Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design Innovation in der Prozessmesstechnik durch Markus Windisch Dresden, 06.11.2013
Gliederung Applikation Industrielle Teilereinigung Sensorprinzip Hydrogelbeschichteter Dickenscherschwinger Optimierung für die Sensoranwendung Konstruktive Lösung Zuverlässigkeit Fertigungstechnologie Stabile Qualität Folie 2 von 14
Applikation: Industrielle Teilereinigung Dosierung Reinigungsbad ϑ = 60 80 C ph = 3 12 Schmutzkonzentration Reinigerkonzentration Netzmittel Builder Sauberkeit Dosierung sensor Schmutzeintrag Blasendrucktensiometer Messung Hydrogel- Folie 3 von 14
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
Sensorprinzip Dickenscherschwinger Quelle: TU Dresden, Professur für Spezielle Physikalische Chemie / Physikalische Chemie der Polymere Folie 5 von 14
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
Konstruktive Lösung des Sensorkopfes O-Ring Quarzscheibe Leitgummi Sensorplatine Temperatursensor Folie 7 von 14
Konstruktive Lösung des Sensorkopfes Goldelektroden Folie 8 von 14
magnitude Amplitude (Z) / Ω / Ω Impedanzspektrum 900 1 Vol.-% 1 vol.-% 3 Vol.-% 3 vol.-% 8 Vol.-% 8 vol.-% Builder-Konzentration Serienresonanzfrequenz Parallelresonanzfrequenz Wendepunktfrequenz 240 200 10,03 10,04 frequency f /MHz 10,05 Frequenz f / MHz Folie 9 von 14
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
Zuverlässigkeit durch optimierte Messwertverarbeitung Auswertung Wendepunktfrequenz Auswertung Serienresonanzfrequenz geringere Messwertstreuung Folie 11 von 14
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
Schwerpunkt: Technologische Forschung Schichtparameter Verhalten des DSS Technologieparameter Sensorverhalten Wertebereiche Kontrollmerkmale Amplituden- & Phasenspektren Konzentrationskennlinien Qualität Anforderungen aus Anwendung Fertigungsversuche Folie 13 von 14
Das rechte Maß zu wissen ist höchste Kunst. Heraklit hydrogelsensor.blog.de Gefördert durch ein Promotionsstipendium der www.ifte.de/forschung/sensorik Professur Spezielle Physikalische Chemie/ Physikalische Chemie der Polymere Folie 14 von 14