Gute Noten für Aluminium- und Zirkonoxid

Die Sensortechnik ist ein weitgefächerter und wachsender Industriezweig. Die Eigenschaften von Keramik sind oftmals eine Voraussetzung für die Realisierung messtechnischer Konstruktionen oder Konzepte. In manchen Fällen beginnt der Einsatzbereich für Keramik dort, wo andere Materialien an ihre Grenzen stoßen. Die keramischen Produkte von Friatec sind äußerst beständig gegen thermische, chemische und abrasive Einflüsse und wirken elektrisch isolierend.

Beckhoff auf der Hannover Messe 2024

Automatisierungslösungen für eine nachhaltige Produktion

Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...

Thomas Hafner ist Mitarbeiter in der Division Keramik bei der Friatec AG

An Hand einiger Beispiele wird deutlich, wie Bauteile aus Keramik die Sensortechnik vereinfachen. Die Friatec AG produziert hochwertige Bauteile aus Frialit-Degussit-Keramik für eine Vielzahl komplexer und anspruchsvoller Sensorik-Anwendungen. Dazu gehört beispielsweise auch die Druckmesstechnik.

Messaufnehmer aus Aluminiumoxid für Drucksensoren finden ihren Einsatz in Temperaturbereichen von – 50 bis + 450 °C unter Druckbelastungen bis zu mehreren 100 bar. Die Membranen der Drucksensoren haben eine Dicke von 0,2 mm und einen Durchmesser von bis zu 80 mm. Als Verbindungstechnik für die einzelnen Komponenten kommt vielfach das Glas- oder Aktivlöten zum Einsatz. Die Auswahl der Materialien wird entsprechend den gegebenen Anwendungsbedingungen ermittelt. Die hohe Druckfestigkeit der Keramik sowie ihre äußerst geringe thermische Ausdehnung sind hierbei von entscheidender Bedeutung.

Mikrowellen- und Radarsensoren

Ein bewährtes Messprinzip zur Füllstandsmessung basiert auf der Übertragung gesendeter Wellen entlang einer Seil- oder Stabsonde und ihrer Reflektion an einer Produktoberfläche. Über die Laufzeit der Wellen beziehungsweise über die Frequenzänderung können so mittels einer angebundenen Messelektronik exakte Rückschlüsse über den Füllgrad eines Behälters gewonnen werden. Anhaftungen, Staub oder Dampf haben dabei keinen Einfluss auf das Messergebnis. Die Messung von Flüssigkeiten, Schüttgütern und Trennschichten gestaltet sich somit einfach und sicher. Keramische Bauteile werden in derartigen Systemen zur Medienanalyse als Antennen, Fenster oder Mikrowellendurchführungen eingesetzt. Aufgrund der Hochfrequenzeigenschaften von Aluminiumoxid (Frialit F99,7 hf) gelingt es, die Mikrowellen präziser zu fokussieren als dies beispielsweise mit Glas, Kunststoff oder Metall möglich ist. Es lassen sich so Bauarten mit deutlich reduzierter Größenordnung realisieren.

Magnetisch induktive Durchflussmesser

Keramische Bauteile wie Messrohre mit eingesinterten Platinelektroden für magnetisch induktive Durchflussmessgeräte sind ein Beispiel für die Gestaltung komplexer kundenspezifischer Lösungen. Hochpräzise Messergebnisse verbunden mit äußerster Zuverlässigkeit werden möglich auch unter extremen Bedingungen, wie sie in Offshore- und Subsea-Anwendungen auftreten.

Kapazitive Sensoren

Verschiedenste Konstruktionen zur Realisierung kapazitiver Sensoren führen zu einem weiten Einsatzbereich für keramische Bauteile. So werden zum Beispiel Füllstandsmesssysteme mit Umgebungsbedingungen bis zu 1000 bar durch den Einsatz keramischer Sensorkomponenten möglich. Dabei wird die Keramik mit einer leitenden Beschichtung versehen, die eine Anbindung an die zu verbindende Elektronik ermöglicht. Im Subsea-Bereich erfolgt mit derartigen Systemen beispielsweise die exakte Bestimmung der Zusammensetzung verschiedener Substanzen in flüssigen und gasförmigen Medien.

Feuchtesensoren

Feuchtesensoren aus Aluminiumoxid (Frialit F99,7, Degussit AL23 hf) oder zirkoniumstabilisiertem Aluminiumoxid (Frialit FZT) finden Anwendung in den verschiedensten Bereichen. Die Bandbreite der Einsatzgebiete ist groß. Sie reicht von der Messung des Wasseranteils in Rohölfördereinheiten, in Mischern und auf Förderbändern von Betonwerken bis hin zur Messung von Produkteigenschaften in der Pharmazie oder der Lebensmitteltechnik.

Sauerstoffsensoren

Sauerstoffsensoren aus Degussit FZY basierend auf mit Yttriumoxid dotiertem Zirkonoxid eignen sich zur Messung von Sauerstoff in gasförmiger Umgebung. Sensoren auf Basis von Zirkonoxid arbeiten in der Regel ab einer Temperatur von 400°C. So gibt es Sensoren, die direkt in den Heißbereichen der Hochtemperaturprozesse eingebaut werden oder beheizte Sensoren, die in Niedertemperaturbereichen verwendet werden. Beispiele hierfür sind Glühprozesse, Schutzgasüberwachung, Oberflächenbehandlung (Härtereien), Redox Vorgänge, Diffusionsprozesse, biotechnische Prozesse oder die Kontrolle von Lebensmittelverpackungen. Die Messelektronik verwandelt die vom Sensor gelieferte EMK in eine dem Sauerstoffpartialdruck entsprechende Größe, die z.B. alphanumerisch dargestellt werden kann. Die speziellen Vorteile von mit Yttriumoxid dotiertem Zirkonoxid sind die hohe Temperaturwechselbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Ionenleitfähigkeit, schnelle Ansprechzeit bei konstantem Mess-Signal sowie die Temperaturbeständigkeit bis 1500 °C.

Thermoelementschutzrohre

Rohre und Kapillare aus Aluminiumoxid Degussit für Thermoelementschutzrohre sind eine gute Wahl für hohe Ansprüche. Sie sind wegen ihrer speziellen Gefügeeigenschaften auch über 1800 °C hinaus einsetzbar. Gleichzeitig haben sie eine hohe Beständigkeit gegenüber der im Ofen oder in der Schmelze vorherrschenden korrosiven Belastung. Darüber hinaus bieten sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ausgeprägte elektrische Isolierung. Die exzellente Verarbeitung des geschlossenen Rohrendes sorgt für ein gleichmäßiges, dichtes Gefüge und damit für Sicherheit gegen Risse und Undichtigkeit. I