Projektdaten

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Entwicklung und Untersuchung eines fernabfragbaren Strömungsmesssystems basierend auf einem mikroelektronischen und -mechanischen multifunktionalen Sensor mit Gasartenerkennung

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Im Rahmen des Projektes soll ein fernabfragbaresn Strömungsmesssystem mit Gasarterkennung entwickelt werden. Strömungssensoren werden in Industrie, Laboratorien, Krankenhäusern und im privaten Bereich weit genutzt. In der Anwendungen reichen von der Regelung großer Massenströme (Prozessindustrie) bis hin zu Messungen im Nanobereich (nl/min) (Biotechnologie, Pharmazie, Medizin und Automotiv). Im Wohn- und Arbeitsbereich dienen sie einer energieeffizienten Einstellung der Umgebungsbedingungen. Die Gasströmungsmessung beruht auf verschiedenen Prinzipien: Thermomassen-, Coriolis-, Schwebekörper-Durchflussmessung, Schalenkreuz- oder Flügelradanemometer, Strömungsmessung mittels Differenzdrucksensoren. Dominierend am Markt sind thermische Flusssensoren wegen ihres weiten Messbereiches, ihrer miniaturisierten Bauform und ihrer hohen Empfindlichkeit. Nachteile sind die nichtlineare Abhängigkeit und die Beeinträchtigung durch Staub und Feuchtigkeit. Thermische Flusssensoren sind ebenfalls sehr träge. Für die genannten Messprinzipien gilt, dass das-Messsignal von der Gasart und von weiteren Umgebungsbedingungen abhängig ist. Neben den genannten Strömungssensoren wurden in den letzten Jahren verschiedene mikromechanische Strömungssensoren vorgestellt. Sie basieren auf der Erfassung der durch Strömung hervorgerufenen Kräfte (Widerstands- und Auftriebskraft) sowie der durch Wirbel induzierten Schwingungen. Die im Projekt zu nutzenden MEMS-Strukturen sollen so designt werden, dass sie sowohl in ihrem statischen als auch im dynamischen Verhalten Einflüsse der Strömung zeigen. Dazu sind sie in resonante Schwingungen zu versetzen. Resonanzamplitude und statische Verbiegung der mikromechanischen Struktur sind von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Die Resonanzfrequenz dieses schwachgedämpften Systems ist hingegen vorrangig von der Dichte des strömenden Mediums abhängig. Ziel dieses Projektantrages ist es, einen mikromechanischen Strömungssensor zu entwickeln, der sowohl den Massenfluss als auch die Gasart bzw. die Gaszusammensetzung bestimmen kann und fernabfragbar ist. Die sensornahe Elektronik ist so auszulegen, dass eine drahtlos Kommunikation unterstützt wird, die einen Einsatz in gefährlichen, schwer zugänglichen Bereichen ermöglicht und die Mensch-Maschine-Interaktion verbessert.