Sensorização de superfícies de zonas moldantes em moldes 4.0. - Caso de estudo: sensor de temperatura

Abstract

Hoje em dia a sensorização das superfícies de zonas moldantes é efetuada com sensores que não permitem uma sensibilidade elevada em reduzido tempo de resposta o que é incompatível num mundo onde está a decorrer a quarta revolução industrial em que a precisão e eficiência são os principais fatores que a definem. Esta dissertação consiste em abordar este problema com a criação e desenvolvimento de um termopar de filme fino do tipo T e estudar a sua morfologia, o seu comportamento e a influência da sua estrutura na aquisição de sinal de forma a poder aplicá-lo em zonas moldantes e verificar se é possivel e viável implementá-lo na indústria 4.0. Para a criação dos sensores utilizou-se a técnica de deposição por pulverização catódica (PVD - Phisical Vapour Deposition) também conhecida como Sputtering. A caracterização dos filmes foi efetuada através da microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e de transmissão (TEM) e análise por difração de raios-X. Foram também feitos ensaios de medição de resistividade elétrica de cada filme com as técnicas de medição a dois e quatro pontos permitindo, deste modo, compreender melhor esta propriedade em filmes finos e relacioná-la com a teoria geral de termoeletricidade de materiais. No final, efetuou-se a aquisição de sinal com utilização de microvoltímetro e um forno elétrico, submetendo o termopar a gradiente de temperatura próximo ao verificado em condições de injeção dos plásticos. Isto permitiu obter os valores de FEM (força eletromotriz) em cada termopar testado que posteriormente podia ser comparado com os termopares convencionais.

Nowadays the sensing of the surfaces of molding zones is carried out with sensors that do not allow a high sensitivity in a short time which is incompatible in a world where the fourth industrial revolution is in progress defined by precision and efficiency. The main goal of this thesis is to address this problem with the creation and development of a thin film thermocouple of type T and study its morphology, its behavior and the influence of its structure in the acquisition of signal in order to be able to apply it in molding zones and verify whether it is feasible and useful to implement it in industry 4.0. The technique used for the creation of this sensor was the cathodic pulverization( PVD ), also known as Sputtering. The films were characterized by scanning electron microscopy ( SEM ) and transmission electron microscopy ( TEM ) and X-ray diffraction analysis. Measurements of electrical resistivity of each film were made with two and four point measurement techniques, thus allowing a better understanding of this property in thin films and relating it to the general theory of thermoelectricity of materials. At the end, the signal was acquired using a microvoltmeter and an electric oven, subjecting the thermocouple to the temperature gradient close to that verified under the injection conditions of the plastics. This allowed to obtain FEM ( electromotive force ) values ​​in each tested thermocouple which could later be compared with conventional thermocouples. .