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Oberflächenmonitoring von strukturierten Platten mittels geführter Wellen - Messkonzept und Perspektiven für in-situ Anwendungen (de)
* Presenting author
Abstract:
Die Bildung von Ablagerungen in verfahrenstechnischen Apparaten ist ein weit verbreitetes Problem welches erhebliche Kosten verursacht. Geführte Ultraschallwellen bieten einen Ansatz für die messtechnische Überwachung der betroffenen Oberflächen. Zu diesem Zweck stellen wir ein Messkonzept vor und diskutieren Herausforderungen für in-situ Messungen am Beispiel einer PEM-Brennstoffzelle. Platten, die in Apparaten wie Wärmeübertragern und Brennstoffzellen zur Medientrennung eingesetzt werden, sind üblicherweise geometrisch strukturiert. Die Folge ist eine komplexe Schallausbreitung der geführten Wellen, was die Analyse und Interpretation der Schallsignale erschwert. Im Falle von PEM-Brennstoffzellen sind in den Bipolarplatten Strömungskanäle für die Reaktanten eingeprägt. Auf der Kathodenseite bildet sich im Betrieb der Brennstoffzelle Wasser, welches sich bei ungünstigen Bedingungen in den Strömungskanälen ansammelt. In diesem Beitrag demonstrieren wir anhand von ex-situ Messungen die Lokalisierung einzelner Wassertropfen in den Strömungskanälen der Bipolarplatte mittels geführter Ultraschallwellen. Es wird gezeigt, dass mit Hilfe datengetriebener Signalverarbeitung nur wenige Ultraschallwandler auf der Bipolarplatte erforderlich sind um Wassertropfen zu lokalisieren. Im Zusammenhang mit der Übertragung auf in-situ Messungen werden Querempfindlichkeiten diskutiert. Es wird gezeigt, dass bereits kleine Temperaturänderungen von 1 K einen wesentlichen Effekt auf die Messung haben und kompensiert werden müssen. Weiterhin werden anhand von Vibrometermessungen Wellenphänomene im Zusammenhang mit der Geometrie der Strömungskanäle identifiziert.