistencia

.

27

Fig 5.1(b).- Representació del valor de la resistència de mesura i el heater en funció de la temperatura delssensors 3 i 4 de la sèrie 1.

Fig 5.2.- Representació del valor de la resistència de mesura i el heater en funció de la temperatura dels sensorsde la sèrie 2.

5.2.2 Interpretació dels Resultats.

De l´observació de les gràfiques precedents, podem determinar que lavariació de la resistència amb la temperatura es pot considerar lineal, sense que aixòconstitueixi una font d´error considerable.

La gràfica de la resistència de mesura, presenta una dependència més elevadade la temperatura, el que la fa adequada per a funcions de monitorització d´aquesta.El valor de la resistència del heater és més baix i la seva dependència de latemperatura no és tant alta, característiques que la fan apta per a funcions decalefactor.

Els valors de les resistències de tots els sensors d´ambdues sèries, així com elpendent dels valors de la resistència en funció de la temperatura són molt similars, laqual cosa ens permet assegurar que en el procés de deposició d´aquests elementshem aconseguit una repetibilitat òptima.

y = 0,0363x + 9,7073

y = 0,0158x + 4,8982

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 4Heater

Sensor 4Resistencia

y = 0,0318x + 10,004

y = 0,0162x + 4,9018

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 3Heater

Sensor 3Resistencia

y = 0,0325x + 10,009

y = 0,018x + 5,18

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 2Heater

Sensor 2Resistencia

y = 0,0338x + 9,9436

y = 0,0183x + 5,1073

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 1Heater

Sensor 1Resistencia

,

y = 0,0365x + 10,369

y = 0,0188x + 5,1964

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 4Heater

Sensor 4Resistencia

y = 0,0351x + 10,918

y = 0,0192x + 5,3636

024

68

1012

1416

0 50 100 150

Sensor 3Heater

Sensor 3Resistencia

.

28

5.3 Caracterització de la Capa Activa Respecte a la Temperatura.

5.3.1 Mesures Realitzades.

En els principis teòrics del funcionament dels sensors del primer capítol, s´haexposat que el valor de la resistència de l´element sensor presentarà un cert grau dedependència en la temperatura d´aquest. Les següents mesures s´han realitzat per talde determinar aquest grau de dependència.

Per a obtenir les curves característiques de la resisténcia del sensor vers latemperatura, s´ha escalfat el substrat a una temperatura determinada i s´ha mesurat laresistència entre els electrodes. L´equip del que disposem per a escalfar ens permetarribar a una temperatura màxima de 120º C. Aquesta és molt inferior a latemperatura de treball del sensor, però ens dòna una idea aproximada de com afectaràaquesta magnitud el resultat final de la mesura. Hem variat la temperatura enintervals de 20º C. En les dues pàgines següents es presenten les gràfiques querelacionen les dues magnituds esmentades.

Fig 5.3.- Representació gràfica de la variació de la resistència dels sensors de la sèrie 1 en funció de latemperatura.

Sensor 2.

0,00E+00

1,00E+06

2,00E+063,00E+06

4,00E+06

5,00E+06

6,00E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

Sensor 1.

0,00E+00

2,00E+06

4,00E+06

6,00E+06

8,00E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

Sensor 4.

0,00E+00

1,00E+06

2,00E+06

3,00E+06

4,00E+06

5,00E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

Sensor 3.

0,00E+00

1,00E+06

2,00E+06

3,00E+06

4,00E+06

5,00E+06

6,00E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

.

29

Fig 5.4.- Representació gràfica de la variació de la resistència dels sensors de la sèrie 2 en funció de latemperatura.

5.3.2 Interpretació dels Resultats.

El marge de temperatures en que s´ha fet la mesura no és suficient perextreure conclusions definitives sobre el comportament del sensor en funció de latemperatura. La única cosa que queda clara és que la resistència del sensordisminueix quan la temperatura augmenta.

La mesura s´ha realitzat amb un multimetre convencional que no ens hapermés mesurar la resistència dels sensors de la sèrie S2 a temperatures d´entre 40 i80º C, donat que aquesta és massa elevada. Analitzant les gràfiques s´observa quetot i que la variació del valor de la resistència entre els sensors de les dues sèries ésmolt elevat a 40º C, aquest disminueix conforme augmenta la temperatura.

Podem extreure per tant la conclusió que el procés de fabricació de la tinta dela capa activa influeix en la determinació del perfil de la variació de la resistènciad´aquesta en funció de la temperatura.

Sensor 2.

0,E+00

2,E+06

4,E+06

6,E+06

8,E+06

1,E+07

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

Sensor 1.

0,E+00

1,E+06

2,E+06

3,E+06

4,E+06

5,E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

Sensor 4.

0,E+00

1,E+06

2,E+06

3,E+06

4,E+06

5,E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

Sensor 3.

0,E+00

1,E+06

2,E+06

3,E+06

4,E+06

40º C 80º C 120º C

T (º C)

R

.

30

5.4 Caracterització Elèctrica del Sensor.

5.4.1 Introducció.

Els paràmetres principals que defineixen la resposta d´un sensor són elssegüents:

- Sensibilitat: És la variació relativa del valor de la resistència d´un sensorquan es troba en una atmòsfera amb diferents concentracions de determinats gasos.

- Selectivitat: És la comparació de la resposta del sensor a un gas determinatamb la resposta que presenta als altres gasos als quals és sensible.

- Velocitat de resposta: Rapidesa amb que varien els paràmetres del sensordavant l´aparició d´un agent contaminant a l´atmosfera en que es troba, així com lacapacitat de recuperar el seu valor original quan desapareix aquest agent.

- Dependència de factors ambientals: Un sensor treballant en una atmosferano contaminada determinada està exposat a les condicions d´aquesta. Laquantificació dels efectes d´aquestes condicions sobre el sensor determinen lainmunitat o la dependència d´aquest.

5.4.2 Conjunt Experimental de Mesura.

5.4.2.1 Aspectes Fonamentals.

Per tal de mesurar la resposta dels sensors a diferents gasos, és necessaridisposar del següent èquip.

- Cambra de mesura: ens permet mantenir el sensor en una atmosfera decomposició controlada, en la qual podem injectar els contaminants en quantitatsdeterminades, coneixent per tant la composició d´aquesta en cada cas.

- Sistema de mesura de les condicions ambientals de la cambra. A l´interiorde la cambra disposem d´un sistema de mesura que ens permet conèixer latemperatura i la humitat d´aquesta. Es disposa també d´un sensor de gasos comercialper tal de poder comparar els seus resultats amb els dels sensors testejats.

- Sistema d´acondicionament dels sensors. La seva funció és mantenir elssensors a la temperatura de treball requerida.

- Sistema d´adquisició de dades. La seva funció és mesurar els diferentsparàmetres i processar els resultats obtinguts.

5.4.2.2 Descripció Detallada.

a) Cambra de mesura.Per tal de mantenir els sensors en una atmosfera controlada, els hem introduït

en una cambra hermètica de metacrilat d´un volum de 5,474 l. Aquesta cambradisposa d´un orifici per a la injecció de gasos. Disposa també de dos orificis per talde netejar l´atmosfera: un funciona com entrada d´aire sec i l´altre com a sortida del´aire contaminat. A la figura 5.5 de la pàgina següent, es pot veure la fotografia de lacambra de mesura que hem utilitzat i les diferents parts que la conformen.

Injecció de gasos. Per a la injecció de gasos a l´interior de la cambra s´hanutilitzat dues xeringues cromatogràfiques de precisió Hamilton de 20 i 50 ml per al´etanol, el benzè i l´amoníac, i una xeringa per a gasos de 50 ml per al metà.

.

31

(1)

(2)

(3)

(4) (5)

(6)

(1)

Fig 5.5.- Fotografia de la cambra de temperatura utilitzada on podem veure les següents parts del sistema demesura: conectors per a la conexió dels sensors (1), entrada d´aire sec (2), ventilador (3), sensor de gasos TGS822 (4), sonda de temperatura i humitat (5) i cables de conexió per a la mesura i acondicionament dels sensors(6).

b) Acondicionament dels sensors.Per tal de subministrar als heaters la intensitat necesària per a mantenir els

sensors a la temperatura de treball hem utilitzat una font d´alimentació PromaxFAC- 364 C. El fet de no disposar de les fonts d´alimentació necesàries per aalimentar cada sensor independentment, que seria la situació òptima, ens ha obligat aconectar els sensors de quatre en quatre a la mateixa font. Això ens ha produït unerror en la temperatura dels sensors de ±10º C.

c).- Sistema de mesura de les condicions ambientals de la cambra.Per a aquest propòsit disposem dels següents sensors:- Sensor de temperatura i humitat: S´ha utilitzat per mesurar aquestes

magnituds una sonda comercial detemperatura i humitat E+E Electronics, sèrieEE06.

- Sensor de gasos: Per tal de tenir una mesura de referència de l´atmosferade l´interior de la cambra hem utilitzat un sensor per a gasos model TGS 822 deFigaro Corp.

d).-Sistema d´adquisició de dades.- Aparell de mesura: Per tal de mesurar la resistència dels diferents

sensors, hem utilitzat multimetres de precisió Keithley 6517.- Unitat de conmutació de dades: Per poder mesurar la resistència de tots

els sensors simultàneament, hem utilitzat una unitat d´adquisició de dades HP34970.

- Tarja d´adquisició de dades: Hem utilitzat una tarja model PCL-812 dePC-Labcard.

.

32

- Sistema de comunicació: Els aparells de mesura, la unitat deconmutació de dades, la tarja d´adquisició de dades i el PC estan interconectatsmitjançant un Bus GPIB de National instruments.

- Procesament de dades: El procesament de les mesures s´ha realitzatmitjançant un PC utilitzant com a software una aplicació de LabView d´elaboraciópròpia de la URV.

5.4.3 Procediment de Mesura.

S´han mesurat les respostes del sensor davant diferents gasos (amoníac,benzè, etanol i metà) en diferents concentracions. La resposta de cada sensor a cadaun d´aquests gasos s´ha fet a tres temperatures diferents, 250,300 i 350º C. De cadagas a cada temperatura s´han realitzat dues mesures procurant que les condicionsd´ambdues fossin idèntiques. Per tal que els sensors s´estabilitzessin hem deixatpassar un període mínim d´una hora entre dues mesures consequtives. Amb aquestamateixa fi cada cop que s´ha variat la temperatura dels sensors s´ha deixat un períodemínim de 24 hores abans de començar a realitzar les mesures.

Les consideracions que hem tingut en compte alhora de determinar el procésde mesura són les següents . S´ha procurat deixar un temps suficient entre la injeccióde les diferents proporcions de gasos per tal de que s´estabilitzi la resposta delsensor. S´ha determinat el temps de fluxe d´aire sec i el caudal d´aquest per tald´assegurar la eliminació total del gas contaminant.

El patrò que hem seguit per la realització de totes les mesures és el següent.

Segon 1: Comencem a mesurar.Segon 50: S´injecten 10 ppm ( 500 ppm en el cas del metà ) del gas.Segon 150: S´injecten 100 ppm ( 2000 ppm en el cas del metà) del gas.Segon 250: S´injecten 1000 ppm ( 10000 ppm en el cas del metà) del gas.Segon 345: S´obre l´orifici de sortida de gasos de la cambra.Segon 350: S´injecta aire sec en la cambra.Segon 450: S´atura la injecció d´aire sec i es tanca l´orifici de sortida de gasos de lacambra.Segon 500: Final de la mesura.

Tot i que la magnitud de la resposta varia en els diferents casos, el patrò típicd´aquesta és el que podem veure en la figura 5.5, i que presenta diferents zonestípiques:

- En la primera zona en que produeixen tres clares disminucions del valor dela resistència del sensor, provocades per les tres injeccions succesives decontaminant.

- En la segona zona en es produeix un augment de la resistència del sensorprovocada per la injecció d´aire sec.

- En la tercera zona es pot veure la progressiva recuperació del valor de laresistència del sensor un cop s´ha tallat el fluxe d´aire sec.

.

33

s3

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

1 101 201 301 401 501

Fig 5.5.- Resposta del sensor 3 de la sèrie S1 a l´etanol a 350º C on es poden veure les tres zones

bàsiques que es produeixen en el procediment de mesura.

5.5 Càlcul de la Sensibilitat dels Sensors.

5.5.1 Procediment de Càlcul.

El paràmetre més important que determina el funcionament d´un sensor, és laseva sensibilitat. En el cas de sensors resistius, la sensibilitat es defineix com lavariació relativa de la resistència del sensor en front de diferents valors de l´elementque mesura.

Per a un determinat sensor de gasos en una determinada concentració, el valorde la sensibilitat pot definir-se segons la fòrmula (1).

S = Rx / Rref (1)

S és la sensibilitat del sensor, Rx és la resistència del sensor a unadeterminada concentració del gas i Rref és la resistència del sensor a unaconcentració de gas de referència.

En el nostre cas hem pres com a referència la resistència dels sensors a unaconcentració de gas de 100 ppm ( 1000 ppm en el cas del metà).

Seguint aquests criteris hem obtingut la representació de la sensibilitat decada sensor a cada temperatura que es poden veure en les pàgines següents.

5.5.2 Resultats.

En les gràfiques que es mostren en les pàgines següents, figures 5.6-5.9, esmostren els valors de la sensibilitat per a diferents gasos a diferents temperatures. Ala temperatura en que la sensibilitat és més elevada, s´ha representat a una escalamajor per tal de poder apreciar-la bé. A aquesta temperatura s´ha representat també lasensibilitat del sensor TGS 822 a l´etanol per tal de poder comparar els valors.

.

34

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

A m oníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.6.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 1 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

A m oníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.7.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 2 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.8.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.9.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 4 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

.

35

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Conce n tra ció

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.10.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 1 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Conce n tra ció

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.11.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 2 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.12.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 2 3

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.13.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 4 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

.

36

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822(etanol)

Fig 5.14.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 1 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822(etanol)

Fig 5.15.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 2 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

.

37

Fig 5.16.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

100

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822 (etanol)

Fig 5.17.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 4 de la sèrie 1 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

00,5

11,5

22,5

33,5

4

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

100

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822 (etanol)

.

38

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.18.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 1 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració R/R100

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.19.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 2 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

0

0,5

1

1,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

±

Fig 5.20.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentrac ió

R/R

10

0

A m oníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.21.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 4 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 250º C.

.

39

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.22.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 1 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.23.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 2 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

0

0,5

1

1,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.24.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

0

0,5

1

1,5

2

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

Fig 5.25.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 4 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 300º C.

.

40

0

0,51

1,5

2

2,53

3,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822(etanol)

Fig 5.26.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 1 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

0

0,51

1,5

2

2,53

3,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822(etanol)

Fig 5.27.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 2 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

.

41

0

0,51

1,5

2

2,53

3,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822(etanol)

Fig 5.28.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

0

0,51

1,5

2

2,53

3,5

10 ppm 100 ppm 1000 ppm

Concentració

R/R

10

0

Amoníac

Benzè

Etanol

Metà

TGS 822(etanol)

Fig 5.29.- Gràfica de la sensibilitat del sensor 3 de la sèrie 2 entre 10 i 1000 ppm treballant a 350º C queinclou també el valor de la sensibilitat a l´etanol del sensor TGS 822 de Figaro Corp.

.

42

5.5.3 Interpretació dels Resultats.

De l´anàlisi dels resultats obtinguts del càlcul de la sensibilitat es desprénclarament que el gas al qual els sensors presenten una sensibilitat més elevada ésl´etanol. Podem concebre a partir d´aquest punt els sensors fabricats com a sensorsd´etanol. La temperatura de treball en la qual són més sensibles és 350º C.Considerarem en principi que aquesta és la temperatura òptima de treball dels sensorsen criteris de sensibilitat.

L´amoníac i el benzè produeixen també una resposta del sensor. El valormàxim d´aquesta resposta es produeix a 350º C. Podem considerar la resposta queprovoca el metà pràcticament nul.la.

S´observa també que les diferències en la sensibilitat dels sensors de les duessèries són majors que les diferències entre els sensors de la mateixa sèrie. Tanmateixel valor d´aquestes diferències no són suficientment alts per considerar que el procésde fabricació dels sensors utilitzat no te una bona repetibilitat. Hem de considerartambé que el mètode que hem utilitzat per controlar la temperatura dels sensors, téuna tolerància alta ( ±10º C), i pot contribuir a incrementar aquestes diferències.

5.6 Càlcul de la Selectivitat del Sensor.

5.6.1 Procediment de Càlcul.

La selectivitat d´un sensor de gasos per a un gas determinat es defineix com laproporció entre el valor de la resposta a aquest gas i el valor d´aquesta en presènciad´altres gasos. El valor màxim que pot tenir aquest paràmetre és 1, i seria el cas d´unsensor que presentes una resposta a un sol gas. Aquest seria el valor òptim per a undeterminat sensor a un determinat gas. El valor mínim que pot tenir és 0, i seria el casen que el sensor no presenti cap resposta al gas analitzat.

La selectivitat d´un sensor davant d´un gas serà millor com més proper sigui a1 el valor d´aquesta per a aquest gas i més proper sigui a 0 per als altres gasos.

Calculem la selectivitat d´un sensor de la següent manera:

( R0 / R100i –1 ) Si = --------------------------- (2)

Sj=1( R0 / R100j –1 )

R0 és el valor de la resistència en absència de contaminants, R100 és laresistència en presència de 100 ppm de contaminant ( 1000 ppm en el cas del metà ).

5.6.2 Resultats.

Les taules 5.1,5.2 i 5.3 mostren els valors de la selectivitat als diferents gasosdels sensors a la temperatura de 350º C que és la temperatura de treball que hemconsiderat òptima seguint els criteris de la sensibilitat.

.

43

Etanol Benzè Amoníac Metà

Sensor 1 0.777 0.169 0.04 0.014

Sensor 2 0.856 0.099 0.03 0.014

Sensor 3 0.93 0.017 0.04 0.012

Sensor 4 0.93 0.04 0.017 0.017

Taula 5.1.- Valors de la selectivitat dels sensors de la sèrie 1 a 350º C per als diferents gasos mesurats.

Etanol Benzè Amoníac Metà

Sensor 1 0.899 0.063 0.029 0.013

Sensor 2 0.876 0.072 0.03 0.014

Sensor 3 0.895 0.045 0.04 0.021

Sensor 4 0.9 0.05 0.03 0.015

Taula 5.2.- Valors de la selectivitat dels sensors de la sèrie 2 a 350º C per als diferents gasos mesurats.

Etanol Benzè Amoníac Metà

Sensor com. 0.42 0.246 0.09 0.235

Taula 5.3.- Valors de la selectivitat del sensor comercial TGS 822 per als diferents gasos mesurats.

5.6.3 Interpretació dels Resultats.

Queda ben clar que l´element al que presenten una major selectivitat elssensors és l´etanol. El valor d´aquesta s´aproxima a 1. La selectivitat respecte alsaltres gasos mesurats és de l´ordre de 10 vegades menor que la que presenta respectea l´etanol. Podem per tant considerar els sensors fabricats com a sensors d´etanolaltament selectius.

El valor mig de la selectivitat és de 0.882, i el valor de la dispersió màxima ésdel 12%. El valor màxim de la dispersió és acceptable, i es pot considerar que elssensors fabricats tenen una bona repetibilitat en criteris de selectivitat.

De la comparació dels resultats dels sensors fabricats amb els del sensorcomercial podem assegurar que els primers presenten unes millors prestacions per alseu us com a sensors d´etanol. El sensor comercial presenta també una sensibilitat iselectivitat més altes en el cas de l´etanol, tot i que els valors d´aquests paràmetresdavant els altres gasos el fan apte per a la detecció de tots ells.

.

44

5.7 Velocitat de Resposta dels Sensors.

A la figura 5.30 es pot observar el perfil típic de resposta del sensor TGS 822,i d´un sensor dels que hem fabricat nosaltres. El comportament d´ambdos davant lainjecció d´una quantitat determinada d´etanol, és molt similar.

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1,00E+04

1 101 201 301 401 501

s3

COMERCIAL/10

Fig 5.30.- Resposta del sensor 3 de la sèrie S1 a 350º C i del sensor comercial a diferents concentracions d´etanol.

5.7.1 Resultats.

Si definim com a temps de resposta d´un sensor a un gas determinat l´intervalde temps transcorregut entre el 10 i el 90% de la variació total, obtenim els valors dela taula 4.5.

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 TGS 822

2 s 3 s 5 s 3 s 4 s

Taula 5.4.- Temps de resposta dels sensors de la sèrie 1 a 350º C i del sensor TGS 822 a unaconcentració d´etanol de 10 ppm.

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 TGS 822

2 s 5 s 8 s 5 s 7 s

Taula 5.5.- Temps de resposta dels sensors de la sèrie 2 a 350º C i del sensor TGS 822 a unaconcentració d´etanol de 10 ppm.

5.7.2 Interpretació dels Resultats.

A les taules 4.4 i 4.5 veiem els temps de resposta dels diferents sensors. Lavariació tan elevada d´aquest valor la podem atribuir a dos factors:

- La resolució amb que s´ha fet la mida, es de 1 s. Per calcular el temps deresposta s´han pres com a referència els punts en que la mesura havia sobrepasat la

.

45

variació d´un 10% i el punt en que havia sobrepassat la variació del 90% del valortotal de la variació de la mesura. Per aquest factor, podem tenir un error màxim de±2s.

- Les diferents distàncies dels diferents sensors al punt en que s´injecta elgas més el volum de la cambra requereixen d´un cert temps per tal que l´atmosfera al´interior d´aquesta sigui homogènea i aquest temps es sumarà al temps de respostadel sensor. Això es veu clarament en el temps de resposta del sensor TGS 288, elvalor del qual varia en les dues mesures realitzades.

Un cop determinada la fiabilitat de la mesura podem considerar que elssensors que reaccionen més ràpidament, tenen un temps de resposta que es potconsiderar molt bò, i ens queda la incertesa de si els que responen més lentament ésper factors elèctrics dels sensors o per els motius que s´han exposat més amunt.

5.8 Influència de la Humitat ambiental.

5.8.1 Particularitats del Procediment de Mesura.

Per a determinar la resposta dels sensors a la humitat ambiental, s´ha utilitzatel mateix equip de mesura que per a determinar la sensibilitat als diferents gasos.S´ha variat només el procediment.

El procediment que hem seguit per a mesurar aquest paràmetre és el següent:

Segon 1: Comença la mesura.Segon 25 - Segon 375: S´injecten 25 ml d´H2O cada 50 s.Segon 425: S´injecta aire sec a la cambra.Segon 500: S´atura el flux d´aire sec i s´acaba la mesura.

5.8.2 Resultats.

Seguint el procés de mesura seguit, s´han obtingut perfils de resposta com elque es pot veure a la figura 5.31.

0,00E+00

5,00E+03

1,00E+04

1,50E+04

2,00E+04

2,50E+04

1 101 201 301 401 501

t (s)

R

-5

5

15

25

35

45

55

65

75

s3

COMERCIAL

HUMITAT

Fig 5.31.- Resposta del sensor 3 de la sèrie 2 a 350º C i del sensor comercial TGS 822 a la humitat ambiental, onès pot veure també el valor d´aquesta a l´eix de l´esquerra.

.

46

A la gràfica de la figura 5.31 podem distingir bàsicament dues zones:- En la primera zona veiem un decrement de la resistència del sensor cada

cop que s´incrementa la humitat ambiental. El valor d´aquest decrement vadisminuint conforme la humitat és més alta.

- En la segona zona del gràfic veiem que els sensors pràcticament noresponen a increments en la humitat. Diem en aquest punt que el sensor s´ha saturat, ija no l´afecta la humitat ambiental. Això succeeix en una humitat d´aproximadamentel 50 %.

A les taules 5.4 i 5.5 podem veure el percentatge de variació de la resistènciadel sensor en un marge de variació de la humitat ambiental de 40º C.

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 TGS 822

DR (%) 73.2 71.8 64.1 69.31 75.8

Taula 5.4.- Valor relatiu de la variació de la resistència en funció de la humitat dels sensors de la sèrie 1 en unmarge de variació d´aquesta del 40 % ( aproximadament entre el 20 i el 60% ).

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 TGS 822

DR (%) 52 52.8 48.8 52.3 67

Taula 5.5.- Valor relatiu de la variació de la resistència en funció de la humitat dels sensors de la sèrie 2 en unmarge de variació d´aquesta del 40 % ( aproximadament entre el 20 i el 60% ).

A la figura 5.31 i 5.32 podem veure les gràfiques de la variació de laresistència dels sensors de les dues sèries en funció de la humitat ambiental.

Fig 5.31.- Variació relativa de la resistència en funció de la humitat dels sensors de la sèrie1 a 350º

Sensor 2.

0

0,5

1

1,5

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 1.

0

0,5

1

1,5

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 2.

0

0,5

1

1,5

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 3.

0

0,5

1

1,5

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 4.

0

0,5

1

1,5

0 20 40 60 80

h (%)

S

.

47

Fig 5.32.- Variació relativa de la resistència en funció de la humitat dels sensors de la sèrie 2 a 350º C.

5.8.3 Interpretació dels Resultats.

El valor de la resistència de tots els sensors mesurats varia en una granproporció en funció de la humitat ambiental. És molt important tenir en compteaquest factor per que l´alteració que produeix la humitat sobre la resposta pot ser unafont d´error molt elevat. Per tal de fer possible l´us com a sensors, serà necesària lautilització d´algun sistema de compensació d´aquest paràmetre.

S´ha de dir també que el valor de la variació relativa de la resistència delssensors fabricats és menor que la del sensor comercial analitzat.

5.9 Caracterització estructural.

5.9.1 SEM.

En les figures 5.32 i 5.34 podem veure les fotografies fetes amb unmicroscopi electrònic de la capa activa d´òxid d´estany d´un dels sensors quedemostra la presència de grans i la porositat de la capa i que ens permeten determinarel tamany dels grans d´aquesta que seria d´entre 50 i 100 nm. En el primer capítols´ha referenciat, que la Longitud de Debye en les capes d´òxid d´estany és de l´ordrede 3 nm [7]. En aquest cas queda demostrat que el diàmetre dels grans de la capad´òxid d´estany és molt superior a dues vegades la longitud de Debye.

S e n sor 2.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 1.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 3.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80

h (%)

S

Sensor 4.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 20 40 60 80

h (%)

S

.

48

Fig 5.33.- Micrografia SEM de la capa activa X 10000. Fig 5.34.- Micrografia SEM de la capa activa X10000

5.9.2 XRD.

Un aspecte important per a caracteritzar un sensor és determinar lacomposició exacta de la capa activa, doncs tot i que el material que hem utilitzat perimprimir-la és òxid d´estany d´un 99% de puresa, durant el procés de fabricació delsensor pot haver-se contaminat. A la figura 5.35 es pot veure l´anàlisi per difraccióde Rajos X de la capa activa.

Fig 5.35.- Resultat de l´anàlisi per difracció de rajos X del material de la capa activa d´un dels sensors.

.

49

En els resultats obtinguts observem la presència en la capa activa d´estanypur, s´observa també la presència d´or, que correspon als electrodes, i a la capad´aquest material amb que s´ha recobert el sensor per tal de poder analitzar-lomitjançant el procés esmentat.

Podem determinar en funció d´aquests resultats, que al recoure el sensor a450º C eliminem totalment els residus del vehicle orgànic i del binder que hemutilitzat en la fabricació de la tinta per tal de convertir l´oxid d´estany en unasubstància imprimible mitjançant el procés de capa gruixuda.

.

50

6 Conclusions.

De l´observació dels paràmetres del procés d´impressió es pot deduïr que:- La tecnologia de capa gruixuda és un mètode senzill i econòmic per a la

fabricació de sensors.- La utilització del metilmetacrilat com a binder, i del compost HVS 100

com a vehicle orgànic en la fabricació de la tinta li proporcionen unes condicionsòptimes per a la seva utilització en el métode d´impressió per pantalla. El resultatfinal obtingut és una capa activa uniforme i homogènea.

- Recoient la capa activa a 450º C s´aconsegueixen els tres proposits quees requereixen d´aquest procés:

1).- Proporcionar a la capa activa la adherència suficient sobre elsubstrat i els electrodes per assegurar una bona durabilitat del sensor.

2).- Cristalitzar l´oxid d´estany de manera uniforme ( com es pot veureen les micrografies SEM ), determinant les seves característiques elèctriques.

3).- Eliminar totalment el binder i el vehicle orgànic, com es potcomprovar en l´anàlisi de la capa activa per difracció de rajos X.

De l´observació de les mesures realitzades es despren que:

- Hem fabricat 8 sensors que presenten una resposta a diferents gasos. Elgas al qual presenten una sensibilitat més elevada és l´etanol.

- La temperatura de treball a la que presenten una sensibilitat més elevadaés 350º. És desaconsellable treballar a temperatures més elevades donat que el recuitdels sensors s´ha fet a 450º C, i temperatures properes a aquesta poden alterar lespropietats estructurals de la capa activa.

- Treballant a aquesta temperatura presenten una alta selectivitat a l´etanolen comparació amb els altres gasos mesurats: amoníac, benzè i metà. En el cas delmetà la selectivitat dels sensors té un valor molt proper a 0.

- La humitat ambiental afecta la resposta dels sensors, però en una variaciórelativa de la resistència menor que la del sensor TGS 822 que hem utilitzat com apatró.

- Els sensors són altament repetitius en la sensibilitat i la selectivitat, sobretot els de la sèrie 2.

.

51

Referències.

[1] Thick film sensors, edited by M. Prudenziati. Elsevier, 1994.[2] Semiconductor sensors, edited by S.M. Sze. Elsevier, 1994.[3] Semiconductor sensors in phisico-chemical studies, L. Yu. Kupriyanov (editor), Elsevier science, 1996.[4] S.R. Morrison, Selectivity in semiconducting gas sensors, Sensors & Actuators, 12 (1887) 425,440.[5] K.D. Schierbaum, U.K. Kirner, J.F. Geiger and W. Göpel, Schottky-barrier and conductivity gas sensorsbased upon Pd/SnO2 and Pt/TiO2, Sensors & Actuators B, 4 (1991) 87-94.[6] M.C. Carotta, C. Dallara, G. Martinelli, L. Passari and A. Camanzi, CH4 Thick Film gas sensors:Characterization method and theoretical explanation, Sensors & Actuators B, 3 (1991) 191,196.[7] C. Xu, J. Tamaki, N. Miura and N. Yamazoe, Grain sizes effect on gas sensitivityof porous SnO2-basedelements, Sensors & Actuators B, 3 (1991) 147,145[8] G. Ertl, Reaction mecanism in catalysis by metals, Chemistry and Physics of solid surface, vol. III, CRCPress, Boca Raton, FL, 1982.[9] M.R. Sahar, M. Hasbullah, Properties of SnO2-based ceramics, J. Mater. Sci. 30 (1995) 5304-5306.[10] R. Botter, T. Aste, D. Beruto, Influence of microestructure on the functional properties of tin oxide-basedsensors, Sensors & Actuators B, 22 (1994) 27-35.[11] G. Gaggiotti, A. Galdikas, S. Kaciulis, et al., Surface chemistry of tin oxide based gas sensors, J. Appl.Phys. 76, (1994) 4467-4471.[12] X. Wang, S.S. Yee, W.P. Carey, Transition between neck-controlled and grain-boundary-controlledsensitivity ol metal oxide gas sensors. Sensor & Actuators B, 24-25 (1995) 454-457.[13] M. Kunamori, K. Suzuki, Y. Ohya, Y. Okamoto, et al., Thickness dependence of sensitivity of SnO2 filmgas sensors, J. Ceram. Soc. Jpn. 103 (1995) 113-116.[14] J.F. Boyle and K.A. Jones, The effects of CO, water vapor, and surface temperature on the conductivity ofSnO2 gas sensors. J. Electron. Mater., 6(6) (1997).[15] P.S. Vlachos, P.D. Skafidas and J.N. Avaritsiotis, Transient effects of tin oxide sensors in the presence ofwater vapour, Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 1760-1761.[16] D. Kohl, Surface processes in the detection of reducing gases with SnO2-based devices, Sensors &Actuators B, 18 (1989) 71,113.[17] P.D. Skafidas, D.S. Vlachos and S.N. Avaritsiotis, Modelling and simulation of tin-oxide-based Thick Filmgas sensors using Monte Carlo techniques, Sensor & Actuators B, 18-19 (1994) 724,728.[18] M.S. Fuller and M.E. Warwick, The catalytic oxidation of carbon monoxide on tin oxide, J. Catal., 29(1973) 441-450.[19] P.T. Moseley, D.E. Williams, Oxigen surface species on semiconducting oxides, in: P.T. Moseley,J.O.W. Norris, D.E. Williams (Eds.), Techniques and mechanisms in gas sensing, Adam Hilger, Bristol (1991)46,60.[20] S.R. Morrison, Selectivity in semiconductor gas sensors, Sensors & Actuators B, 12 (1987) 425,440.[21] W.M. Sears, K. Colbow, F. Consadori, Algorithms to improve the selectivity of thermally cycled tin oxidegas sensor. Sensors & Actuators B3, (1991) 63,68.[22] J. Mizsei, How can sensitive and selective semiconductor gas sensors be made.Sensors & Actuators B23,(1995) 103,109.[23] Figaro Engineering, Semiconductor gas sensor, (Technical information), 1996.[24] P.K. Clifford, D.T. Tuma, Characteristics of semiconductor gas sensors: I. Steady state response, Sensors &Actuators 3, (1983) 233,254.[25] S. Kanefusa, M. Nitta, Hysteresis loop observed in temperature dependence of resistivities by SnO2-basedsensors, Solid-state electronics 33, (1990) 467,469.

S1. Amoníac.250º C.Mesura1

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1.Amoníac. 250º C. Mesura2

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1.Amoníac. 300 º C. Mesura1

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Amoníac . 300º C . Mesura2

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Amoníac . 350º C . Mesura 1.

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Amoníac . 350º C . Mesura2

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Benzè. 250º C. Mesu ra1 .

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Benzè. 250º C. Mesu ra 2

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Benzè. 300º C. Mesu ra 1

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Benzè. 300º C. Mesura2

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Benzè. 350º C. Mesura1

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Benzè. 350º C. Mesura2

0 ,00E+00

1 ,00E+03

2 ,00E+03

3 ,00E+03

4 ,00E+03

5 ,00E+03

6 ,00E+03

7 ,00E+03

8 ,00E+03

9 ,00E+03

1 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S 1. E tanol. 250º C. Mesura1

0 ,00E+00

1 ,00E+03

2 ,00E+03

3 ,00E+03

4 ,00E+03

5 ,00E+03

6 ,00E+03

7 ,00E+03

8 ,00E+03

9 ,00E+03

1 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Etano l. 250º C . Mesura2

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA

HUMITAT

S1. Etanol. 300º C. Mesura1.

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA

HUMITAT

S1. Etano l. 300º C . Mesura2

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Etano l. 350º C . Mesura1

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMEDAD*100

S1. Etanol. 350º C. Mesura2.

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1 . Aigua. 250ºC. Mesura 1

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Aigua. 300º C. Mesura1

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Aigua. 300º C. Mesura2

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1 . Aigua.350º C. Mesura 1

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Aigua. 350º C. Mesura2

-1,00E+03

1,00E+03

3,00E+03

5,00E+03

7,00E+03

9,00E+03

1,10E+04

1,30E+04

1,50E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Metà . 250 º C. Mesura1

0,00E+00

2,00E+03

4,00E+03

6,00E+03

8,00E+03

1,00E+04

1,20E+04

1,40E+04

1,60E+04

1,80E+04

2,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Metà . 20º C. Mesura2

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Metà . 300 º C. Mesura1

0,00E+00

5,00E+02

1,00E+03

1,50E+03

2,00E+03

2,50E+03

3,00E+03

3,50E+03

4,00E+03

4,50E+03

5,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Metà. 300º C. Mesura2.

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Metà . 350 º C. Mesura1

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S1. Metà . 350 º C. Mesura2

0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

1,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL/10

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Amoníac. 250º C. Mesura1.

0,00E+00

5,00E+03

1,00E+04

1,50E+04

2,00E+04

2,50E+04

3,00E+04

3,50E+04

4,00E+04

1 5 1 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Amoníac. 250º C. Mesura2.

0,00E+00

5,00E+03

1,00E+04

1,50E+04

2,00E+04

2,50E+04

3,00E+04

3,50E+04

4,00E+04

4,50E+04

5,00E+04

1 5 1 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Amoníac. 300º C . Mesura1.

0 ,E+00

5 ,E+03

1 ,E+04

2 ,E+04

2 ,E+04

3 ,E+04

3 ,E+04

4 ,E+04

4 ,E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Amoníac. 300º C . Mesura2.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

5 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Amoníac. 350º C. Mesura1.

0,E +0 0

5,E +0 3

1,E +0 4

2,E +0 4

2,E +0 4

3,E +0 4

3,E +0 4

4,E +0 4

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Amoníac. 350º C . Mesura2.

0 ,00E+00

5 ,00E+02

1 ,00E+03

1 ,50E+03

2 ,00E+03

2 ,50E+03

3 ,00E+03

3 ,50E+03

4 ,00E+03

4 ,50E+03

5 ,00E+03

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Benzè. 250º C. Mesura1.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

5 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Benzè. 250º C. Mesura2.

0 ,00E+00

1 ,00E+04

2 ,00E+04

3 ,00E+04

4 ,00E+04

5 ,00E+04

6 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Benzè. 300º C. Mesura1.

0 ,00E+00

1 ,00E+03

2 ,00E+03

3 ,00E+03

4 ,00E+03

5 ,00E+03

6 ,00E+03

7 ,00E+03

8 ,00E+03

9 ,00E+03

1 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Benzè. 300º C. Mesura2.

0 ,00E+00

2 ,00E+03

4 ,00E+03

6 ,00E+03

8 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,20E+04

1 ,40E+04

1 ,60E+04

1 ,80E+04

2 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Benzè. 350º C. Mesura1.

0 ,00E+00

2 ,00E+03

4 ,00E+03

6 ,00E+03

8 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,20E+04

1 ,40E+04

1 ,60E+04

1 ,80E+04

2 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Benzè. 350º C. Mesura2.

0 ,00E+00

2 ,00E+03

4 ,00E+03

6 ,00E+03

8 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,20E+04

1 ,40E+04

1 ,60E+04

1 ,80E+04

2 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA

HUMIT AT

S2. Etanol. 250º C . Mesura1.

0 ,00E+00

2 ,00E+04

4 ,00E+04

6 ,00E+04

8 ,00E+04

1 ,00E+05

1 ,20E+05

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Etanol. 250º C . Mesura2.

0 ,00E+00

1 ,00E+04

2 ,00E+04

3 ,00E+04

4 ,00E+04

5 ,00E+04

6 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Etanol. 300º C . Mesura1.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

5 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Etanol. 300º C . Mesura2.

0 ,00E+00

1 ,00E+03

2 ,00E+03

3 ,00E+03

4 ,00E+03

5 ,00E+03

6 ,00E+03

7 ,00E+03

8 ,00E+03

9 ,00E+03

1 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Etanol. 350º C . Mesura1.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

5 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Etanol. 350º C . Mesura1.

0,00E+00

2,00E+03

4,00E+03

6,00E+03

8,00E+03

1,00E+04

1,20E+04

1,40E+04

1,60E+04

1,80E+04

2,00E+04

1 5 1 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

C O M ERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Aigua. 250º C. Mesura1.

0,00E+00

5,00E+03

1,00E+04

1,50E+04

2,00E+04

2,50E+04

3,00E+04

3,50E+04

4,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA

HUMITA T

S2. Etanol. 250º C . Mesura2.

0 ,00E+00

1 ,00E+04

2 ,00E+04

3 ,00E+04

4 ,00E+04

5 ,00E+04

6 ,00E+04

7 ,00E+04

8 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Aigua. 300º C. M e sura1.

-5,00E+03

5,00E+03

1,50E+04

2,50E+04

3,50E+04

4,50E+04

5,50E+04

6,50E+04

7,50E+041

16

31

46

61

76

91

10

6

12

1

13

6

15

1

16

6

18

1

19

6

21

1

22

6

24

1

25

6

27

1

28

6

30

1

31

6

33

1

34

6

36

1

37

6

39

1

40

6

42

1

43

6

45

1

46

6

48

1

49

6

t (s)

R

-5

5

15

25

35

45

55

65

75

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Aigua. 300º C. M e sura2.

0 ,00E+00

1 ,00E+04

2 ,00E+04

3 ,00E+04

4 ,00E+04

5 ,00E+04

6 ,00E+04

7 ,00E+04

8 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. Aigua. 350º C. M e sura1.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. Aigua. 350º C. M e sura1.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA

HUMIT AT

S2. M e tà. 250º C. Mesura1.

0 ,00E+00

1 ,00E+04

2 ,00E+04

3 ,00E+04

4 ,00E+04

5 ,00E+04

6 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. M e tà. 250º C. Mesura2.

0 ,00E+00

1 ,00E+04

2 ,00E+04

3 ,00E+04

4 ,00E+04

5 ,00E+04

6 ,00E+04

7 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. M e tà. 300º C. Mesura1.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. M e tà. 300º C. Mesura2.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000

S2. M e tà. 350º C.

0 ,00E+00

2 ,00E+03

4 ,00E+03

6 ,00E+03

8 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,20E+04

1 ,40E+04

1 ,60E+04

1 ,80E+04

2 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s)

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

TEMPERATURA*100

HUMITAT*100

S2. M e tà. 350º C. Mesura2.

0 ,00E+00

5 ,00E+03

1 ,00E+04

1 ,50E+04

2 ,00E+04

2 ,50E+04

3 ,00E+04

3 ,50E+04

4 ,00E+04

4 ,50E+04

5 ,00E+04

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501

t (s )

R

s1

s2

s3

s4

COMERCIAL

T EMPERATURA*1000

HUMIT AT*1000