Das Sensorsystem, das von der Universität des Saarlandes zusammen mit Partner-Unternehmen entwickelt worden ist, behält volle Kontrolle über Trocknungsprozesse in Industrieöfen und misst zuverlässig den Feuchtegehalt der Luft, selbst bei hohen Temperaturen und Störfaktoren wie ausgedünsteten Substanzen. Die Qualität der Produkte wird damit verbessert, die industriellen Prozesse können zudem optimiert und der Energieverbrauch gesenkt werden.
Temperatur und Luftmenge richtig einsetzen
Werden Lebensmittel in Backstraßen gebacken oder in Dampf gegart, ist es wichtig, die Feuchte sehr genau im Auge zu behalten. Verlieren Brote und Gebäck zu viel oder zu schnell an Feuchtigkeit, haben sie am Ende nicht die gewünschten Eigenschaften. Kann dagegen der Feuchtegehalt in Öfen exakt bestimmt und geregelt werden, sind die Croissants besonders fluffig und das Brot schön knusprig.
„Eine exakte Feuchtemessung kann die Qualität der Produkte entscheidend verbessern. Dieses Wissen hilft, die Temperatur und die Luftmenge im Herstellungsprozess genau richtig einzusetzen und so Energie zu sparen“, sagt Professor Andreas Schütze, Messtechniker und Sensorexperte von der Universität des Saarlandes. Auch bei Holz, Textilien und Beschichtungen, die in Industrietrocknern getrocknet werden, ist eine exakte Messung der Feuchte wichtig – vor allem, um zu verhindern, dass zu große Hitze die Materialien beschädigt.
Substanzen in der Luft schaden Sensoren
Die Krux bei der Sache: Zum einen sind Temperaturschwankungen selbst immer ein Störfaktor bei Feuchtemessungen und können diese leicht verfälschen. Zum anderen werden in den Öfen bei hoher Temperatur häufig auch noch weitere Gase freigesetzt. Beim Backvorgang entweicht unter anderem Alkohol, bei Trocknungsprozessen sind es viele weitere flüchtige Verbindungen.
Die Vielzahl von Substanzen in der heißen Luft führt bislang übliche Sensoren, die den Feuchtegehalt im Auge behalten sollen, leicht in die Irre. Sie lässt sie schnell altern oder beschädigt sie sogar. „Man spricht in den letzteren Fällen von einer Vergiftung des Sensors“, erklärt Forscher Tilman Sauerwald aus Schützes Team. Das alles macht die bisherigen Verfahren recht kurzlebig, eher ungenau oder sehr teuer.
Komplexes Messverfahren
Das neue Sensorsystem ist unbeeindruckt von extremen Temperaturen, Störwerten und Störgasen. Das eingesetzte elektrische Messverfahren ist komplex und geht weit darüber hinaus, einzelne Werte zu messen. „Es kommt ein spezieller Keramiksensor in Kombination mit einem sogenannten fourierbasierten Impedanzspektrometer zum Einsatz. Damit erreichen wir eine hohe Messdynamik und gute Auflösung über einen großen Temperaturbereich“, erläutert Henrik Lensch, Wissenschaftler in Schützes Team.
Die Forscher messen bei verschiedenen Frequenzen den Wechselstromwiderstand, die sogenannte Impedanz, bestimmen den Widerstand und die Kapazität sowie ein weites Spektrum weiterer Messwerte. „Die so erhaltenen Spektraldaten wertet das System modellbasiert aus“, erklärt Sauerwald weiter. Anhand von Modellen zieht die Auswerteeinheit Rückschlüsse und extrahiert die Parameter, die von der Feuchte beeinflusst werden. Dabei identifiziert sie Störsignale, die nichts mit der Feuchte zu tun haben, und filtert diese heraus. Auch Fehlerzustände kann das Sensorsystem auf diese Weise erkennen.
Bei seinen Forschungen arbeitet das Saarbrücker Team mit den Unternehmen Canway Technology und UST Umweltsensortechnik zusammen. Auf der Hannover Messe demonstrieren die Wissenschaftler ihr Verfahren und suchen Partner, um gemeinsam weitere Anwendungen zu erschließen. Das Bundesforschungsministerium hat die Forschung dazu im Rahmen des Förderschwerpunkts „KMU-innovativ“ gefördert.
Universität des Saarlandes auf der Hannover Messe 2019: Halle 2, Stand B46
