Browsing by Author "Sesterhenn, Michael"

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Mikromechanische Füllstandssensoren
(2001) Sesterhenn, Michael; Sandmaier, Hermann (Prof. Dr.-Ing.)
In dieser Arbeit wird ein neuer, mikromechanischer Füllstandssensor für Elektrolyte vorgestellt. Der Sensor verwendet zwei unterschiedlich und unabhängige Arbeitsprinzipien, die einander ergänzen. Einerseits wird eine Anordnung von Mikroelektroden benutzt, um während der Benetzung die Änderung in der Leitfähigkeit an diskreten Punkten zu messen. Andererseits misst ein kapazitiver Sensor auf Elektrolytkondensatorbasis die ortsanaloge Position des Meniskus. Aufgrund der Unterschiede in den Signalen der einzelnen Detektionsprinzipien kann der Sensor auch nicht einfach zusammenhängende Flüssigkeiten ausmessen, wie sie z. B. in blasenbehafteten Systemen vorliegen. Wegen des speziellen Designs brauchen die beiden Sensorprinzipien nicht auf die verwendeten Elektrolyte kalibriert zu werden und der relative Signalhub ist größer als 100. Dieser hohe relative Signalhub führt zu einer sehr hohen Auflösung, so dass die Meniskusposition mit Submikrometergenauigkeit bestimmt und in geeigneten Vorratsbehälter das gespeicherte Volumen mit Subnanolitergenauigkeit bestimmt werden kann. Die sich einstellenden Kapazitäten und Widerstände sind leicht auswertbar, so dass unter Verzicht auf einen Teil des hohen Auflösungsvermögens einfache und energieoptimierte Ansteuer- und Ausleseelektroniken verwendet werden können. Es wird gezeigt, dass der Sensor unter geeigneten Ansteuerbedingungen im pH-Bereich 1 bis 9 über 10 Jahre medienresistent ist. Neben der Entwicklung der mikromechanischen Struktur wird in der Arbeit außerdem ein Verhaltensmodell des Sensors für die Systemsimulation entwickelt. Die parametrisierbaren Modelle wurden auf einem konventionellen Systemsimulator entwickelt, die das Verhalten der einzelnen Sensorprinzipien und die Geometrie des Pufferreservoirs auf unterschiedlichen Abstraktionsstufen abbilden. Diese Vorgehensweise führte zu einem kompakten Modell der kompletten Einheit aus Sensor und Pufferreservoir, deren Simulation mit den Messergebnissen sehr gut übereinstimmte.