Zusammenfassung
Sensoren zur Bestimmung der Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen werden in vielen Bereichen der Mess- und Automatisierungstechnik zur direkten und indirekten Zustandsüberwachung eingesetzt. Dieser Beitrag stellt unterschiedliche Varianten robuster Sensoren zur Bestimmung von Strömungseigenschaften (Geschwindigkeit, Richtung und Strömungsmenge) und zur Vermessung von thermischen Materialparametern (thermische Leitfähigkeit und thermische Diffusivität) von Fluiden vor. Diese Sensoren basieren auf einem thermischen Funktionsprinzip und sind mit Mitteln der Mikrotechnologie kostengünstig herstellbar. Ausgehend von einem einzigen Basisdesign können sie als kalorimetrische Strömungssensoren oder als thermische Leitfähigkeitssensoren ausgeführt und betrieben werden. Im vorliegenden Beitrag werden die theoretischen Grundlagen erläutert und einige Anwendungsbeispiele diskutiert.
Abstract
Sensors for the determination of fluid and gas properties are being employed for direct and indirect condition monitoring in many application areas of instrumentation and automation. This article presents various robust sensors devised to measure flow properties (velocity, direction, and mass flow) as well as thermal properties (thermal conductivity and diffusivity) of fluids. These sensors are based on a thermal operation principle and can be manufactured with cost-effective microtechnology. Starting from one generic design, they can be implemented and operated as calorimetric flow sensors or thermal conductivity sensors. This article explains the theoretical foundations and discusses several application examples.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Notes
Die direkt gemessene Größe.
Die gesuchte Größe oder Information.
Vergleiche hierzu die Anmerkung im Aufzählungspunkt 1 aus Abschn. 2.1.
Vergleiche hierzu die Anmerkung im Aufzählungspunkt 1 aus Abschn. 2.1.
Unter dieser Voraussetzung darf \(\mathrm{K}_{0}(\cdot)\) durch seine asymptotische Approximation ersetzt werden [21].
Literatur
Wu, W., Liang, C., Huang, J. (2004): In Proceedings of the 26th annual international conference of the IEEE engineering in medicine and biology society (IEMBS ’04), San Francisco, CA, USA (Vol. 1, S. 2579–2581).
Sauter, T., Glatzl, T., Kohl, F., Steiner, H., Talić, A. (2014): In Proceedings of 15th international symposium on quality electronic design (ISQED), Santa Clara, California, USA (S. 748–753).
Kuo, J., Yu, L., Meng, E. (2012): Micromachines, 3(3), 55.
Grob, R. L. (2004): Modern practice of gas chromatography. 4. ed. New York: Wiley.
Anton Paar GmbH (2015): Inline-Stammwürze-Monitor für Bier. http://tinyurl.com/kt3ch7u.
Kuntner, J., Kohl, F., Jakoby, B. (2006): Sens. Actuators A, Phys., 130–131, 62.
Vellekoop, M. (2001): In Transducers’01: proceedings of the 11th international conference on solid-state sensors and actuators, Munich, Germany (S. 770–775).
Beigelbeck, R., Antlinger, H., Ćerimović, S., Clara, S., Keplinger, F., Jakoby, B. (2013): Meas. Sci. Technol., 24(12), 125101.
Comte-Bellot, G. (1976): Annu. Rev. Fluid Mech., 9(1), 209.
Kohl, F., Fasching, R., Keplinger, F., Chabicovsky, R., Jachimowicz, A., Urban, G. (2003): Measurement, 33(2), 109.
Urban, G., Jachimowicz, A., Kohl, F., Kuttner, J., Olcaytug, F., Kamper, J., Pittner, F., Mann-Buxbaum, E., Schalkhammer, T., Prohaska, O., Schönauer, M. (1990): Sens. Actuators A, Phys., 22(1–3), 650.
Schlichting, H. (2006): Grenzschicht-Theorie. 10. ed. Berlin: Springer.
Beigelbeck, R., Cerimovic, S., Reyes-Romero, D., Kohl, F., Voglhuber-Brunnmaier, T., Jakoby, B., Sauter, T., Urban, G. A. (2015): Thermal properties of a thin-film membrane embedded in a multiparameter wind sensor – on-device characterization utilizing a transient measurement approach. IEEE Sensors J. doi:10.1109/JSEN.2015.2437992.
Reyes-Romero, D., Kogan, K., Cubukcu, A., Urban, G. (2013): Sens. Actuators A, Phys., 203, 225.
Ćerimović, S., Talić, A., Beigelbeck, R., Antlinger, H., Sauter, T., Nicolics, J., Jakoby, B., Keplinger, F. (2013): Meas. Sci. Technol., 24(8), 084002.1.
Ćerimović, S., Talić, A., Sauter, T., Kohl, F., Beigelbeck, R., Schalko, J., Jachimowicz, A. (2009): In Proceedings of the 8th IEEE conference on sensors, Christchurch, New Zealand (S. 1325–1328).
Talić, A., Ćerimović, S., Beigelbeck, R., Kohl, F., Sauter, T., Keplinger, F. (2015): Sensors, 15(5), 10004.
Keplinger, F., Beigelbeck, R., Kohl, F., Kuntner, J., Jachimowicz, A., Jakoby, B. (2007): In Transducers’07: the 14th international conference on solid-state sensors, actuators and microsystems, Lyon, France (Vol. 2, S. 2337–2340).
Carslaw, H. S., Jaeger, J. C. (1990): Conduction of heat in solids. 2. ed. Oxford: Oxford University Press.
Beigelbeck, R., Nachtnebel, H., Kohl, F., Jakoby, B. (2011): Meas. Sci. Technol., 22, 105407.
Abramowitz, M., Stegun, I. A. (1972): Handbook of mathematical functions. 10. ed. New York: Dover.
Ćerimović, S., Talić, A., Kohl, F., Beigelbeck, R., Schalko, J., Jachimowicz, A. (2009): Micromachined flow sensors enabling electrocalorimetric and TOF transduction. Proc. Chem., 1(1), 132–135.
Danksagung
Das Zentrum für Integrierte Sensorsysteme bedankt sich für die finanzielle Unterstützung durch den Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und das Bundesland Niederösterreich (LNÖ).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Talić, A., Ćerimović, S., Kohl, F. et al. Miniaturisierte thermische Fluidsensoren – Strömungs- und thermische Leitfähigkeitssensoren. Elektrotech. Inftech. 132, 191–198 (2015). https://doi.org/10.1007/s00502-015-0306-5
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s00502-015-0306-5