Microsensores para detectar la corrosión.

Un microsensor para detectar medios corrosivos que actúan sobre un material metálico cuando está montado in situ adyacente a una ubicación en el material metálico,

incluyendo el microsensor una pluralidad de diferentes sensores de resistividad (4A, 4B, 4C), estando dispuesto cada uno de los sensores para ser influenciado pero influenciado de manera diferente por medios corrosivos en una zona en la que está montado el microsensor; teniendo cada sensor de resistividad al menos una pista de película fina (16) con un grosor de entre 0,5 μm y 10 μm y al menos una pista de película fina con una anchura comprendida entre 20 μm y 500 μm, estando formadas dichas pistas a partir de una película fina conductora con patrones de una aleación de aluminio y dispuesta para proporcionar una variación medible de la resistividad en respuesta a la exposición prolongada a medios corrosivos; teniendo un primer sensor (4A) de dichos sensores de resistividad al menos una pista de película fina con una primera anchura y teniendo un segundo sensor (4B) de dichos sensores de resistividad al menos una pista de película fina con una segunda anchura que sea la mitad o menos de dicha primera anchura, proporcionando dicho microsensor una salida independiente derivada de cada uno de dichos sensores respectivamente, con diferentes sensibilidades a la corrosión y con diferentes vidas útiles de los sensores y en el que todas las partes de película fina conductora (8, 10, 16) de cada uno de los sensores de corrosión están formadas sobre un único sustrato (2) que tiene una superficie formada a partir de un material aislante.

Microsensores para detectar la corrosión Esta invención se refiere a microsensores para detectar los medios corrosivos que actúan sobre un material metálico cuando están montados in situ adyacentes a una ubicación en el material metálico.

La corrosión es un problema que genera gastos elevados de mantenimiento y reparación en muchas industrias diferentes. El documento "Naval Aviation Corrosion Challenges and Solutions", de Dale L. Moore, Corrosion 2000, documento 00270 (NACE, Orlando, EE.UU., 2000) describe las áreas problemáticas en la corrosión de componentes de aeronaves y clasifica los tipos de corrosión que se encuentran en la industria aeronáutica.

Se conocen diversos procedimientos diferentes para detectar la corrosión en un material metálico. El documento "Corrosion Detection and Monitoring -a Review", de Vinod S. Agarwala, Siri Ahmad, Corrosion 2000, documento 15 00271 (NACE, Orlando, EE.UU., 2000) describe varios de los procedimientos conocidos, incluyendo procedimientos visuales, procedimientos ultrasónicos y acústicos, procedimientos radiográficos, generación térmica de imágenes, procedimientos electromagnéticos, medición de resistencia eléctrica y procedimientos electroquímicos. Se describe un tipo comúnmente utilizado de detección de la corrosión, denominado procedimiento de sonda de resistencia eléctrica. En este caso se monitoriza la resistencia eléctrica de una muestra del material que está siendo monitorizado. A medida que el metal se corroe su sección transversal se reduce y la resistencia aumenta. En una realización práctica de esta técnica se hace larga y fina la muestra de metal con el fin de optimizar el cambio de resistencia frente a la pérdida de espesor por corrosión. En esta configuración sensible el sensor también es altamente sensible a los cambios de temperatura en virtud del coeficiente de temperatura de la resistividad del material. A menudo esto se supera mediante el uso de una segunda muestra del material con dimensiones y temperatura idénticos pero protegida de la corrosión. Aun cuando se den todas estas características este tipo de sensor resulta insuficiente si la corrosión está mínimamente localizada, por ejemplo corrosión por exfoliación, intergranular, por picaduras, por agrietamiento o por tensión. En estas condiciones de degradación la variación de la resistencia no es proporcional al grado de corrosión. De hecho puede que no cambie lo suficiente para permitir una detección fiable de la corrosión problemática. Los tipos de corrosión localizada causan problemas significativos en algunos tipos de materiales metálicos tales como las aleaciones de aluminio.

El documento "Multi-layer Galvanic Cell for Next Generation Corrosion Sensors", de M.D. Jaeger, B.R. Pilvelait, P.J. Magari, Corrosion 2000, documento 00302 (NACE, Orlando, EE.UU., 2000) describe un sensor galvánico con una geometría de capas múltiples que ha de ser montado in situ adyacente a una ubicación en un material metálico a ser monitorizado y que proporciona ventajas de sensibilidad y vida útil. El sensor mide la presencia de un electrolito, por ejemplo humedad, en la zona del sensor, pero no la corrosión real del material metálico.

La patente de EE.UU. nº 5.338.432 describe unos microsensores galvánicos que utilizan láminas metálicas finas con patrones adheridas a un sustrato no conductor. Los sensores descritos incluyen diversas disposiciones alternativas de pistas interdigitadas de diferentes materiales metálicos.

La patente de EE.UU. nº 6.383.451 y el documento de Y. G. Kim, Corrosion Science and Technology, vol. 31, nº 4 (2002) , pp. 315-319, describen un sensor de resistencia eléctrica de película fina que incluye una pluralidad de pistas corrosivas expuestas a medios corrosivos, que se extienden entre dos terminales comunes protegidos contra 45 la corrosión. El detector descrito es sensible a la corrosión ligera causada por la corrosión por picaduras, sin embargo el drenaje de corriente sigue siendo relativamente elevado. En particular para monitorizar la corrosión in situ, sería deseable reducir el drenaje de corriente a fin de proporcionar una vida útil más larga de la batería; esto es particularmente importante cuando debe montarse un microsensor en una ubicación relativamente inaccesible y debe evitarse en la mayor medida posible el acceso a la misma, por ejemplo para cambiar la batería. También sería deseable mejorar adicionalmente la sensibilidad y la precisión del microsensor para detectar corrosión en una ubicación específica.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un microsensor según lo definido en la reivindicación 1.

La presente invención proporciona un microsensor altamente miniaturizado que puede detectar la corrosión con una precisión y fiabilidad elevadas, al tiempo que puede obtenerse una vida útil relativamente larga del microsensor.

Los aspectos, características y ventajas adicionales de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas de la invención presentadas, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra un microsensor dispuesto de acuerdo con una primera realización de la invención, en una vista en planta;

la figura 2 muestra una vista en planta más detallada de la formación de pistas corrosivas en los sensores de corrosión del microsensor mostrado en la figura 1;

la figura 4 muestra una disposición del patrón del sensor de corrosión al que se hace referencia de acuerdo con una realización de la invención, en una vista en planta.

A continuación se describirán diversas realizaciones diferentes del microsensor de acuerdo con la invención. Los microsensores incluyen unas pistas corrosivas que imitan las características corrosivas de un material metálico en bloque, de tal modo que cuando se colocan in situ adyacentes a una ubicación en un componente de material metálico en bloque, los efectos de la exposición a medios corrosivos medidos por el microsensor reflejan los efectos de la exposición del metal en bloque a los mismos medios corrosivos. Los microsensores pueden montarse en diversas localizaciones y de diversas maneras, por ejemplo mediante el montaje entre las placas de una junta entre componentes, por adherencia a un componente utilizando una lámina de Mylar®, etc. Una vez montados, los microsensores pueden recubrirse con pintura u otro tipo de recubrimiento que cubra de manera similar el material metálico en bloque.

La figura 1 muestra un elemento microsensor que incluye una pluralidad de diferentes sensores de corrosión de acuerdo con una primera realización de la invención. El elemento microsensor incluye un sustrato plano 2 que tiene una superficie aislante proporcionada por ejemplo por una capa de óxido de silicio formada sobre una base de silicio. El sustrato 2 soporta tres sensores de corrosión 4A, 4B, 4C de resistencia eléctrica en película fina formados como patrones metálicos en película fina y un sensor de temperatura 6 también formado como patrones metálicos en película fina. Cada uno de los tres sensores de corrosión está formado por patrones de película fina similares que tienen geometrías similares, salvo el que está formado a una escala diferente de la escala de los otros sensores de corrosión. Para evitar la repetición innecesaria, a continuación solo se describen en detalle las partes y el funcionamiento del sensor de corrosión más grande 4A, sin embargo debe entenderse que cada uno de los otros sensores de corrosión 4B, 4C tiene elementos que son similares en disposición y funcionamiento a los elementos correspondientes a describirse y la descripción de tales elementos será también aplicable a los otros sensores de corrosión.

El sensor de corrosión más grande 4A incluye dos terminales comunes 8, 10 formados lado a lado en tiras paralelas sobre el sustrato 2, que terminan en unos respectivos salientes de conector 12, 14 a través de los que se detecta una señal de salida. Los terminales comunes 8, 10 pueden estar fabricados con un metal altamente resistente a la corrosión, tal como oro o platino, y/o pueden estar cubiertos por una película fina protectora para evitar la exposición de los terminales comunes 8, 10 a los medios corrosivos.

Entre los terminales comunes 8, 10 está formada una pluralidad de pistas corrosivas 16 de película fina conductora.

Las pistas corrosivas 16 no están cubiertas por una película fina protectora y por lo tanto están expuestas a los medios corrosivos, cuando el microsensor está en uso, en un grado similar al que está expuesto en el lugar de montaje el material de aleación metálica en bloque, adyacente al cual está montado... [Seguir leyendo]

1. Un microsensor para detectar medios corrosivos que actúan sobre un material metálico cuando está montado in situ adyacente a una ubicación en el material metálico, incluyendo el microsensor una pluralidad de diferentes 5 sensores de resistividad (4A, 4B, 4C) , estando dispuesto cada uno de los sensores para ser influenciado pero influenciado de manera diferente por medios corrosivos en una zona en la que está montado el microsensor; teniendo cada sensor de resistividad al menos una pista de película fina (16) con un grosor de entre 0, 5 ï?­m y 10 ï?­m y al menos una pista de película fina con una anchura comprendida entre 20 ï?­m y 500 ï?­m, estando formadas dichas pistas a partir de una película fina conductora con patrones de una aleación de aluminio y dispuesta para 10 proporcionar una variación medible de la resistividad en respuesta a la exposición prolongada a medios corrosivos; teniendo un primer sensor (4A) de dichos sensores de resistividad al menos una pista de película fina con una primera anchura y teniendo un segundo sensor (4B) de dichos sensores de resistividad al menos una pista de película fina con una segunda anchura que sea la mitad o menos de dicha primera anchura, proporcionando dicho microsensor una salida independiente derivada de cada uno de dichos sensores respectivamente, con diferentes sensibilidadesalacorrosiónycondiferentesvidasútiles de los sensoresyenelquetodaslaspartesdepelículafina conductora (8, 10, 16) de cada uno de los sensores de corrosión están formadas sobre un único sustrato (2) que tiene una superficie formada a partir de un material aislante.

2. Un microsensor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha segunda anchura es un décimo o menos de la 20 primera anchura.

3. Un microsensor de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que cada sensor de resistividad tiene al menos una primera pista de película fina (16) con un espesor de 1, 5 ï?­m aproximadamente.

4. Un microsensor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la pluralidad de sensores de corrosión (4A, 4B, 4C) incluye un sensor de corrosión de referencia que incluye un sensor de resistividad (204B) y un sensor de referencia (204A) dispuestos para proporcionar una variación medible de la resistividad en respuesta a los cambios de temperatura, teniendo el sensor de referencia (204A) una dependencia a la temperatura similar a dicho sensor de resistividad (204B) .

5. Un microsensor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende un sensor de termómetro de resistencia (6) , por ejemplo un termómetro de resistencia deplatino, dispuesto para medir temperaturas en una zona en la que esté montado el microsensor.

6. Un microsensor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende un sensor de flujo de aire dispuesto paramedir los niveles de flujo de aire en una zona en la que esté montado el microsensor.

7. Un sistema de detección de la corrosión que comprende un microsensor de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho sistema incluye un procesador de datos dispuesto para recibir los datos derivados de cada una de dichas salidas separadas, para procesar dichos datos de detección y para proporcionar datos de análisis de corrosión basados en los mismos.

8. Un sistema de detección de corrosión de una aeronave deacuerdo con la reivindicación 7.