Kombinationssensorik

26.03.1999 - (idw) Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT

Hannover-Messe-Industrie ´99
Halle 17 Stand F14

Kombinations-Sensorik

Ultraschall-Strömungsprofilanalyse

Die Erfassung von Strömungsprofilen ist für viele technische Anwendungen von großem Interesse. Beispielsweise können auf diese Weise Reaktions- oder Mischbehältnisse oder auch die Formgebung strömungstechnischer Anlagen optimiert werden. Ebenso bei der Messung von Durchflüssen ist die genaue Kenntnis des Strömungsprofils hilfreich, wenn durch die örtlichen Gegebenheiten das Strömungsprofil am Meßort nicht symmetrisch ist. Das am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) entwickelte System basiert auf einem Tracking-Verfahren. Dazu werden in periodischen Abständen kurze Ultraschallsignale in das Medium gesandt und an mitgeführten Streuern - wie etwa Schmutzpartikeln oder kleinen Luftblasen - gestreut. Durch Auswertung der empfangenen Echosignale kann die Positionsänderung der Streuer verfolgt und so die Fließgeschwindigkeit in verschiedenen Tiefen der Flüssigkeit ermittelt werden. Das mit einem digitalen Signalprozessor ausgestattete Gerät erlaubt Meßraten von bis zu 4000 Messungen/s und ermittelt bis zu 18 komplette Strömungsprofile einer Sekunde. Damit ist, im Gegensatz zu laser-optischen Verfahren, auch die Erfassung von dynamischen Strömungsprofilen möglich. Vergleichsmessungen mit einem Laser-Doppler-Anemometer ergaben in einem Geschwindigkeitsbereich von 0,6 bis 1,3 m/s Abweichungen <1,5%, im Bereich von 1,3 bis 7m/s Abweichungen <1% vom Meßwert.


Ultraschall-Gasblasendetektion

In der Prozeßtechnik spielen Gasblasen eine wichtige Rolle. Während sie für manche Prozesse, z. B. für Bioreaktoren, unerläßlich sind, schafft ihre Anwesenheit bei anderen Prozessen, z. B. bei der Oberflächenbeschichtung, große Probleme. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet für die Gasblasendetektion ist die automatisierte Dichtheitsprüfung im Wasserbad. Diese kann die andernfalls durch einen Werker durchgeführte Prüfung objektivieren und einer statistischen Qualitätskontrolle zugänglich machen. Am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) wurden Systeme entwickelt, welche bei der Detektion von unerwünschten Gasblasen in Beschichtungsprozessen und bei der Gasblasendetektion in automatisierten Dichtheitsprüfanlagen erfolgreich eingesetzt werden. Physikalisch beruhen die Meßsysteme auf der Schallstreuung an Gasblasen in Flüssigkeiten. Hierzu werden kurze Ultraschallimpulse in die Flüssigkeit abgegeben und das von den potentiell vorhandenen Gasblasen rückgestreute Signal ausgewertet. Durch eine flächige Überdeckung der Prüfregion mit mehreren Ultraschallfeldern kann bei der Ultraschall-Dichtheitsprüfung im Wasserbad eine Aussage über den Ort der Leckage gemacht werden. Bereits Gasblasen mit einigen Mikrometern Durchmesser sind von den Systemen detektierbar.


CO2-Sensorik

Schlechte Luft in Innenräumen führt oftmals zu Unwohlsein und gelegentlich zu Kopfschmerzen. Das durch die Atmung der sich im Raum befindlichen Personen entstehende Kohlendioxid (CO2) ist ein Parameter für die schlechte oder verbrauchte Luft. Normalerweise liegt die CO2-Konzentration von frischer, unverbrauchter Luft bei ca. 0,036 Vol% (360ppm). Bei beeinträchtigtem Wohlbefinden kann die CO2-Gehalt durch aus auf 0,1 Vol% ansteigen. Durch eine ausreichende Zufuhr frischer Luft (Ventilator) kann die CO2-Konzentration deutlich unter 0,1 Vol% abgesenkt werden. Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) entwickelte Gassensoren auf Basis keramischer Materialien, zur Messung der CO2-Konzentration in Außen- sowie Innenraumbereichen. Durch die Wechselwirkung der Gasmoleküle an der CO2-sensitiven Schicht bei erhöhter Betriebstemperatur werden Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit induziert. Die gemessenen Leitfähigkeiten bzw. deren Änderungen sind eindeutig unterschiedlichen CO2-Konzentrationen zuzuordnen. Somit sind anhand der erhaltenen elektrischen Signale Informationen bezüglich der CO2-Konzentration verfügbar. Diese Signale können zur Warnung der in Raum befindlichen Personen als auch zur Steuerung von Lüftungseinrichtungen genutzt werden. Typische Einsatzgebiete für diese Sensoren sind Warneinrichtungen in Gärkellern, Getreidesilos, Fermentationsreaktionen, aber auch in Steuerungseinheiten für Klimaanlagen in Gebäuden, Kraftfahrzeugen oder in Gewächshäusern finden derartige Sensoren Anwendung.


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