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.