Durch eine Platine in der Größe einer Euromünze soll sich jedes elektrische Gerät im IoT einbinden lassen. © Alarmtab GmbH
Steigende Anforderungen an Sensorsysteme im Rahmen von IIoT sorgen für einen Schwung an innovativen Entwicklungen im Markt.
Der Sensorspezialist KMW hat vor Kurzem – quasi als Reaktion auf neue Anwendungen für die Dünnschichtsensorik und die ständige Forderung nach höherer Genauigkeit, Temperaturstabilität und Langlebigkeit – Sensorelemente mit widerstandsfähigeren Substraten, empfindlicheren Funktionsschichten und effektiveren Isolations- und Passivierungsmaterialien entwickelt. Ein wesentlicher Faktor für diese Fortschritte sei dabei die wachsende Nachfrage nach Drucksensoren aus der Wasserstoffwirtschaft gewesen. Um der Fähigkeit von Wasserstoff, Metalle zu durchdringen, entgegenzuwirken, habe KMW Membranen aus Materialien und mit Abmessungen entwickelt, die unter Druck eine geringere Verformung aufweisen als Komponenten, die auf weniger anspruchsvolle Medien abgestimmt seien. Um dieser erhöhten Steifigkeit entgegenzuwirken, setze der Hersteller auf eine neue Generation von Funktionsschichten aus innovativen Materialien. Dies habe wiederum zum Einsatz eines neuen Passivierungsmaterials geführt.
Messgenauigkeit erhöhen
„Unsere Hauptaufgabe bei Wasserstoffanwendungen war es, die hervorragende Messgenauigkeit unserer Dünnschichtsensoren sowohl in Automobilanwendungen (Brennstoffzellen, Anm. d. Red.) als auch in der Wasserstoffproduktions- und -versorgungsinfrastruktur aufrechtzuerhalten und gleichzeitig der Tendenz von Wasserstoff zur Permeation von Stahl und anderen Materialien entgegenzuwirken“, erläutert Herbert Holzheu, seines Zeichens Entwicklungsleiter von KMW. „Dies führte dazu, dass wir extrem empfindliche Funktionsschichten aus fortschrittlichen Materialien und auf robusteren, widerstandsfähigeren Substratmaterialien einsetzen. Die neuen Funktionsschichten sind in der Lage, Signale mit verarbeitbarer Stärke aus wesentlich kleineren Verformungen der Sensorelementmembrane zu erzeugen.“
Der Wert des Einsatzes neuer, leistungsfähigerer Materialien zeige sich auch in der erhöhten Temperaturstabilität der „Z01“-Sensoren zur Zylinderdruckmessung an Großmotoren. Dies resultiere auch aus dem Einsatz einer neuen, effektiveren Passivierungsschicht, die ebenfalls sehr genau mit einem neuen, funktionellen Schichtmaterial mit erhöhter Empfindlichkeit gepaart sei. „Entwicklungen wie die zweistufige Hochdruck-Turboaufladung, kombiniert mit höheren Einspritzdrücken, erhöhen die Temperatur und den Druck bei der Verbrennung in großen Diesel-, Gas- und Dual-Fuel-Motoren. Während wir mit Dünnfilmsensoren sehr hohe Drücke messen können, ist die Temperatur des Mediums ein limitierender Faktor.“ Dies gelte insbesondere für die Zylinder von Verbrennungsmotoren, bei denen die Temperaturen stark variieren, vom Ansaugtakt, bei dem die relativ kühle Luft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eintritt, bis zum Arbeitstakt, bei dem die Verbrennung stattfindet und die Temperatur sehr schnell ansteigt. „Die Erhöhung der Temperaturstabilität aufgrund unseres neuen Passivierungsschichtmaterials ermöglicht es, mit unserem neuen Funktionsschichtmaterial den Zylinderdruck noch effektiver zu messen.“
Feuchtigkeit analog messen und digital übermitteln
AMSYS GmbH & Co. KG wiederum präsentierte erst unlängst eine analoge Variante des Feuchtigkeitssensors der Serie „HTU(F)353X“. Ideal und schon in einem kleinen Plug- und Play-Kunststoffgehäuse untergebracht, finde dieses Feuchtigkeitsmodul zunehmend mehr Einsatz im HVAC-Bereich. Zwei Anschlussmöglichkeiten – entweder mittels vierpoligem Kabel oder zweireihiger Samtec-Stecker – sollen dabei die Montage erleichtern, die mit einem doppelseitigen Klebeband leicht auf glatten Flächen oder in einem Gerät durchgeführt werden könnte.
Technisch gesehen würden die Feuchtesensoren aus einer kapazitiven Messzelle, einem integrierten Temperatursensor und einer Auswerteschaltung (ASIC) bestehen. Dieses ASIC ermögliche die Umwandlung des kapazitiven Signals in eine Gleichspannung und digitalisiere das Signal in einem internen ADC. Zudem werde die Temperatur erfasst und für die Temperaturkompensation digitalisiert. In einem DAC würden die digitalen Druckwerte nach dem elektronischen Abgleich wieder in analoge Werte umgewandelt, die dann am Ausgang zur Verfügung stünden. Als Temperatursensor diene ein NTC. Jeder Sensor sei individuell elektronisch kalibriert, kompensiert und getestet. Die langfristige Messdrift des Sensors betrage weniger als 0,5 Prozent der relativen Luftfeuchte und nur 0,04 Grad Celsius pro Jahr. Durch diese hohe Langzeitstabilität, die geringe Hysterese und die nahezu lineare Kennlinie biete der Feuchtesensor hervorragende Eigenschaften für den Einsatz in anspruchsvollen Anwendungen.
Jedes Gerät IoT-fähig machen
Das Start-up Alarmtab GmbH wiederum hat unlängst ein Mini-Einbau-Funkmodul in der Größe einer Ein-Euro-Münze entwickelt, welches jedes elektrische Gerät per Bluetooth-Technologie über Smartphones, Tablets und das Internet steuerbar mache und mit anderen Geräten kommunizieren lasse. Das Funkmodul „TC v1.3“ sei eine kleine Platine, die – eingebaut in ein beliebiges elektrisches Gerät – für Konnektivität sorge. Das betreffende Gerät stehe dann per „Bluetosec“-Funktechnologie in direkter Verbindung mit einem Bluetooth-fähigen Smartphone oder Tablet und lasse sich über eine spezielle App steuern.
Bluetosec sei eine von AMG Sicherheitstechnik entwickelte Funktechnologie, die den weltweit genutzten Bluetooth-LE-Industriestandard für die Sicherheits- und Smart-Home-Branche sowie die Industrie nutzbar macht. Die Basis für die Technologie sei die neueste Bluetooth-5-Spezifikation, die im Vergleich zu Bluetooth 4 eine achtfache Datenkapazität, eine bis zu viermal größere Reichweite und eine doppelte Geschwindigkeit im Stromsparmodus erlaube. Damit unterstütze Bluetooth 5 insbesondere Smart-Home-Szenarien, in denen Geräte in verschiedenen Räumen eines Gebäudes, teilweise über große Entfernungen und in einer Umgebung, in der Wände und Einrichtungsgegenstände den Funkverkehr behindern und die Reichweite einschränken, miteinander kommunizieren. Alarmtab sei der weltweit erste Hersteller, der Bluetooth 5 in seinen Systemen einsetze.
Hohe Sicherheitsstandards
Durch die günstigen Materialkosten können weltweit Hersteller von elektrischen Geräten und Anlagen mit geringem finanziellem Aufwand ihre Produkte „smart“ machen und in das Internet der Dinge einsteigen. Bluetosec biete den erforderlichen maximalen Sicherheitsstandard gegen Manipulationsversuche, der bislang noch von keinem vergleichbaren System erreicht wurde. Unbefugten sei es somit nicht möglich, Schadsoftware ins System einzuschleusen oder die üblichen Replay-Angriffe (Angriff durch Wiedereinspielung) zur Deaktivierung des Systems zu nutzen.
Für die Kommunikation zwischen dem elektrischen Gerät und dem Smartphone beziehungsweise Tablet sei eine Internetverbindung nicht zwingend erforderlich – und damit kein WLAN-Router, Server oder Gateway. Dies schließe potenzielle Sicherheitslücken aus und sichere den strengen europäischen Datenschutz, ein laut dem Start-up wesentliches Unterscheidungsmerkmal zu anderen IoT-Systemen. (TM)
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