Karakteristik, Fabrikasi, dan Prinsip Tranduksi

Sensor Heat Flux Mikrofluida

Anggota•Abdullah Aziz 09/284641/TK/35416

•Andik Tri Witanto 09/284843/TK/35518

•Muh. Ridwan Arif C.

09/285256/TK/35703

•Tri Handoyo 09/284946/TK/35571

•Yoga Prisusatyo 09/284609/TK/35400

Lingkup MasalahDibatasi hanya membahas satu sensor yaitu sensor heat flux mikrofluida dengan acuan jurnal dengan judul “Design and Characterization of a High resolution Microfluidic heat Flux sensor with Thermal Modulation” yang di tulis oleh Sung-Ki Nam, ett all, 2010

Prinsip Fisika Tranduksi

Fluida di PDMS -> Kalor -> Termopile -> Efek Seebeck -> TeganganMikroheater -> Daya PanasSensitifitas (dT/dx) -> Tegangan / Daya Panas

k = kosntan

Fabrikasi1. Menyediakan material berupa Silicon Waffer

type-p dengan diameter 101.6 mm dan ketebalan 500 µm, dimana Silicon Waffer memiliki double side polished.

2. Menambahkan lapisan Silicon dioksida (SiO2) setebal 0.8 µm dan ditambahkan lagi lapisan Silicon Nitrit (SiNx) setebal 0.4 µm pada kedua sisi Silicon Wafer.

3. Menambahkan lapisan Ni dan Au setebal 0.2 µm pada lapisan berikutnya disisi atas dengan pola seperti pada gambar 23. Lapisan ini berfungsi untuk menyusun thermophile dan kalibrator pemanas.

4. Menambahkan lapisan SiO2 setebal 0.4 µm untuk insulasi elektrik antara Ni dan Au. Kemudian pada ujung-ujung SiO2 dipotong untuk menyediakan bantalan listrik untuk terminal output.

5. Membuka lapisan sisi lain dari silikon yang digunakan sebagai wet etching process. Sebagai hasil dari wet etching process adalah area seluas 700x700 µm2

dengan ketebalan dielektrik 1.6 µm dan membran transparan terbentuk.

6. Memasang saluran fluida PDMS dengan ikatan plasma.

Karakteristik sensor

Linieritas, Waktu Respon, Linieritas, Resolusi Sensor

KarakteristikUntuk menganalisa karakteristik sensor heat flux mikrofluida, dilakukan dg cara :

1. Eksperimen2. Pemodelan

Eksperimen•Pada saat fabrikasi, sensor telah

dikarakteristik oleh micro calibration heater.•Demi meningkatkan performansi dari sensor,

maka noise pada frekuensi rendah yaitu dibawah 1 Hz harus dikurangi. Hal ini dapat dilakukan dengan metode thermal modulation. Metode ini akan menghilangkan noise pada frekuensi rendah akibat kontak-kontak yang tidak sempurna antara thermocouple dengan eksternal fluktuasi termal.

Pengukuran pada keadaan modulasi seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel kondisi pengukuran

Waktu respon dari sensor beberapa masukan daya ditunjukkan pada grafik berikut.

Gambar 9. Grafik Waktu respon dari sensor

Linearitas dari sensor ditunjukkan oleh grafik berikut

Gambar 10. Grafik Linearitas dan Sensitifitas sensor

Untuk resolusi dari sensor, ditunjukkan pada grafik berikut

Grafik Resolusi sensor heat fluks mikrofluida

Percobaan dilakukan dengan menguji sensor heat fluks dengan menggunakan berberapa macam fluida.

Gambar 12. Skematik Percobaan mikrofluida

PDMS memiliki konduktifitas termal yang sangat rendah yaitu 0.15 W/mK.

Gambar grafik output sensor

Linearitas dari pengukuran output sensor ditunjukkan pada grafik berikut.

Gambar Grafik Linearitas hasil pengukuran output

Perbandingan Hasil pengukuran dan Simulasi

Perbandingan keluaran heat-flux untuk kalibrasi

Transformasi Fourier dari sinyal keluaran sensor

Perbandingan respon transien dari keluaran heat-flux dengan injeksi fluida.

(kondisi input : injeksi fluida : 350 nL, suhu lingkungan : 20.1 0C, referensi laju aliran :

830 nL/s)

Kesimpulan

•Sensor heat-flux mikrofluida terdiri dari sebuat thermophile, mikrokalibrator pemanas, thermistor, PDMS, saluran fluida, dan rangkaian elektronik. Sensor difabrikasi dengan komplemen antara logam-oksida-semikonduktor.

•Karakteristik dari sistem dihitung dengan metode modulasi termal didapat sistem memiliki sensitifitas 461 V/W dan resolusi 20 nW.

Referensi

• Fraden Jacob, 2010, Handbook Of Modern Sensors Physics Designs

and Applications Fourth edition, California

• http://en.wikipedia.org/wiki/heat_flux

• http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/

196302071991031-WASLALUDDIN/1_Pendahuluan_

%5BCompatibility_Mode%5D.pdf

• http://kelas8h.blogspot.com/

• http://searchnetworking.techtarget.com/definition/Seebeck-effect

• http://www.efunda.com/designstandards/sensor/thermocouples/

thmcple_theory.cfm

• http://www.mdpi.com/1424-8220/10/7/6594/pdf