9 / 2008Level 2 copy page-Semantik beibehalten: Nein Einstellungen für Überdrucken beibehalten: Ja Überdruckstandard ist nicht Null: Ja Adobe PDF-Einstellungen in PDF-Datei speichern:

GAST DER KEMDr. Harald Grübel,Leuze Electronic

TITELTHEMA:MOTEK

SONDERTEIL:Erneuerbare Energien

SERIE:Kfz-Test: Audi R8

PREMIUM INFO:Getriebe bewegenGlasfronten

www.kem.de9 / 2008

kem_titel0908.indd 1kem_titel0908.indd 1 21.08.2008 10:23:56 Uhr21.08.2008 10:23:56 Uhr

Verwendete Distiller JoboptionsDieser Report wurde mit Hilfe der Adobe Acrobat Distiller Erweiterung "Distiller Secrets v3.0.2" der IMPRESSED GmbH erstellt.Registrierte Kunden können diese Startup-Datei für die Distiller Versionen 7.0.x kostenlos unter http://www.impressed.de/DistillerSecrets herunterladen.

ALLGEMEIN ----------------------------------------Beschreibung: Einstellungen von Konradin Druck fuer Distiller 7 Professional. PDF ist Acrobat 4.0-kompatibel (PDF 1.3), erzeugt kein PDF/X-3. Preflight-Warnungen bei Bildern unter 150 dpi fuer Farb- und Graustufen und 600 dpi fuer Strichbilder; Abbruch bei fehlenden Schriften. Weitere Informationen: www.konradin-druck.deDateioptionen: Kompatibilität: PDF 1.3 Komprimierung auf Objektebene: Nur Tags Seiten automatisch drehen: Aus Bund: Links Auflösung: 1200 dpi Alle Seiten Piktogramme einbetten: Nein Für schnelle Web-Anzeige optimieren: NeinPapierformat: Breite: 228.189 Höhe: 314.504 mm

KOMPRIMIERUNG ------------------------------------Farbbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: Automatisch (JPEG) Bildqualität: MaximalGraustufenbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: Automatisch (JPEG) Bildqualität: MaximalSchwarzweißbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: CCITT Gruppe 4 Mit Graustufen glätten: Aus

Richtlinien: Richtlinien für Farbbilder Bei Bildauflösung unter: 150 ppi (Pixel pro Zoll) Warnen und weiter Richtlinien für Graustufenbilder Bei Bildauflösung unter: 150 ppi (Pixel pro Zoll) Warnen und weiter Richtlinen für monochrome Bilder Bei Bildauflösung unter: 600 ppi (Pixel pro Zoll) Warnen und weiter

FONTS --------------------------------------------Alle Schriften einbetten: JaUntergruppen aller eingebetteten Schriften: NeinWenn Einbetten fehlschlägt: AbbrechenEinbetten: Schrift immer einbetten: [ ] Schrift nie einbetten: [ ]

FARBE --------------------------------------------Farbmanagement: Einstellungsdatei: None Farbmanagement: Farbe nicht ändern Wiedergabemethode: StandardGeräteabhängige Daten: Unterfarbreduktion und Schwarzaufbau beibehalten: Nein Transferfunktionen: Anwenden Rastereinstellungen beibehalten: Nein

ERWEITERT ----------------------------------------Optionen: Überschreiben der Adobe PDF-Einstellungen durch PostScript zulassen: Nein PostScript XObjects zulassen: Nein Farbverläufe in Smooth Shades konvertieren: Ja Geglättene Linien in Kurven konvertieren: Nein Level 2 copypage-Semantik beibehalten: Nein Einstellungen für Überdrucken beibehalten: Ja Überdruckstandard ist nicht Null: Ja Adobe PDF-Einstellungen in PDF-Datei speichern: Ja Ursprüngliche JPEG-Bilder wenn möglich in PDF speichern: Ja Portable Job Ticket in PDF-Datei speichern: Nein Prologue.ps und Epilogue.ps verwenden: Nein JDF-Datei (Job Definition Format) erstellen: Nein(DSC) Document Structuring Conventions: DSC-Kommentare verarbeiten: Ja DSC-Warnungen protokollieren: Nein EPS-Info von DSC beibehalten: Ja OPI-Kommentare beibehalten: Nein Dokumentinfo von DSC beibehalten: Ja Für EPS-Dateien Seitengröße ändern und Grafiken zentrieren: Ja

PDF/X --------------------------------------------Standards - Berichterstellung und Kompatibilität: Kompatibilitätsstandard: Nein

ANDERE -------------------------------------------Distiller-Kern Version: 7050ZIP-Komprimierung verwenden: JaASCII-Format: NeinText und Vektorgrafiken komprimieren: JaFarbbilder glätten: NeinGraustufenbilder glätten: NeinFarbbilder beschneiden: JaGraustufenbilder beschneiden: JaSchwarzweißbilder beschneiden: JaBilder (< 257 Farben) in indizierten Farbraum konvertieren: NeinBildspeicher: 1048576 ByteOptimierungen deaktivieren: 0Transparenz zulassen: NeinICC-Profil Kommentare parsen: JasRGB Arbeitsfarbraum: sRGB IEC61966-2.1DSC-Berichtstufe: 0Flatness-Werte beibehalten: JaGrenzwert für künstlichen Halbfettstil: 1.0

ENDE DES REPORTS ---------------------------------

IMPRESSED GmbHBahrenfelder Chaussee 4922761 Hamburg, GermanyTel. +49 40 897189-0Fax +49 40 897189-71Email: [email protected]: www.impressed.de

KEM Informationsvorsprung für Konstrukteure 09/2008, S. 150, 04.09.2008, 15:14, MARS

Multiphysik-Software realisiert FE-Modellierung photoakustischer Zellen

Lauschangriff auf Luftschadstoffe

Die aktuelle Diskussion zum Thema Treibhausgas Kohlendioxid CO2 und Klimaschutz dominiert der-zeit die Berichterstattung. Aber natürlich gilt es auch weiterhin, die Atmosphäre möglichst wenig mit Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und ande-ren Schadstoffen zu belasten. Alle diesbezügli-chen Anstrengungen erfordern die Verfügbarkeit geeigneter Sensoren.

Sensoren, die auf dem photo-akustischen Effekt beruhen, er-lauben den Nachweis quasi aller in Abgasen enthaltenen Schad-stoffe (CO2, CO, NO, CH4, Ruß, etc.) auch noch bei geringsten Konzentrationen. Nachweisgren-zen von 1 ppm (1 Teilchen in 1 Mio. Fremdteilchen) bis zu 1 ppb (1 Teilchen in 1 Mrd. Fremdteil-chen) sind erreichbar. Da sich der lineare Teil des Messbereichs über mehrere Größenordnungen erstreckt, stellen photoakus-tische Sensoren eine besonders attraktive Möglichkeit für die De-tektion von gasförmigen Stoffen dar.

Aufbau und Funktion der Messzelle Die Messzelle des photoakus-tischen Sensors, die das zu unter-suchende Gas enthält, wird von einem Laser durchstrahlt. Dessen Wellenlänge ist auf eine Absorp-tionslinie des zu detektierenden

Schematischer Aufbau eines photoakustischen Gassensors

Es liegt hier also ein gekoppeltes Feldproblem vor. Heute sind kommerzielle Soft-ware-Tools verfügbar, die es er-lauben, derartige Probleme nu-merisch zu lösen. Insbesondere die Multiphysik-Software „Com-sol Multiphysics“ sei hier ge-nannt. Die Anforderungen an Rechenleistung und Rechenzeit sind bei derartigen Problemen in der Regel sehr hoch. Für das Ver-halten des Gases in der photo-akustischen Messzelle ist aller-dings eine alternative Problem-formulierung bekannt, die es er-laubt, die Anforderungen erheb-lich zu reduzieren. Die haupt-sächlich interessierende Größe ist hier der akustische Druck am Ort des Mikrofons als Funktion der Modulationsfrequenz. Diese Größe lässt sich als Lösung einer einzigen Differenzialgleichung, der inhomogenen Helmholtz-Gleichung, bestimmen. Dieser Ansatz stellt die Basis für das FE-Modell und die folgenden Unter-suchungen dar. Er erfordert die Berechnung der akustischen Mo-den der Messzelle und die Aus-wertung verschiedener Volu-men- und Oberflächenintegrale. Messzellen unterschiedlicher Geometrien Am weitesten verbreitet sind photoakustische Messzellen mit zylinderförmiger Geometrie. Für diese lassen sich die Eigenmoden und die zugehörigen Eigenfre-quenzen mit analytischen Me-thoden bestimmen. Auch die zur Berechnung der Dämpfung not-wendigen Integrale kann man analytisch auswerten. Deswegen eigenen sich zylinderförmige Zel-len hervorragend zur Evaluation

EXKLUSIV IN KEM Autoren: Bernd Baumann, Marcus Wolff, Bernd Kost, Hochschule für Angewandte Wissenschaften Ham-burg und Hinrich Groninga, PAS-Tech Gasanalytik GmbH, Hamburg

Gases abgestimmt. Sind Molekü-le von der gesuchten Art in der Zelle vorhanden, so absorbieren sie die Laserstrahlung und wer-den zu Schwingungen oder Ro-tationen angeregt. Ein großer Teil dieser Anregungsenergie wird durch Stöße der Moleküle in Bewegungsenergie der Stoß-partner umgewandelt. Dies ent-spricht einer Temperaturerhö-hung des Gases, die von einer kleinen Erhöhung des Drucks be-gleitet wird. Wird die Laserstrah-lung mit Hilfe eines Zerhackers moduliert, variiert der Druck mit dieser Modulationsfrequenz. Die sich ausbildende Schallwelle kann dann sehr einfach mit ei-nem Mikrofon nachgewiesen werden. Die Stärke des Schallsig-nals ist direkt proportional zur Konzentration des zu detektie-renden Gases. Wählt man schließlich als Modulationsfre-quenz eine akustische Eigenfre-quenz der Messzelle, kommt es zu einer Ausbildung stehender Wellen. Die Messzelle wirkt so gleichzeitig als Resonator. Die auf diese Weise verstärkte Welle ermöglicht die außerordentlich niedrigen Nachweisgrenzen. Die Signalstärke hängt dementspre-chend stark von der Geometrie der Messzelle ab.

KEM 2008, September150

MESSTECHNIK

3D-Modell einer T-Zelle

Berechnung der photoakustischen Signale Um die Nachweisempfindlichkeit eines photoakustischen Sensors experimentell zu optimieren, wä-re es erforderlich, eine Vielzahl von Messzellen zu konstruieren, die Signale jeweils über einen großen Frequenzbereich zu mes-sen und zu vergleichen – ein au-ßerordentlich zeit- und kosten-intensives Vorgehen. Wesentlich effizienter ist es, diese Unter-suchungen auf Basis von Berech-nungen vorzunehmen. Zur Berechnung der photoakus-tischen Signale ist eine exakte mathematische Beschreibung der Gasdynamik in der Messzelle erforderlich. Diese wird durch drei Erhaltungssätze bestimmt: 1.Massenerhaltung, aus-

gedrückt durch die Kontinui-tätsgleichung

2. Impulserhaltung, ausgedrückt durch die Navier-Stokes- Gleichung und

3.Energieerhaltung, in Form des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik

Es handelt sich bei diesen Erhal-tungssätzen um partielle Diffe-renzialgleichungen für Druck, Temperatur, Dichte und die drei Komponenten der Gasgeschwin-digkeit. Um diese Feldgrößen eindeutig zu bestimmen, müssen die Differenzialgleichungen durch eine Zustandsgleichung ergänzt werden, die einen Zu-sammenhang zwischen Druck, Temperatur und Dichte herstellt.

1 0 0 1333,0 1333,0

0 2 0 1619,9 1620,0

1 1 0 1652,4 1652,5

0 0 1 2032,3 2032,4

0 1 0 976,5 976,5

l m n flmn in Hz fFEM in

Hz

Analytisch und numerisch berechnete Eigenfrequenzen einer Zylinderzelle, l longitudinale, m die azimuthale und n die radiale Quantenzahl


ALLGEMEIN ----------------------------------------Beschreibung: Einstellungen von KonradinHeckel fuer Distiller 7 Professional. PDF ist Acrobat 4-kompatibel (PDF 1.3), erzeugt kein PDF/X-3. Preflight-Warnungen bei Bildern unter 150 dpi fuer Farb- und Graustufen und 600 dpi fuer Strichbilder; Abbruch bei fehlenden Schriften. Weitere Informationen: www.KonradinHeckel.deDateioptionen: Kompatibilität: PDF 1.3 Komprimierung auf Objektebene: Nur Tags Seiten automatisch drehen: Aus Bund: Links Auflösung: 2400 dpi Alle Seiten Piktogramme einbetten: Nein Für schnelle Web-Anzeige optimieren: NeinPapierformat: Breite: 223.3 Höhe: 310.45 mm

KOMPRIMIERUNG ------------------------------------Farbbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: Automatisch (JPEG) Bildqualität: >Graustufenbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: Automatisch (JPEG) Bildqualität: MaximalSchwarzweißbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: CCITT Gruppe 4 Mit Graustufen glätten: Aus

Richtlinien: Richtlinien für Farbbilder Bei Bildauflösung unter: 150 ppi (Pixel pro Zoll) Ignorieren Richtlinien für Graustufenbilder Bei Bildauflösung unter: 150 ppi (Pixel pro Zoll) Ignorieren Richtlinen für monochrome Bilder Bei Bildauflösung unter: 600 ppi (Pixel pro Zoll) Ignorieren






ENDE DES REPORTS ---------------------------------


KEM Informationsvorsprung für Konstrukteure 09/2008, S. 151, 04.09.2008, 15:14, MARS

Winkelerfassung

E r f a s s u n g b i s 3 6 0 ° .

b e r ü h r u n g s l o s e A b t a s t u n g .

1 2 B i t A u f l ö s u n g .

a u s g a n g s s e i t i g 1 - 5 V, 4 -2 0 m A ,

0 , 5 - 4 , 5 V.

o p t i o n a l r e d u n d a n t .

S c h u t z k l a s s e I P 6 7.

Te m p e ra t u r b e r e i c h - 4 0 . . . + 8 5 ° C .

08s e n s o r technology

m a d e i n G e r m a n y.

v o n e l o b a u .

E l e k t r o b a u e l e m e n t e G m b H & C o . K GZe p p e l i n s t r. 4 4D - 8 8 2 9 9 L e u t k i r c h

+ 4 9 | ( 0 ) 7 5 6 1 9 7 0 0 + 4 9 | ( 0 ) 7 5 6 1 9 7 0 1 0 0

w w w .e l o b a u .c o m i n f o @ e l o b a u . d e

®

W i n k e l s e n s o r

des FE-Modells. Die Tabelle auf Seite 150 listet die Quantenzah-len der Mode (longitudinal, radial, azimuthal) sowie die analytisch und numerisch berechneten Ei-genfrequenzen für einen Zylinder mit dem Radius 80 mm und der Länge 100 mm gefüllt mit CO2. Die Ergebnisse befinden sich in hervorragender Übereinstim-mung. Ein ähnlich gutes Ergebnis findet man bei der Berechnung der oben erwähnten Integrale. Mit Hilfe von Comsol Multiphy-sics wurde eine FE-Modellierung photoakustischer Zellen mit kom-plexen Geometrien vorgenom-men. Ein Beispiel ist die T-Zelle. Diese besteht aus zwei verbunde-nen Zylindern. Der Laserstrahl passiert den horizontal liegenden Absorptionszylinder. Zentrisch und rechtwinklig zu diesem ist der Resonanzzylinder montiert, an dessen Ende sich das Mikrofon befindet. Eine beispielhafte Ei-genmode ist als Bild wiederge-geben. Die Gegenüberstellung von nu-merischen Resultaten und experi-mentellen Daten, demonstriert, dass sich mit Hilfe des FE-Modells

Eigenmode einer T-Zelle simuliert mit Comsol Multi-physics

www.kem.de

Multiphysics Software KEM 655

Gemessenes (oben) und berechnetes (un-ten) Mikrofonsignal (normiert) für T-Zellen mit unterschiedlichen Resonanzzylindern

Kostenfreie Konferenz-CD

Den Fachbeitrag zu die-sem Thema finden Sie auch auf der Konferenz-CD zur europäischen Comsol Konferenz 2007. Sie enthält über 300 Fach-vorträge, Präsentationen, Videoanimationen und Comsol Multiphysics- Modelle. Fordern Sie die CD kostenfrei an unter www.comsol.de/ conference2007/cd/

das photoakustische Signal als Funktion der Modulationsfre-quenz für beliebige Zellgeo-metrien berechnen lässt. In der Abbildung sind gemessenes und berechnetes Mikrofonsignal für T-Zellen mit unterschiedlich lan-gen Resonanzzylindern dar-gestellt. Weiterführende Unter-suchungen werden sich mit der mathematischen Optimierung der Messzellengeometrie be-schäftigen. Ziel ist es dabei, die Nachweisempfindlichkeit photo-akustischer Sensoren noch weiter zu erhöhen und dadurch noch bessere Rückschlüsse auf die quantitative Verteilung der Schadstoffe in der Luft zu ermög-lichen.

KEM 139 E


ALLGEMEIN ----------------------------------------Beschreibung: Einstellungen von KonradinHeckel fuer Distiller 7 Professional. PDF ist Acrobat 4-kompatibel (PDF 1.3), erzeugt kein PDF/X-3. Preflight-Warnungen bei Bildern unter 150 dpi fuer Farb- und Graustufen und 600 dpi fuer Strichbilder; Abbruch bei fehlenden Schriften. Weitere Informationen: www.KonradinHeckel.deDateioptionen: Kompatibilität: PDF 1.3 Komprimierung auf Objektebene: Nur Tags Seiten automatisch drehen: Aus Bund: Links Auflösung: 2400 dpi Alle Seiten Piktogramme einbetten: Nein Für schnelle Web-Anzeige optimieren: NeinPapierformat: Breite: 223.3 Höhe: 310.45 mm

KOMPRIMIERUNG ------------------------------------Farbbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: Automatisch (JPEG) Bildqualität: >Graustufenbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: Automatisch (JPEG) Bildqualität: MaximalSchwarzweißbilder: Neuberechnung: Aus Komprimierung: CCITT Gruppe 4 Mit Graustufen glätten: Aus

Richtlinien: Richtlinien für Farbbilder Bei Bildauflösung unter: 150 ppi (Pixel pro Zoll) Ignorieren Richtlinien für Graustufenbilder Bei Bildauflösung unter: 150 ppi (Pixel pro Zoll) Ignorieren Richtlinen für monochrome Bilder Bei Bildauflösung unter: 600 ppi (Pixel pro Zoll) Ignorieren






ENDE DES REPORTS ---------------------------------


/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 150 /GrayImageMinResolutionPolicy /Warning /DownsampleGrayImages false /GrayImageDownsampleType /Average /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.33000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 600 /MonoImageMinResolutionPolicy /Warning /DownsampleMonoImages false /MonoImageDownsampleType /Average /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check true /PDFXCompliantPDFOnly true /PDFXNoTrimBoxError false /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile (None) /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition (ISO Coated \050Prozess-Standard Offset, gestrichenes Papier, 60 L/cm, ISO 12647-2:2004\051) /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

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9 / 2008Level 2 copy page-Semantik beibehalten: Nein Einstellungen für Überdrucken beibehalten: Ja Überdruckstandard ist nicht Null: Ja Adobe PDF-Einstellungen in PDF-Datei speichern: