QIND — Neue Sensorprinzipien auf Basis der Quantentechnologie für die Prozessautomation
Sensoren für die industrielle Anwendung in der Prozesstechnik finden einen großflächigen Einsatz in der Verfahrenstechnik und werden in großen Stückzahlen benötigt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung alltäglicher Güter. Die Prozessbedingungen in den typischen Branchen (u.a. Lebensmittel‑, Pharma- oder Petrochemie-Industrie) stellen hohe Anforderungen an Genauigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit der Sensoren. Diese können mit heutigen Sensorkonzepten nur unter Einschränkungen bedient werden. Durch den Einsatz von Quantensensoren kann die Einsatzbandbreite und Genauigkeit wesentlich gesteigert werden. Im Rahmen des QIND Projekts sollen daher Quantensensoren für den Einsatz in Extrembedingungen, insbesondere hinsichtlich Druck und Temperatur untersucht und entwickelt werden.
Durch die Verwendung von Quantentechnologien werden neue Sensorprinzipien für den industriellen Einsatz in der Prozessindustrie mit der Chance auf disruptive Innovation erforscht
Im Rahmen von QIND sollen Druck- und Füllstandssensoren für den Einsatz in der industriellen Prozesstechnik entwickelt werden. Ziel ist einerseits die Realisierung eines unter industriellen Prozessbedingungen (–60 bis 200 °C) robusten Drucksensors auf Basis von Quantensensorik für Drücke in einem Bereich von 10 kPa bis 200 MPa, sowie die Entwicklung eines robusten Grenzstandsensors für die Montage außerhalb oder frontbündig in einen Behälter für Prozesse bis 250–450 °C und einen Druckbereich zwischen <100–300 bar. Um derartige Anforderungen zu erfüllen, müssen Sensorkonzepte, die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) sowie die Integrationsstrategien entwickelt werden, welche die harschen Anforderungen erfüllen.
Zur Realisierung der Drucksensoren wird ein neuartiges Sensorkonzept entwickelt, welches auf Basis von NV-Zentren direkt den Druck erfassen kann. Hierfür wird eine optimierte Diamantschicht in ein siliziumbasiertes optisches Sender-Empfänger-Mikrosystem-modul integriert. Eine weitere Möglichkeit für eine indirekte Druckmessung soll getestet werden. Hier führt eine magnetostriktive Schicht zu einem sich druckproportional ändernden Magnetfeld. Dieses kann mit quantenphysikalischen Prinzipien erfasst werden.
Die Füll- bzw. Grenzstandssensorik zielt auf die Erfassung der Suszeptibilität ab, wenn ein Medienwechsel (z.B. Luft/Flüssigkeit) im Inneren eines Behälters stattfindet. Um die feinsten Variationen zu detektieren, kommen ebenfalls NV-Zentren zum Einsatz, wobei die Führung des Magnetfelds bzw. die Abschirmung ungewünschter elektromagnetischer Strahlung im Vordergrund steht. Mit den Entwicklungen von QIND werden die Alleinstellungsmerkmale von Quantensensoren wie z.B. kalibrations- und berührungsfreiheit für die industrielle Prozesstechnik aufgezeigt. Derartige Sensoren können bestehende Kundenanforderungen umfassend bedienen und neue Einsatzgebiete erschließen.
