168 Works

2.4.3 Modulare Sensor-Testplattform für Hochtemperaturanwendungen bis 300 °C

B. Bieske, T. Reinhold & M. Reinhard
Die Dauertemperatureinsatzbereiche von Halbleiterbauelementen sind bis 125 °C als Standards definiert. Für spezielle elektronische Schaltungen in den Bereichen Automotive und Sensorik werden aber Einsatztemperaturen bis zu 300 °C verlangt. Zur Evaluierung dieser Schaltungen wird eine innovative Hochtemperatur-Testplattform vorgestellt, die am IMMS entwickelt wurde und als Kernstück eine Schaltkreisfassung mit Heizung und Temperaturregelung beinhaltet. Als Demonstrator wird ein Drucksensor-ASIC damit charakterisiert.

P2.12 Tastsystem zur Bestimmung der instrumentierten Eindringhärte

T. Frank, C. Maier, M. Kermann, A. Grün, A. Cyriax, J. Patel & T. Ortlepp
Die mechanische Charakterisierung dünner Schichten ist für viele Anwendungen wichtig. Zur Bestimmung der Härte stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Im vorliegenden Beitrag wird die Nanoindentierung beschrieben, auch instrumentierter Eindringversuch genannt. Der Eindringkörper ist eine Diamantspitze mit bekannter Geometrie, welche in die zu prüfende Oberfläche hineingedrückt wird. Aus der kontinuierlich gemessenen Kraft in Abhängigkeit vom Eindringweg können die Größen: Härte und reduziertes Elastizitätsmodul bestimmt werden. Beschrieben wird eine neue Sensoranordnung. Zwei übereinander liegende Weg-Kraftsensoren nehmen die...

2.2.1 Einfluss von DC- und AC-Versorgungsspannungen auf Dünnschicht- Drucksensoren aus ZrO2

M. Mathis, G. Schultes & D. Vollberg
ZrO2 (3 mol% Y2O3 stabilisiert) eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften wie geringem E-Modul, hoher Biegefestigkeit und hoher Bruchzähigkeit hervorragend als Membranmaterial für Drucksensoren. In Kombination mit Dünnschichten kann ein leistungsfähiges, ausfallsicheres und kostengünstiges Sensorkonzept ohne Isolationsschicht realisiert werden. Nach diesem Konzept aufgebaute Sensoren wurden bis zu Temperaturen von 250 °C charakterisiert und zeigten ein stark von der Versorgungsspannungsart abhängiges Verhalten. Während mit Wechselspannung betriebene Sensoren keinerlei Auffälligkeiten zeigen, kommt es bei mit Gleichspannung betriebenen...

P2.1 Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit bei der Messung der Brillouin-Frequenzverschiebung für die faseroptische Bestimmung der Temperaturverteilung

A. Wosniok
Auf der Grundlage der in DIN EN 61757-2-2:2017 beschriebenen Standardisierungsmethoden wurden in dieser Arbeit wichtige Leistungsparameter von vier kommerziellen Messsystemen zur ortsaufgelösten faseroptischen Erfassung der temperatur- und dehnungsabhängigen Brillouin-Frequenzverschiebung untersucht. Gemäß der oben genannten Norm konzentrierte sich hier die Ermittlungsprüfung auf messtechnische Aspekte reiner Temperaturmessungen. Dabei diente die Ermittlung von einem festgelegten Satz dreier Betriebsverhaltenskenngrößen in Form von quantitativen Angaben des Messfehlers, der Wiederholgenauigkeit sowie der räumlichen Unsicherheit einem Vergleich der getesteten Messsysteme. Alle faseroptischen...

P1.10 HTCC-Multilayerbasierte Ionensensitive Sensoren für die Wasseranalyse

C. Feller, U. Partsch & S: Körner
Auf Basis eines mikrosystemtechnischen Ansatzes wurden elektrochemische Sensoren für die Wasseranalyse entwickelt. Zur Erfassung der verschiedenen Messgrößen sind spezielle Dickschichtpasten entwickelt worden, die für die Erzeugung sensitiver Funktionsschichten auf einem HTCC-Multilayer siebgedruckt werden. Je nach Anwendungsgebiet sind die sensitiven Schichten auf dem Sensorarray beliebig austauschbar. Für die Erfassung der Messgrößen pH-Wert, Cu2+-Schwermetallion sowie der Kationen Ca2+, NH4+ und K+ in wässrigen Lösungen erfolgte eine Materialund Prozessentwicklung, um ionensensitive Dickschichtmembranen auf der keramischen Sensorplattform abzuscheiden. Alle...

1.4.3 Concepts for accurate electrical conductivity measurement of liquids in industrial process analytics

M. Vogt, S. Hidalgo, T. Musch, M. Mallach, T. Lange & J. Förster
desalination, cleaning, mixing of different liquids, analysis of acids and bases, etc. In this contribution, specifically two-electrode conductivity sensors are discussed. A problem with this type of sensor is that a double layer (DL) is given at the interfaces between each of the electrodes and the liquid, resulting in varying and unpredictable diffusion capacitances. For this reason, the electrical resistance of the liquid is not directly accessible from measurements of the sensor input impedance at...

P3.12 Integration of Bragg grating sensors in components made of Carbon fiber reinforced polymers

T. Sauer, S. Kefer, W. Ruppert, R. Hellmann & M. Kaloudis
This contribution discusses the integration of polymer planar Bragg grating sensors (PPBG) into carbon fiber reinforced polymer (CFRP) components. For the first time, it is shown that PPBGs based on cyclic olefin copolymers can be integrated into commercial-grade composites, thereby withstanding the demanding production processes. Pre-impregnated fibers are stacked and partially modified to form a sensor pocket. Afterwards, the CFRP specimen containing the optical sensor is cured in a heated mechanical press for 2 hours...

6.1.5 Citizen science für Schüler*innen: Durchführung von Umweltstudien mit Smartphone und mobiler Messtechnik

S. Höfner, A. Schütze, B. Brück, M. Hirth & J. Kuhn
Im Rahmen des DBU Projekts "SUSmobil" SchülerUmweltStudien mit mobilen Endgeräten) wird Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit geboten, mit Hilfe von Wissenschaftlern Umweltstudien durchzuführen. Dabei sind sie angehalten, eigene Fragestellungen zu entwickeln. Zur Vorbereitung und Unterstützung können Schülerinnen und Schüler im Alter von 15 bis 18 Jahren zudem Selbstlernkurse (sog. Module) besuchen, in denen sie die Funktionsweise von Halbleiter-Gassensoren kennenlernen, eine Kalibrierung durchführen und Innenraumluftqualität messen. Der Beitrag stellt die entwickelten Module vor und präsentiert verschiedene...

3.1.1 Aktuelle Entwicklungen von MEMS IR-Sensorkomponenten

M. Schädel, J. Baldauf, L. Long, J. Freitag, N. Thronicke, K. Neckermann, S. Nieland, A. Grün, I. Käpplinger & T. Ortlepp
Dieser Beitrag gibt einen kurzen Überblick zu der Thematik MEMS-basierter IR-Gassensoren und Sensorkomponenten und berichtet ausführich über den Stand aktueller Entwicklungen des CiS Forschungsinstitutes in diesem Themenfeld. Es werden verschiedene, auf thermischer Emission basierende IR-Strahler vorgestellt, die sich z.B. durch herausragenden Minaturisierungsgrad oder Wafer-Level-Packaging hervorheben. Als Alternative werden auch Ergebnisse von IR-Strahlern präsentiert, die durch Drucktechniken auf dünnen Membranträgern erzeugt werden. Auf Detektionsseite kommen Thermopiles zum Einsatz, die ebenfalls auf Waferebene hermetisch gehaust werden können....

P2.11 - Miniaturisierter amperometrischer Sauerstoffsensor in Dickschichttechnologie

C. Eckart, S. Dietrich & M. Kusnezoff
Sauerstoffsensoren sind ein essentieller Bestandteil bei der Überwachung von Verbrennungsprozessen in mobilen und industriellen Anwendungen. Oft werden hierfür potentiometrische Sauerstoffsensoren eingesetzt, welche jedoch aufgrund der logarithmischen Abhängigkeit des Sensorsignals vom Sauerstoffpartialdruck nur in vergleichsweise kleinen Konzentrationsbereichen eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Soll ein Messbereich mit hoher Sauerstoffkonzentration überwacht werden, eignen sich amperometrische Grenzstrom-Sauerstoffsensoren, da ihre lineare Signalabhängigkeit erlaubt, ein breites Spektrum an Sauerstoffkonzentrationen mit ausreichend hoher Genauigkeit abzudecken. Zu den weiteren Vorteilen des amperometrischen Messprinzips gegenüber...

P2.09 - Einfluss der Elektrodenmorphologie auf die NO-Detektion mittels Pulspolarisation

N. Donker, J. Zander, D. Schönauer-Kamin, R. Moos, A. Ruchets, J. Zosel & U. Guth
Die meisten elektrochemischen Sensoren zur Detektion von Stickoxiden (NOx, d.h. NO und NO2) basieren auf stationären Prinzipien. Beispiele hierfür sind der amperometrische NO-Sensor oder potentiometrische Mischpotential-Sensoren [1,2]. Diese Prinzipien haben gemeinsam, dass die Sensoren bei einer konstanten Analytgaskonzentration ein zeitinvariantes Messsignal in Form eines Stromes oder einer Spannung liefern. Dynamische Methoden wie die Cyclovoltammetrie [3] oder die hier verwendete Pulspolarisation [4] verwenden dagegen die dynamische Antwort des Sensors auf eine externe Anregung als Sensorsignal. Dies...

P2.08 - Der Einfluss von PtOx auf WO3 MOx-Gassensoren

U. Geyik, U. Weimar & N. Barsan
Gassensoren, die auf anorganischen Metalloxid-Halbleitern (MOx) basieren, haben sich durch ihre Selektivität, Sensitivität und vor allem durch ihre Preiswürdigkeit durchgesetzt. Meist wird in der Anwendung kein reines Metalloxid eingesetzt, sondern solche, welche mit unterschiedlichen Additiven beladen sind. Als Additive kommen zum Beispiel Edelmetalle wie Platin, Palladium, Rhodium und Gold zum Einsatz. Diese Edelmetalle haben einen signifikanten Einfluss auf die Sensoreigenschaften. Schon der erste kommerzielle Metalloxid-Halbleiter basierende Gassensor, TGS 109 von N. Taguchi, basierte auf mit...

P2.06 - Untersuchung des Feuchteeinflusses auf SnO2-basierten Halb-leitergassensoren mittels schneller Impedanzspektroskopie

H. Lensch, A. Schütze, T. Sauerwald & J. Doerr
Halbleitergassensoren sind durch ihre ausgezeichnete Sensitivität und Selektivität auf verschiedene reduzierende und oxidierende Gase [1] und ihren günstigen Preis in vielen Bereichen, wie Überwachung von Luftqualität oder in der Lebensmittelindustrie, verbreitet. Leider sind bei diesen Anwendungen Quereinflüsse durch weitere Gase nicht ausgeschlossen. Unter anderem gehört zu diesen Gasen in der Regel Feuchte [2]. Diese erhöht, ebenso wie reduzierende Gase, über einen weiten Temperaturbereich die Leitfähigkeit von Zinnoxidsensoren, was typischerweise mit einem donatorähnlichen Verhalten von chemisorbierten...

P2.07 - Einfluss der Partikelmorphologie auf das Raumtemperaturdosimeterverhalten von ZnO zur NO2-Detektion

R. Wagner, D. Schönauer-Kamin & R. Moos
Metalloxide, wie z.B. Zinkoxid, sind bekannt für ihren Einsatz in der Gassensorik zur Detektion schädlicher Gase wie zum Beispiel NO2. Diese Materialien werden häufig bei Temperaturen über 300 °C eingesetzt [1]. In den letzten Jahren gab es viele Untersuchungen darüber, wie die Einsatztemperatur auf Raumtemperatur gesenkt werden kann, um diese Sensoren zum einen mit geringerem Energieaufwand und in explosionsgefährdeten Umgebungen betreiben zu können und zum anderen auch um nicht-temperaturstabile Substratmaterialien nutzen zu können [2]. Die...

P2.05 - Entwurf einer universellen tastenlosen optischen Fernbedienung

H. Ruser
Im Beitrag wird der Entwurf eines optischen Systems zur universellen Fernbedienung vieler technischer Geräte und Systeme im Haushalt, in Gebäuden oder in Industrie- Umgebungen beschrieben: Mittels eines leichten und tastenlosen „Lichtzeigers“, der wie eine kleine Taschenlampe in der Hand liegt, werden quasi-intuitive Zeige- und Bewegungsgesten in Richtung des zu bedienenden Gerätes ausgeführt, um dieses auszuwählen, zu schalten oder dessen Einstellungen in Stufen oder stufenlos zu verändern. Diese natürliche Mensch-Maschine-Schnittstelle soll insbesondere dazu beitragen, Personen mit...

P2.04 - Siloxan-Behandlung von Halbleitergassensoren im temperaturzyklischen Betrieb – Sensitivität und Selektivität

C. Schultealbert, I. Uzun, T. Baur, A. Schütze & T. Sauerwald
Siloxan-Verbindungen schädigen in hohen Dosen die Funktion von Halbleitergassensoren, was gemeinhinals Vergiftung bezeichnet wird [1]. Da Siloxan- Verbindungen weit verbreitet sind und beispielsweise in einer Vielzahl von Körperpflegeprodukten eingesetzt werden [2], ist es notwendig die Schädigungsmechanismen zu kennen und entsprechende Gegenmaßnahmen (Sensortausch, Kompensation, Rekalibrierung…) vorzunehmen. Darüber hinaus kann mit Siloxanen die Selektivität auf Wasserstoff erhöht werden, da die Sensitivität auf Wasserstoff deutlich weniger abnimmt als die anderer Gase [3,4]. Bei geringe Siloxandosis kann zunächst eine...

P2.02 - Split-ring resonator: A new detector in liquid chromatography

K. J. Dehning, M. Hitzemann, S. Fisahn & S. Zimmermann
liquid chromatography (LC) as a physical separation technique for liquid samples e.g in food or drug analysis [1,2]. The LC is often combined with optical detectors that detect the eluting substances according to their fluorescence, absorption and refraction charateristics. Some substances have to go through a time consuming and elaborate sample preparation process so that they can be detected by such optical detectors. Other detectors use a different charateristic for detection, e.g. mass spectrometers that...

P2.03 - Bundled column GC-IMS – a miniaturized system for fast and sensitive on-site analytics

A. Ahrens & S. Zimmermann
Ion mobility spectrometers (IMS) are powerful analytical tools for monitoring, detecting and identifying compounds at trace levels. Drift tube IMS separate and analyze ions within milliseconds based on their motion through a neutral gas along a homogeneous electric field. Nowadays, IMS are established in various kinds of analytical applications, e.g. in the field of safety and security [1,2], food industries [3] and the medical sector [4,5]. For some of these applications, mobile or hand-held devices...

P2.01 - Hydrogel-basierter plasmonischer Ethanolsensor mit schnellen Ansprechzeiten

C. Kroh, M. Günther, G. Gerlach, R. Wuchrer, N. Steinke & T. Härtling
Der Bedarf an effizienten und kostengünstigen Sensoren zur Erfassung chemischer Parameter in Flüssigkeiten steigt in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen wie der medizinischen Versorgung oder der Lebensmittelindustrie stetig an. In bspw. Brauereien oder Brennereien ist hierbei insbesondere der Ethanolgehalt ist ein wichtiger Parameter in der Prozessüberwachung. Gegenwärtige Nachweismethoden für Ethanol basieren auf der indirekten Berechnung des Ethanolgehalts mit Oszillationsdichtemessgeräten [1] oder auf einer spektralen Bestimmung mittels Infrarotspektroskopie [2,3]. Solche Systeme erfordern eine Laborumgebung und sind zeit- und...

P1.14 - Quantitative Diclofenac-Analyse mittels gentechnisch veränderter Saccharomyces cerevisiae

A. Kick, M. Schulz, C. Schirmer, M. Mertig, K. Ostermann & G. Rödel
Arzneimittelrückstände im Wasserkreislauf stellen ein weltweit wachsendes Problem dar. Die EUKommission hat daher eine Beobachtungsliste zur EU Wasserrahmenrichtlinie herausgegeben, auf der auch der Wirkstoff Diclofenac (Abb. 1), der als Entzündungshemmer bzw. Antirheumatikum verwendet wird [1], gesetzt wurde. Es gibt Berichte über Diclofenac- Konzentrationen in Krankenhausabwässern von bis zu 7 μg/l (0,02 μmol/l) und in Abwässern der pharmazeutischen Industrie von bis 200 μg/l (0,68 μmol/l) [2]. Aber bereits weitaus geringere Diclofenac- Konzentrationen können beispielsweise zu Schädigungen...

P1.13 - Entwicklung eines Lateral Flow Assays zum Nachweis von Amitriptylin in Oberflächengewässern

F. Schenk, J. Hutterer, K. Tondwa, C. Schanbacher & G. Gauglitz
Der Konsum an Medikamenten und anderen bioaktiven Stoffen ist in Deutschland alltäglich. Allein im Jahr 2018 wurden von den gesetzlichen Krankenkassen in Deutschland über 41 Mrd. verschriebene Tagesdosen gemeldet [1]. Diese Pharmazeutika und deren Metabolite gelangen in merklichen Mengen in das Abwasser, wobei neben den Ausscheidungen der Patienten auch die unsachgemäße Entsorgung von Arzneistoffen eine signifikante Eintragsquelle darstellt. Da in den Klärwerken diese Stoffe zumeist nicht vollständig aus dem Abwasser entfernt werden können [2], werden...

P1.12 - Umweltstudien mit Smartphone für Schüler*innen am Beispiel der Untersuchung der Luft in Bienenstöcken

S. Höfner & A. Schütze
Der Erfolg der sozialen Bewegung „Fridays for Future“ zeigt, dass sich Jugendliche mehr denn je für die Themen Klima und Umweltschutz interessieren. Im Rahmen des DBU-Projekts „SUSmobil“ (Schüler-Umwelt-Studien mit mobilen Messgeräten) soll deren Umweltbewusstsein durch das Vermitteln von Grundlagen zu modernen Gassensoren [1] sowie das Anfertigen eigener Umweltstudien gefördert werden. In diesem Projekt wird Schüler*innen die Möglichkeit geboten, eigene Fragestellungen für Umweltstudien zu entwickeln, die mit moderner Sensorik und unterstützt von Wissenschaftler*innen umgesetzt werden. Aufgrund...

P1.11 - Untersuchungen zur automatisierbaren potenziometrischen Messung des Kaliumgehalts und des pH-Werts von Ackerproben vor-Ort

M. Decker, F. Gerlach, P. Teichmann, W. Vonau, A. Wezel & M. Schneider
Die ortsaufgelöste Analyse des Gehalts wichtiger Bodeninhaltsstoffe ist für den Landwirt eine wesentliche Voraussetzung zur Etablierung einer bedarfsgerechten Düngung seiner Ackerflächen. Insbesondere eine genaue Kenntnis des Kaliumgehalts und des pH-Werts eröffnet ihm die Möglichkeit, durch eine gezielte, an die Erfordernisse angepasste Versorgung des Bodens mit Düngemitteln, eine signifikante Steigerung des landwirtschaftlichen Ertrages zu realisieren. Die bisherige Bestimmung dieser Größen erfolgt nach der Probenahme und aufwändiger Probenvorbereitung im letzten Schritt mittels nasschemischer Analysen. Der arbeitsintensive Prozessablauf...

P1.08 - Verwendung von Hydrogelen für die Detektion von Wasserstoffperoxid in der Gasphase und in Aerosolen

A. Müller, M. Decker, W. Vornau, S. Klötzer & F.-M. Matysik
Die sensitive und selektive Bestimmung von Wasserstoffperoxid (H2O2) ist von großer Bedeutung für biologische, pharmazeutische, ökologische und viele andere Anwendungsbereiche. Insbesondere bei der Dekontamination von Oberflächen spielt H2O2 eine wichtige Rolle als Sterilisationsmittel. Je nach Anforderung wird eine hochkonzentrierte H2O2-Lösung entweder durch einen Verdampfer geleitet und dann mit Hilfe eines Trägergases in den zu sterilisierenden Raum eingebracht [1] oder mittels Druckluft vernebelt [2]. H2O2 ist daher entweder nur in der Gasphase vorhanden oder zusätzlich Inhaltsstoff...

P1.10 - Ultraschall – Etablierte Methodik oder innovative Messtechnik?

M. Metzenmacher, A. Beugholt, D. Geier & T. Becker
Automatisierung und Digitalisierung von Produktionsprozessen [1–3]. Gerade der Einsatz von Ultraschalltechniken hat sich in verschiedenen Bereichen der Prozessüberwachung in den letzten Jahren deutlich erhöht. Im Vergleich zu anderen vorhandenen Techniken bietet Ultraschall eine schnelle, kostengünstige und nicht-destruktive Methode zur Analyse von Prozess- und Produktparametern [4–6]. Durch ihren nicht-invasiven Charakter bieten sich vielfältige Anwendungsgebiete, gerade in den produktsensiblen Prozessschritten der Life Sciences [7–9] und der Lebensmittelindustrie [10–12]. ...

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