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Berührungslose Permittivitäts- und Leitfähigkeitsmessung mit einem Mehrelektrodensystem

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Kandlbinder-Paret, Christoph ; Fischerauer, Alice ; Horn, Artur ; Fischerauer, Gerhard:
Berührungslose Permittivitäts- und Leitfähigkeitsmessung mit einem Mehrelektrodensystem.
In: Reindl, Leonhard ; Wöllenstein, Jürgen (ed.): Sensoren und Messsysteme 2018 : Beiträge der 19. ITG/GMA-Fachtagung 26. - 27. Juni 2018 in Nürnberg. - Berlin : VDE Verlag , 2018 . - pp. 165-169 . - (ITG-Fachbericht ; 281 )
ISBN 978-3-8007-4683-5

Abstract in another language

In der elektrischen Kapazitätstomografie (ECT) können bei zeitharmonischer Anregung auch Informationen aus der Phasenlage der Verschiebungsströme zwischen den Elektroden gewonnen werden. Wir zeigen an einem Modellsystem mit 16 äquidistant verteilten Elektroden, dass sich auch mit einem kommerziellen Sensor, der lediglich Kapazitätswerte ausgibt (AD7746), dennoch nichtideale (leitfähige) Dielektrika charakterisieren lassen. Dazu haben wir einerseits FE-Simulationen durchgeführt, die die Admittanzen für relative Permittivitäten und spezifische Widerstände im Bereich von eps_r = 1...80, rho = 0,01...100 Ohm·m berechnen. Andererseits wurden Experimente durchgeführt, in denen die Temperatur und der Salzgehalt von Wasser variiert wurden, um ebenfalls die relative Permittivität und die Leitfähigkeit einstellen zu können. Dabei zeigt sich, dass die Änderung der Suszeptanz und Konduktanz zwischen zwei Elektroden, davon abhängt, ob die übrigen Elektroden geerdet oder isoliert sind. Aufgrund dieses Unterschieds kann auf (eps_r, rho)-Paare geschlossen werden, die den Ausgabewerten des Kapazitätssensors entsprechen. Der Rechnungs-Messungs-Vergleich zeigt, dass die Kapazitätssensorreaktion auf eine Permittivitätsänderung der erwarteten Reaktion aus dem Modell entspricht. Auch Leitfähigkeitsänderungen rufen eine Sensorreaktion hervor, deren Details noch nicht völlig verstanden sind.

Abstract in another language

The output of an electrical capacitance tomography (ECT) system with time-harmonic excitation also contains information in the phases of the displacement currents between the electrodes. We show by way of a model system with 16 equidistantly distributed electrodes that one can characterize non-ideal (electrically conducting) dielectrics even with a commercially available sensor that only yields capacitance values (AD7746). We used FE simulations on the one hand to calculate electrode admittances for relative permittivities and specific resistances in the range of eps_r = 1...80, rho = 0.01 ... 100 Ohm·m. On the other hand, we conducted experiments in which the temperature and the salinity of water were varied to also adjust the relative permittivity and conductivity. It turned out that the change of the conductance and susceptance between two electrodes depends on the whether the remaining electrodes are grounded or left isolated (floating). Because of this difference one can infer (eps_r, rho)-pairs which correspond to the output values of the capacitance sensor. The comparison between simulation and measurement shows that the capacitance sensor response to permittivity changes agrees with the response predicted by the model. Conductivity changes also lead to a sensor response, the details of which, however, are not yet fully understood.

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Item Type: Article in a book
Refereed: No
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology > Chair Measurement and Control Technology - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerhard Fischerauer
Faculties
Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Measurement and Control Technology
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 09 Jul 2018 08:37
Last Modified: 09 Jul 2018 08:37
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/44991