Hannover Messe

Hannover Messe 2019: Flexible Messtechnik für Gase, Flüssigkeiten und Festkörper

Fraunhofer IPM / 27.2.2019

Gassensoren überwachen industrielle Prozesse, spüren Leckagen auf oder regeln das Raumklima. Dank ausgefeilter Technologien messen die Sensoren auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig und präzise – im Auto, in der Fabrik und im Labor. Auf der Hannover Messe 2019 stellt das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM drei in Acryl-Blöcke eingegossene Sensoren aus.

Gassensor-Technologie und Elektronik in kompakten Mikrosystemen zu kombinieren, die mit wenig Energie auskommen und kostengünstig hergestellt werden – das ist die große Herausforderung für die Entwickler. Neue Entwicklungen wie Sensoranordnungen aus Polyimid-Folie eröffnen zusätzliche Anwendungen und Märkte für die Gassensorik kommender Generationen. Sensorentwicklungen vom Fraunhofer IPM werden dabei  im Food Chain Management, im Automobil, in der Prozesskontrolle oder in der Biotechnologie eingesetzt

Miniaturisiertes photoakustisches 2-Kammer- Sensorsystem zur CO2-Messung (Dimensionen: 25 mm  × 25 mm × 25 mm).
© Fraunhofer IPM

Photoakustik Sensor

Klein, kolorimetrisch und kostengünstig: Gassensoren, gefertigt in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren, messen zuverlässig unterschiedliche Gase.
© Fraunhofer IPM

Kolorimetrischer Brandmelder

Kolorimetrische Gassensoren

Kolorimetrische Gassensoren kommen überall dort zum Einsatz, wo nur begrenzt Energie zur Verfügung steht und kostengünstige Sensoren gefordert sind. Dies gilt beispielsweise für den Einsatz in Brandmeldern, im Food Chain Management oder in RFID-Labels. Hier können kolorimetrische Sensoren Gase wie Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffdioxid oder Ethylen zuverlässig detektieren. Die kostengünstigen Sensoren lassen sich in Sensornetzwerke integrieren und mit anderen Sensorprinzipien kombinieren.

Fraunhofer IPM entwickelt neuartige »low power« Gassensoren, die auf dem Prinzip des Farbumschlags basieren. Ein Farbstoff in Kombination mit einem Polymer reagiert in Kontakt mit dem Zielgas und ändert dabei seine Farbe. Diese Farbänderung korreliert mit der Konzentration des Gases und zeigt keine Wechselwirkung zu anderen Gasen. Die Reaktion verläuft bei Raumtemperatur, sodass keine Heizleistung nötig ist. Der Leistungsverbrauch liegt im Bereich weniger Milliwatt. Je nach Messzyklus kommt das System daher über mehrere Jahre ohne Batteriewechsel aus.

Halbleiter Gassensoren

HL-Gassensoren (oder Metalloxid-Sensoren, MOX) sind in den vergangenen Jahren stetig kleiner und leistungsfähiger geworden. Gleichzeitig kommen sie mit immer weniger Energie aus. Dank innovativer Herstellungsmethoden können miniaturisierte Gassensoren heute preiswert und in großer Stückzahl produziert werden. In Zukunft werden solche Sensoren daher nicht nur in der Industrie, sondern auch im Alltag vermehrt zum Einsatz kommen.

Die Digitalisierung im »Smart Home« und in Fahrzeugen, aber auch mobile Apps – etwa zur Überwachung bestimmter Vitalfunktionen – treiben den Einsatz miniaturisierter HL-Gassensoren voran. Neben etablierten Anwendungen in der Sicherheitstechnik, der Lebensmittelindustrie, der Klimatechnik sowie in der Medizin werden Gassensoren der neuen Generation in Zukunft auch Messaufgaben in der vernetzten Produktion der Industrie 4.0 übernehmen.

Das Fraunhofer IPM hat mehr als 15 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von HL-Gassensoren. Forschungsschwerpunkte sind die Entwicklung und Modifizierung gassensitiver Materialien, Sensorsubstrate sowie Verfahren zur kostengünstigen Produktion der Materialien und Sensoren.

Photoakustische Sensoren

Der photoakustische Effekt wurde erstmalig 1880 von Alexander Graham Bell beschrieben. Die Absorption elektromagnetischer Strahlung durch Moleküle wird bei photoakustischen Messungen nicht mit einem Strahlungsdetektor bestimmt, sondern mithilfe eines Druckumformers direkt über die aus der Absorption resultierende Druckerhöhung detektiert.

Das Fraunhofer IPM hat ein neuartiges, kompaktes Photoakustiksystem zur Detektion von Kohlendioxid (CO2) entwickelt. Das System kombiniert eine miniaturisierte Mess- und Detektionskammer mit einem modulierbaren thermischen Strahler und einem speziell gekapselten Mikrofon. Der handliche optische Aufbau sowie entsprechende Komponenten, beispielsweise ein MEMS-Mikrofon (MEMS: Micro-Electro-Mechanical-Systems) aus der Mobilfunktechnik, machen das Sensorsystem flexibel im Einsatz. Durch die Verwendung dieser Bauteile als aktive Komponenten sind die Systemkosten sehr gering. Die Miniaturisierung und Integration der Systemkomponenten erlaubt eine selektive Gasmessung bei optimiertem Messsignal und reduziertem Leistungsverbrauch.

Der Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces auf der Hannover Messe Industrie 2019

Weitere Informationen zur Hannover Messe Industrie 2019 und zu den, durch den Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces ausgestellten Exponaten, erhalten Sie in regelmäßigen Abständen auf der Verbundhomepage unter »Presse & Events«.

Der Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces bündelt die Kompetenzen von sechs Fraunhofer-Instituten. Die Institute vereinen aufeinander abgestimmte Kompetenzen in den Bereichen Laserfertigungsverfahren, Laser-Strahlquellen, Messtechnik, Medizin und Life Sciences, Optische Systeme und Optikfertigung, EUV-Technologie, Prozess- und Systemsimulation, Werkstofftechnik, Mikro- und Nanotechnologie, Dünnschicht- sowie Plasma- und Elektronenstrahltechnik.