Innovation in der Prozessmesstechnik durch Hydrogelsensoren

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Victoria Schmitz
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1 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design Innovation in der Prozessmesstechnik durch Markus Windisch Dresden,

2 Gliederung Applikation Industrielle Teilereinigung Sensorprinzip Hydrogelbeschichteter Dickenscherschwinger Optimierung für die Sensoranwendung Konstruktive Lösung Zuverlässigkeit Fertigungstechnologie Stabile Qualität Folie 2 von 14

3 Applikation: Industrielle Teilereinigung Dosierung Reinigungsbad ϑ = C ph = 3 12 Schmutzkonzentration Reinigerkonzentration Netzmittel Builder Sauberkeit Dosierung sensor Schmutzeintrag Blasendrucktensiometer Messung Hydrogel- Folie 3 von 14

Netzmittel Tensiometrie 32 % Titration 38 % Anforderungen an industrietauglichen Hydrogelsensor Messabweichung Δc

4 Stand der Prozessmesstechnik in der Teilereinigung 86 % Kontrollieren Badzustand davon 40 % Netzmittelkonzentration 32 % Builderkonzentration 61 % Badverschmutzung Anwenderbefragung Kontrollverfahren Netzmittel Tensiometrie 32 % Titration 38 % Anforderungen an industrietauglichen Hydrogelsensor Messabweichung Δc 0,2 Vol.-% Builder Titration 81 % Badverschmutzung Optisch 47 % Titration 22 % Ansprechzeit Zuverlässigkeit t 1 min MTBF > 3 Monate Folie 4 von 14

5 Sensorprinzip Dickenscherschwinger Quelle: TU Dresden, Professur für Spezielle Physikalische Chemie / Physikalische Chemie der Polymere Folie 5 von 14

6 Hydrogel Signalverarbeitung Modell der Auswertung Funktionsstruktur Messgröße Änderung mech. Eigenschaften Amplituden- & Phasenspektrum Messwert c, ph, Organika, 2-wertige Metallionen, V, m, G* A, φ DSS Konstruktion Beschichtungstechnologie Messwertverarbeitung Folie 6 von 14

7 Konstruktive Lösung des Sensorkopfes O-Ring Quarzscheibe Leitgummi Sensorplatine Temperatursensor Folie 7 von 14

8 Konstruktive Lösung des Sensorkopfes Goldelektroden Folie 8 von 14

9 magnitude Amplitude (Z) / Ω / Ω Impedanzspektrum Vol.-% 1 vol.-% 3 Vol.-% 3 vol.-% 8 Vol.-% 8 vol.-% Builder-Konzentration Serienresonanzfrequenz Parallelresonanzfrequenz Wendepunktfrequenz ,03 10,04 frequency f /MHz 10,05 Frequenz f / MHz Folie 9 von 14

10 Amplitude (Z) / Ω Sensorverhalten über der Zeit 1 Vol.-% 3 Vol.-% 8 Vol.-% 1 Vol.-% nach 2 Wochen 3 Vol.-% nach 2 Wochen 8 Vol.-% nach 2 Wochen Builder-Konzentration Frequenz f /MHz Folie 10 von 14

11 Zuverlässigkeit durch optimierte Messwertverarbeitung Auswertung Wendepunktfrequenz Auswertung Serienresonanzfrequenz geringere Messwertstreuung Folie 11 von 14

12 Amplitude (Z) / kω Ist-Qualität im Musterlos (10 Stk.) 1,0 0,7 Anforderung: S > 300 Hz/Vol.-% 0,5 1 Vol.-% 8 Vol.-% Builderkonzentration 0,2 10,02 10,03 10,04 10,05 gute Qualität: 4 Stk. Frequenz f /MHz 1 Vol.-% 8 Vol.-% 10,02 10,03 10,04 10,05 schlechte Qualität: 6 Stk. Folie 12 von 14

13 Schwerpunkt: Technologische Forschung Schichtparameter Verhalten des DSS Technologieparameter Sensorverhalten Wertebereiche Kontrollmerkmale Amplituden- & Phasenspektren Konzentrationskennlinien Qualität Anforderungen aus Anwendung Fertigungsversuche Folie 13 von 14

14 Das rechte Maß zu wissen ist höchste Kunst. Heraklit hydrogelsensor.blog.de Gefördert durch ein Promotionsstipendium der Professur Spezielle Physikalische Chemie/ Physikalische Chemie der Polymere Folie 14 von 14

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