Industrielle Automation 3/2016

SENSOR+TEST

SENSOR+TEST 2016 Genau auf den Punkt Infrarot-Temperatursensoren erlauben spezifische Design-in-Lösungen für komplexe Thermomanagement-Aufgaben finden sich zum Beispiel im Innern von Druck maschinen, Kunststoffmaschinen oder im medizinischen Gerätebau. Unberührt vom Grad der Miniaturisierung sind bei diesen Sensoren von Exergen Global Eigenschaften wie Wiederholgenauigkeit (± 0,01 °C), Messgenauigkeit (± 1 %) und Ansprechzeit (50 ms) bei Einsatztemperaturen zwischen - 17 und + 524 °C. Um die jeweils bestmögliche Lösung für IR-Temperaturmessungen bei komplexen Produktionsprozessen quer durch alle Industriebranchen zu realisieren, hat Dr. Francesco Pompei, Gründer von Exergen, eine Methode mit der Bezeichnung Sensoranics (Sensors+Mechanics) entwickelt. Es geht dabei um eine strukturierte Zusammenführung von Wissen und Fähigkeiten des Sensor-Herstellers mit dem spezifischen Fachwissen der Kunden im OEM-Bereich. Bart van Liempd Infrarot-Temperatursensoren übernehmen in der medizinischen Gerätetechnik, bei Laboruntersuchungen oder in der Luft- und Raumfahrt wichtige Aufgaben. Hier müssen sie die Temperatur überwachen und exakt bestimmen, damit Patienten keinen Schaden nehmen und die Untersuchungsergebnisse zuverlässig sind. Sogenannte anlagenintegrierte IR-Sensoren meistern diese Herausforderungen mit Bravour. Bart van Liempd ist Geschäftsführer der Exergen Global BV, Industrial OEM Sales in Veghel, Niederlande Konventionelle Infrarot-Messgeräte arbeiten mit interner Signalverarbeitung und externer Stromversorgung. Sie liefern das Abbild der Messgröße Temperatur meist als standardisiertes Spannungs- oder Stromsignal. Das Ausgangssignal von Infrarot-Thermoelementen beruht auf dem Seebeck-Effekt. Sie benötigen wenig Bauraum, arbeiten ohne Hilfsenergie, die Signalverarbeitung erfolgt extern und sie lassen sich in komplexe Messanordnungen kompakter Geräte oder Maschinen hineinkonstruieren. Der Gewinn: stabilere Prozesse, höherer Durchsatz, enger tolerierte Produktqualität. Thermomanagement-Aufgaben auf kleinstem Raum lösen Durch den Verzicht auf die Integration von Elektronik lässt sich ein Infrarotsensor vom Typ Micro IRt/c mit 19 mm Länge und 6,4 mm Durchmesser aufbauen. Damit ist dieser Typ zwar zurzeit weltweit der kleinste Sensor, der dieses Messprinzip nutzt, der Vorteil liegt aber in den daraus resultierenden Möglichkeiten zur Lösung komplexer Thermomanagement-Aufgaben auf kleinstem Raum. Typische Herausforderungen Kontinuierliche Überwachung der Hauttemperatur Bei operativen Eingriffen lässt sich Weichgewebe durch Bestrahlung mit Mikrowellen abtragen. Um die exakte Platzierung der Sonde zu sichern und gleichzeitig die Applikationssonde zu kühlen, ist bei jeder Behandlung die Verfügbarkeit von Kohlendioxid essenziel. Allerdings ist eine im OP- Alltag praxistaugliche Überwachung der austauschbaren Kohlendioxid-Tanks nicht einfach. Zum Einsatz kam hier der IR-Temperatursensor vom Typ Micro IRt/c.SV mit seitlichem Eintrittsfenster, der vertikal in der engen Anordnung untergebracht werden konnte. Das berührungslose Verfahren verhindert Fehljustierungen des Sensors bei einem Wechsel der CO 2 -Zylinder. Bei einer anderen Entwicklung für das Segment medizinische Gerätetechnik standen zwei sich widersprechende Forderungen im Raum: Reduktion der Behandlungsdauer bei gleichzeitiger Verbesserung der Behandlungsergebnisse. Es geht dabei um die lokale Applikation einer Kombination aus Infrarot-Strahlung, Vakuum und Hochfrequenzbestrahlung, um die subepidermalen Hautschichten zu erwärmen. Das verbessert die Zirkulation, stimuliert die Lymphdrainage, steigert die Fibroblasten- Aktivität und erneuert die extrazelluläre Matrixschicht. Alles zusammen bewirkt eine festere und straffere Haut. Um die kosmetische Behandlung zu beschleunigen, soll die Haut schneller aufgewärmt werden, allerdings verbunden mit dem Risiko, die Haut 16 INDUSTRIELLE AUTOMATION 3/2016

zu überhitzen und die Patienten zu verletzen. Als Lösung stellte sich die Integration eines berührungslos arbeitenden Temperatursensors direkt im Applikator heraus. Ohne den Behandlungsablauf zu stören, überwacht der Sensor kontinuierlich die Hauttemperatur des Patienten. Unter diesen beengten und von Störstrahlung überfluteten Verhältnissen kam der Typ Micro IRt/C in der Bauform CG1 zum Einsatz. Exergen hatte zuvor ein nicht-invasives Thermometer zur Messung der Körpertemperatur entwickelt, das nachweislich so genau arbeitet wie konventionelle Fieberthermometer. Temperatur von Laborproben präzise bestimmen In der Bio-Pharmazie, forensischen Medizin und klinischen Diagnostik sind für Laboruntersuchungen heutzutage automatisierte Geräte verbreitet. Übliche Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer definierten Substanz auf Mikrotiterplatten sind sehr temperaturempfindlich und erfordern die Überwachung und Regelung der Temperatur während der Untersuchungen. Dabei hat die exakte Bestimmung der Temperatur jeder einzelnen Probe bzw. jeder Kavität auf der Platte Vorteile gegenüber einer indirekten Messung der Umgebungstemperatur – also eine typische Aufgabe für berührungslos arbeitende Temperatursensoren. Die Lösung sieht die Platzierung eines IR-Temperatursensors vom Typ IRt/c im Lesegerät in einer Weise vor, dass die Temperatur jeder einzelnen Kavität mit einer Genauigkeit bis zu ± 0,1 K erfasst wird. Sogar Temperaturgradienten innerhalb der Mikrotiterplatten können erkannt werden. Der Sensor beobachtet die lokale Temperatur, erkennt Abweichungen von der Soll-Temperatur und ermöglicht so die Anwendung einer Korrekturformel, um genauere und wesentlich zuverlässigere Untersuchungsergebnisse zu erhalten. So wird die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems bei anspruchsvollen Forschungsaufgaben oder in der Diagnostik entscheidend verbessert. Strahlungsthermometer für die Luft- und Raumfahrt Die Spannweite für den Einsatz der berührungslos arbeitenden IR-Thermoelemente reicht bis in die Luft- und Raumfahrt und führte jüngst zur Verleihung des NASA- Patent Award für eine neue Art von Pyrome- ter, dessen Funktion auf einem Micro IRt/c Sensor von Exergen beruht. Das Pyrometer hat die Aufgabe, in Abhängigkeit von der Stromstärke die Temperatur des Glühdrahtes im Innern einer Sprengkapsel zur Entriegelung von Bolzen zu messen. Messtechnisch ist das eine Herausforderung, denn die Glühdrähte sind mit ca. 50 µm Durchmesser extrem dünn. Herkömmliche Zweifarben-Pyrometer können solche Ziele zwar auflösen, wegen der geringen Strahlungsausbeute von 50 µm dicken Glühdrähten Temperaturen unter 700 °C aber nicht zuverlässig messen. Dem Erfinder Dr. Alex Stein von Harmon Sensors gelang es, den Micro IRt/c an die sehr begrenzten räumlichen Verhältnisse der Sprengkapsel so zu adaptieren, dass bereits ab 300 °C zuverlässige Messsignale zur Verfügung stehen. Fotos: Fotolia, Exergen Global www.exergenglobal.com Ein in das Kühlsystem integrierter Temperatursensor sorgt für Sicherheit und Effizienz bei Ablationseingriffen im medizinischen Bereich CAUTION HOT Unsere neuen portablen Pyrometer Bild: Shutterstock.de/Bondgrunge Besuchen Sie uns auf der Sensor +Test! 10.-12.05.2016 Halle 5, Stand 5-338 DIAS: Entwicklung, Fertigung, Vertrieb und Service aus einer Hand www.dias-infrared.de