Erforschung grundlegender Sensorik zur indirekten Messung der Viskosität und der Viskositätsentwicklung viskoser Stoffe über eine Messung der Permittivität

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Kölpin; Professor Dr.-Ing. Eberhard Schlücker
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423766948

Ziel des Projektes ist die Realisierung einer technischen Lösung zur eingriffslosen Messung der Viskosität und ihrer Änderung innerhalb eines Rohrquerschnitts bei Fluiden. Das beantragte Projekt befasst sich mit der grundlegenden Erforschung des bisher nicht vollständig bekannten Zusammenhangs zwischen der Viskosität und der Permittivität einer Flüssigkeit. Beruhend auf diesen Erkenntnissen soll ein tomographisches In-Line-Sensorsystem zur Messung der Permittivitätsverteilung über den Querschnitt unterschiedlicher Rohrgeometrien im Mikrowellenfrequenzbereich und der Viskosität aufgebaut und untersucht werden.Das Sensorprinzip soll im Rahmen des Projekts vor allem für zwei verschiedene Applikationen untersucht und angewendet werden. Hierzu zählt die ortsauflösende Messung des Beladungszustands von Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC)-Verbindungen. LOHC-Verbindungen sind ein vielversprechender Ansatz für die Speicherung und den Transport der durch regenerative Quellen gewonnenen Energie. Für den zuverlässigen Einsatz ist die Messung der Wasserstoffbeladung des LOHC, die mit der gespeicherten Energie korreliert, essentiell. Weiterhin ist die Untersuchung der Viskositätsentwicklung von nichtnewton’schen, viskosen Stoffen geplant, u.a. Polymerschmelzen in verschiedenen Rohrgeometrien. Auch heute noch ist bei bestimmten Anordnungen der grundlegende Zusammenhang zwischen der Geometrie und der sich ergebenden Viskosität viskoser Fluide nicht geklärt, was im Rahmen dieses Projekts ebenfalls untersucht werden soll.In der ersten Projektphase wird ein Messsystem entworfen, welches in der Lage ist, die komplexe Permittivität einer Flüssigkeit in Abhängigkeit von Temperatur, Scherrate und Druck zu vermessen. Durch eine parallele rheologische Vermessung der Fluide kann so auf einen Zusammenhang der Messgrößen Viskosität und Permittivität geschlossen werden. In der zweiten Projektphase wird basierend auf den Erkenntnissen der vorhergehenden Untersuchungen ein ortsauflösendes, eingriffsloses Sensorsystem zur indirekten Vermessung der Viskosität über einer Messung der Permittivität erforscht. Gleichzeitig erfolgt der Aufbau eines geeigneten Prüfstands, welcher in der Lage ist, Fluide verschiedener Viskosität durch unterschiedliche Rohrgeometrien zu pumpen. Die parallel durchgeführten Simulationen dienen zum einen der Dimensionierung und Auswahl der Rohrleitungselemente sowie der Erforschung eines Verfahrens zur Extraktion der viskositäts- und rohrleitungsgeometrieabhängigen Zetawerte. In der dritten Projektphase finden die ortsauflösenden Viskositätsmessungen am Prüfstand statt. Die Messungen sollen die Funktionalität des Sensorsystems zur Messung der Beladung von LOHC validieren. Zudem sollen sie erstmals eine ausführliche Analyse von Druckverlusten in Abhängigkeit von Rohrgeometrie und Viskosität ermöglichen und grundlegendes Verständnis der Zusammenhänge aufbauen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen