Sensortechnologie ist eine unverzichtbare Komponente von Fertigungsabläufen – etwa in der Prozessindustrie bei der Druck- oder Füllstandsmessung in Tanks oder zur Kontrolle der Durchflussgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen in Leitungssystemen. Sensorik ist dabei nicht nur ein Thema für die Betriebssicherheit. Insbesondere im Kontext der vielerorts im Aufbau befindlichen Industrie 4.0 spielen Sensoren eine wichtige Rolle.
Industrie 4.0 bedeutet: Künftig werden immer mehr Maschinen, Anlagen oder Sensoren miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Damit kann ein Unternehmen seine Produktion nicht nur wesentlich effizienter gestalten, sondern auch deutlich flexibler auf die Bedürfnisse des Marktes ausrichten. Aktuell rechnen Marktforscher des Branchenverbandes Bitkom bei Gütern und Dienstleistungen für die deutsche Industrie 4.0 bereits mit einem jährlichen Umsatz von 5,9 Milliarden Euro. Das größte Wachstum wird dabei im Segment Maschinen- und Anlagenbau erwartet.
Chip aus der Konsumelektronik bildet Kern der Technik
Eine Innovation, die sich vor allem an Sensorhersteller richtet, könnte es ermöglichen, dass Sensoren in Zukunft flexibler an wechselnde Anforderungen angepasst und dabei gleichzeitig weitaus günstiger produziert werden. Das NTSensorBoosterPack von Newtec basiert auf einem digitalen Signalprozessor, der von Texas Instruments (TI) ursprünglich für den Bereich Consumer Electronics entwickelt wurde. Hierbei handelt es sich um den Chip TLV320AIC3254.
Newtec hat damit ein von TI patentiertes Verfahren zum Erfassen komplexer Impedanzen integriert, das einen großen Messbereich abdeckt. Außerdem erlaubt es, selbst sehr niedrige Signalpegel auch in Gegenwart starker Störsignale, wie sie im Produktionsumfeld üblich sind, zuverlässig zu bestimmen. Das Verfahren eignet sich für kapazitive oder induktive Sensoren – zum Beispiel in der Fertigungs- oder Gebäudeautomatisierung, zur Prozessüberwachung oder für tragbare Messgeräte.
Die Kosten für den TI-Chip belaufen sich laut Hersteller bei einer Referenz-Abnahmemenge von eintausend Stück aktuell auf etwas unter vier Euro. Da der Chip einen sehr hohen Integrationsgrad besitzt, werden nur wenig externe Bauteile benötigt. Das spart nicht nur Platz, sondern auch Kosten. Daher ist zu erwarten, dass sich die NTSensor-Plattform-Technologie auch positiv auf die Herstellungskosten der Sensorhersteller auswirken wird.
Komplexe Impedanzen messen
Ein Mehrwert des NTSensorBoosterPack besteht darin, dass die Messung komplexer Impedanzen es erlaubt, Umweltdaten besonders realitätsgetreu und weitreichend zu erheben. Bemerkbar macht sich das insbesondere bei der Qualitätsüberwachung. Beispiele dafür sind das Monitoring von Materialeigenschaften, zum Beispiel zur Kontrolle von Gärungsprozessen oder zur Überprüfung von Hydraulik-Flüssigkeiten auf etwaige Verschmutzungen.
Eine weitere Anwendung wird derzeit noch erprobt: Bei zähflüssigen Substanzen ist es oft schwierig, auf herkömmlichem Wege Füllstände zu ermitteln, da an der Tank-Wand anhaftende Rückstände das Ergebnis beeinflussen. Mit Hilfe der Impedanzmessung lässt sich dieser Messfehler ausmerzen.
Flexibler Wechsel zwischen Genauigkeit und Schnelligkeit
Flexibilität ist ein weiterer Aspekt. Je nach situativer Erfordernis kann mit Hilfe des NTSensorBoosterPack der Sensor so programmiert werden, dass er beispielsweise entweder sehr schnell auf große Schwankungen im Messwert reagiert oder er bereits kleinste Veränderungen in den Messwerten registriert, die über einen längeren Zeitraum auftreten.
Die geringe Größe des Chips ist nicht nur mit Blick auf die Gerätekonstruktion interessant, sondern auch mit Blick auf Messgenauigkeit und Produktionsaufwand. Dadurch, dass das NTSensorBoosterPack die Bauteile zur Messung von physikalischem Signal und zur Erzeugung des elektrischen Referenzsignals auf einem einzigen Chip zusammen bringt, werden Störgrößen ausgeschlossen und die Kalibrierung vereinfacht.
Perspektive: Medizintechnik
Zukünftige Anwendungen der Technologie könnten über den Einsatz in der industriellen Fertigung hinaus im Bereich der Medizintechnik liegen. Hier werden Sensoren unter anderem zum Bau von auf einem Chip integrierten „Laboren“ eingesetzt, mit denen sich Blutzuckerwerte oder Viren und Bakterien direkt während der Behandlung nachweisen lassen, ohne dass Proben an ein Labor verschickt werden müssen.
Auch die so genannte Bioimpedanzmessung ist ein potenzielles Anwendungsfeld für das NTSensorBoosterPack. Diese Technik ermöglicht nicht nur Analysen des Körpergewebes, sondern auch das vielversprechende Bildgebungsverfahren der Elektrischen Impedanztomografie (EIT), die bereits unter anderem bei Untersuchungen der Lungenfunktion, des Gehirns oder in der Tumordiagnostik eingesetzt beziehungsweise erprobt wird.
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