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Tobehn-Steinhäuser, Ingo; Barthelmann, Lukas; Herbst, Steffen; Xu, Xuemei; Krapf, Gunter; Ortlepp, Thomas
Redundante Temperatursensorik für Hochtemperaturanwendungen. - [Wunstorf] : AMA Service GmbH. - 1 Online-Ressource (Seite 204/1-204/6)Online-Ausgabe: 16. Dresdner Sensor-Symposium 2022. - [Wunstorf] : AMA Service GmbH, 2022. - ISBN 978-3-9819376-7-1

https://doi.org/10.5162/16dss2022/P40
Schalles, Marc; Beerel, Joseph; Augustin, Silke
Untersuchung von Thermometern mittels eines neuartigen Prüfstands zur Bestimmung dynamischer Kennwerte. - [Wunstorf] : AMA Service GmbH. - 1 Online-Ressource (Seite 95-98)Online-Ausgabe: 16. Dresdner Sensor-Symposium 2022. - [Wunstorf] : AMA Service GmbH, 2022. - ISBN 978-3-9819376-7-1

Thermometer zur Überwachung, Steuerung oder Regelung der Prozesstemperatur werden in der Verfahrenstechnik in verschiedensten Medien wie strömenden Gasen, verschiedenen Ölen, Wasser bis hin zu Heißdampf und auch in verschiedenen Temperaturbereichen eingesetzt. In Abhängigkeit von den Mediumsbedingungen verändern sich die Wärmeübergangskoeffizienten beim Wärmeaustausch zwischen Medium und Thermometer. Als Folge dessen sind sowohl die statisch-thermischen Messabweichungen als auch die dynamischen Kennwerte dieser Thermometer neben ihrem Aufbau auch von den Mediumsbedingungen abhängig. Um schnell auf Änderungen der Mediumstemperatur reagieren zu können, ist es wichtig, die dynamischen Eigenschaften von Thermometern im Vorfeld des Einsatzes abzuschätzen. Das kann durch numerische Berechnungen erfolgen, die jedoch zum Teil sehr aufwändig oder auch zu ungenau sein können, wenn Mediumseigenschaften, Strömungsbedingungen oder geometrische Details der Messstelle nicht genau bekannt sind. Deshalb ist es meist genauer, die dynamischen Eigenschaften experimentell unter bekannten Bedingungen zu bestimmen. Thermometer können sich in ihren Ausführungen sehr stark unterscheiden. Thermometer für Messungen in Gasen haben häufig freiliegende Sensoren, die mit einem Schaft fixiert sind. Für Messungen in Flüssigkeiten oder Schüttgütern werden geschlossene Bauformen mit innenliegenden Sensoren verwendet., die bei hohen mechanischen oder chemischen Belastungen zusätzlich in Schutzrohren eingebettet sein können.



https://doi.org/10.5162/16dss2022/P06
Beerel, Joseph; Marin, Sebastian; Augustin, Silke; Fröhlich, Thomas; Bartz, Frederik; Gehrmann, Stephan
Kalibriereinrichtung für Wärmestromsensoren. - [Wunstorf] : AMA Service GmbH. - 1 Online-Ressource (Seite 65-70)Online-Ausgabe: 16. Dresdner Sensor-Symposium 2022. - [Wunstorf] : AMA Service GmbH, 2022. - ISBN 978-3-9819376-7-1

Die immer stärker an Bedeutung gewinnende Elektromobilität erfordert eine intensive Forschung im Bereich der Batterietechnik [1]. Eine wichtige Aufgabe ist es, die Temperatur der Batteriezellen im Kraftfahrzeug zu überwachen. Die Batterie hat nur ein kleines thermisches Arbeitsfenster, deshalb ist es von Bedeutung die Temperatur schnell zu erfassen, um mit einer Temperaturregelung Einfluss zu nehmen [2]. Eine Möglichkeit der Temperaturüberwachung in Batteriezellen besteht darin, einen Wärmestromsensor zwischen Batterie und zugehörigem Kühlsystem einzubetten [1].



https://doi.org/10.5162/16dss2022/7.2
Häcker, Annika-Verena; Manske, Eberhard
Weitere Entwicklungen zum 2 Photonen direkten Laserschreiben zur großflächigen Nanostrukturierung. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 123 (2022), B33, insges. 2 S.

Zwei-Photonen-Absorptionsverfahren (2PA) bieten die Möglichkeit, extrem feine Strukturen auf lichtempfindlichen Materialien zu erzeugen. Für das direkte Laserschreiben zur Mikro- oder Nanofabrikation werden Lasersysteme mit hochpräzisen Positioniersystemen kombiniert. Diese sind meist auf einen Positionierbereich von einigen hundert Mikrometern begrenzt bei Anwendungen basierend auf piezoelektrischen Tischen oder sogar nur relativ wenige zehn Mikrometer bei Anwendungen, die auf Galvanometerscannern basieren. Diese Techniken sind zwar präzise, aber für größere Fertigungsbereiche sind Stitching-Methoden erforderlich. Daher wurde ein Aufbau aus einem Femtosekundenlaser für 2PA und einem Nanopositionier- und Nanomessmaschine (NMM-1) für das hochpräzise Laserschreiben auf größeren Oberflächen entwickelt. Die NMM-1 wurde an der TU Ilmenau zusammen mit der SIOS Meßtechnik GmbH entwickelt, mit einem mit einem Positioniervolumen von 25 mm × 25 mm × 5 mm und einer Positionierauflösung im Sub-Nanometerbereich. Weiterentwicklungen des Systems sollen deutliche Verbesserungen beim hochpräzisen und stitchingfreien Laserdirektschreiben zur großflächigen Nanostrukturierung ermöglichen.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2022-B033-6
Belkner, Johannes; Leineweber, Johannes; Häcker, Annika-Verena; Ortlepp, Ingo; Manske, Eberhard
Integration eines ultravioletten Direktschreiblasers und dessen roten differentiell-konfokalen Messsystems :
Integration of an ultraviolet direct write laser and its red differential confocal probe. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 123 (2022), B29, insges. 2 S.

Mittels der Bewegung eines fokussierten ultravioletten Lasersstrahls über einen Photolack kann sehr flexible und hochauflösende Lithographie realisiert werden. Um dabei auch Strukturen im sub-100-nm-Bereich zu erreichen, muss der Laserfokus sehr stabil auf der Substratoberfläche gehalten werden. Ein differentielles Konfokalmikroskop soll das während des Belichtungsvorganges mittels einer vertikalen Nanopositionierachse und dessen Regler sicherstellen. Damit das Messsystem nicht ebenfalls den Photolack belichtet, muss die Messwellenlänge in einem für den Lack unsensitiven Bereich liegen. Daraus ergibt sich ein Problem: die Brennebenen von Schreib- und Messsystem fallen durch die axiale chromatische Aberration nicht exakt zusammen. Weiter besteht meist die Herausforderung, möglichst nicht das gemeinsame Mikroskopobjektiv mit hoher numerischer Apertur zu verändern. Als komplexes Kaufteil ist dieses in vielen Anwendungen meist vorgegeben. Unsere Lösung besteht daher aus einer Kombination aus der Generierung eines Besselstrahls und einer justierbaren Tubuslinse. Die angewandte Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die laterale Auflösung beider Systeme nur geringfügig reduziert wird.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2022-B029-7
Straube, Guido; Fischer Calderón, Juan Sebastian; Ortlepp, Ingo; Manske, Eberhard
Heterodynes Interferometer mit vier Strahlen für hochpräzise Längen- und Winkelmessung in Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. - In: DGaO-Proceedings, ISSN 1614-8436, Bd. 123 (2022), A10, insges. 2 S.

Aufgrund aktueller Entwicklung in der Halbleitertechnologie steigen die Anforderungen hinsichtlich der Dynamik der Positionierung und des Messvolumens von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. Ein vielversprechender Ansatz zur Lösung dieses Problems stellen Maschinen auf Basis eines im Vergleich zum herkömmlichen moving-stage-Prinzip invertierten Konzepts dar, welches jedoch weitere Herausforderungen mit sich bringt. Für die hochpräzise Positionierung des Sensorkopfes im Messraum werden drei kompakte Vierstrahlinterferometer benötigt, um alle notwendigen Translationen und Rotationen des Messkopfs sowie die Topographie des Referenzsystems bestehend aus drei großflächigen Spiegeln zu rekonstruieren. Es wird ein Heterodyn-Laserinterferometer mit konsequent getrennten Strahlengängen für die einzelnen heterodynen Frequenzen vorgestellt. Neben einem Überblick über das Design des Strahlengangs und der Funktionsweise des Interferometers werden die auf einem System-On-a-Chip mit integriertem FPGA, CPU und A/D-Wandlern implementierten Signalverarbeitungs- und Auswertealgorithmen sowie mit dem System aufgenommene Messdaten präsentiert.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0287-2022-A010-0
Rogge, Norbert;
Statische und dynamische Charakterisierung einer Planck-Waage. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (VIII, 142 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Inhalt dieser Arbeit sind Untersuchungen zu den statischen und insbesondere dynamischen Eigenschaften von Wägesystemen nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation (EMK). Für diesen Waagentyp ergeben sich aufgrund der im Jahr 2019 erfolgten Neudefinition des Kilogramm neue Anwendungsfelder, in denen die Definition in Form einer Kibble-Waage direkt in einem Kraftmess- oder Wägesystem umgesetzt wird. Eine derartige Entwicklung, die als Tischgerät konzipiert ist und daher auch als ”table top Kibble Balance” bezeichnet werden kann, stellt die Planck-Waage dar, die in einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und dem Institut für Prozessmess- und Sensortechnik (IPMS) der TU Ilmenau auf Basis von kommerziellen EMK-Wägezellen umgesetzt wurde. Aufgrund der prinzipbedingten dynamischen Anregung der Wägezelle und der Notwendigkeit einer rückführbaren Messung der beteiligten elektrischen Größen ergeben sich neuartige Fragestellungen bei der Charakterisierung und metrologischen Bewertung von EMK-Wägezellen. Einen signifikanten Einfluss auf die erreichbare Unsicherheit haben Winkelschwingungen bei der dynamischen Anregung so wie die relative Ausrichtung der Messachsen der Waage zu derjenigen des verwendeten Interferometers. Aufbauend auf Erfahrungen aus Untersuchungen an dynamischen EMK-Wägesystemen werden die Eigenschaften der sogenannten PB2-Variante der Planck-Waage untersucht und deren Auswirkungen auf die Unsicherheit der Massebestimmung analysiert. Dazu kommen verschiedene optische und elektrische Messsysteme zum Einsatz, deren Unsicherheitsbeiträge wiederum selbst berücksichtigt werden. Weiterhin wird ein Messablauf vorgestellt, der die Korrektion von Drifteffekten und die Minimierung des Spulenstromeffekts ermöglicht. Nach dem derzeitigen Stand können mit dem PB2-System Massebestimmungen mit einer relativen Unsicherheit von bis zu 2,5 × 10^-6 in einem Messbereich von 1 mg bis 100 g erreicht werden. Aus den durchgeführten Untersuchungen können jedoch Ansatzpunkte abgeleitet werden, die eine weitere Reduzierung der Unsicherheiten in folgenden Entwicklungen der Planck-Waage ermöglichen.



https://doi.org/10.22032/dbt.55687
Wedrich, Karin; Ohl, Friedemann; Fröhlich, Thomas; Strehle, Steffen
Evaluation von MEMS-Führungskonzepten mit hohem Steifigkeitsverhältnis von Querrichtung und Hauptfunktionsrichtung. - In: Mikrosystemtechnik, (2022), S. 49-52

Pabst, Markus; Fröhlich, Thomas
Neuartige Methode zur Bestimmung der Schwerpunkhöhe von Massenormalen :
Novel method for determining the center of gravity height of mass standards. - In: Sensors and Measuring Systems, (2022), S. 204-207

The most precise vacuum mass comparators have a resolution of 0.1 μg, operating at one kilogram [1]. The resolution represents a relative difference in weight of the artifacts of 1×10^(-10). Small deviations in the height of the center of gravity of the mass artifacts lead to a systematic error of the measurement results. For example a difference in the height of the center of gravity of 1 cm in Earth's gravitational field causes a relative systematic uncertainty contribution of 3.2×10^(-9). Therefore, it is important to know the artifacts' heights of the center of gravity. This paper introduces a novel approach to measure the height of the center of gravity of high-sensitive mass artifacts. The method allows to compare the mass of artifacts of unusual shape, inhomogeneous composition or hollow mass standards with uncertain internal geometry. For the determination, the mass artifacts are placed on three load cells, arranged at an angle of 120˚. The load cells are attached to the base, which stands on a high-precision tilt table [2]. The difference in force with variation of the inclination angles allows to calculate the height of the center of gravity of the artifacts. To verify the method, various mass standards of known geometry and composition are measured as described. In the end, the comparison between theoretically determined values and the measurement results shows a good agreement of the method.



https://ieeexplore.ieee.org/document/9861899
Kurtash, Vladislav; Mathew, Sobin; Thiele, Sebastian; Scheler, Theresa; Reiprich, Johannes; Hähnlein, Bernd; Stauffenberg, Jaqueline; Manske, Eberhard; Narasimha, Shilpashree; Abedin, Saadman; Jacobs, Heiko O.; Pezoldt, Jörg
Hysteresis associated with intrinsic-oxide traps in gate-tunable tetrahedral CVD-MoS2 memristor. - In: IEEE 22nd International Conference on Nanotechnology (NANO), (2022), S. 527-530

We introduce back gated memristor based on CVD-grown 30-40 nm thick MoS2 channel. The device demonstrates bipolar behaviour and the measurements are consistent with the simulations performed within the intrinsic-oxide traps model. This confirms the theory that the source of hysteresis in thin-film MoS2 memristors is charge trapping on MoS2/SiO2 interface and the grain boundaries. The impact of back gate voltage bias, voltage sweep range and channel area on memristive effect was studied and quantified using hysteresis area. Hysteresis in bipolar memristors can be tuned by back gate voltage, which makes these devices promising for neuromorphic computing.



https://doi.org/10.1109/NANO54668.2022.9928717