Das Ziel dieser Arbeit war es, ein neues Dosimetermaterial zu entwickeln, das schneller reagiert als der klassische Glassensor. Einen vielversprechenden Ansatz dafür bietet der Sol-Gel Prozeß, mit dem dünne Schichten hergestellt werden können. Erste Versuche mit transparenten Schichten einer glasähnlichen Zusammensetzung (mit einem hohen Anteil an K und Ca) waren nicht erfolgreich, da eine deutliche Erhöhung der Reaktivität nicht erreicht wurde. Schichten, die einen sehr hohen Ca-Anteil aufweisen, zeigten allerdings die gewünschte Empfindlichkeit gegen Umwelteinflüsse. Die neuen „Rapid-Sensoren“ werden aus einem vorkonsensierten SiO2-Sol (Silizium (IV) Oxid-Sol) und Ca(NO3)2 4H2O in Aceton (Molverhältnis Ca : Si = 10 : 1) hergestellt. Objektträger werden mit diesem Sol beidseitig beschichtet. Die Tauchbeschichtung und die Temperung (5 Minuten bei 600 °C) wurden auf hohe Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit und Schadgase (Screening Test in einer Klimakammer) optimiert. Die neuen Sensoren sind im sichtbaren Spektralbereich nicht transparent, sondern opak, können aber wie die klassischen Glassensoren mit IR-Spektroskopie (in Transmission) ausgewertet werden, wobei der Anstieg der OH-Bande bei 3300 cm-1 als Mass für den Korrosionsfortschritt (genannt E-Wert) dient. Die aktive Sensorschicht setzt sich aus kristallinen und amorphen Bestandteilen zusammen. Die Zusammensetzung und Morphologie der Kristallphase wurde weitestgehend charakterisiert. Mit Lichtmikroskopie lässt sich die Oberfläche des Rapid-Sensors als eine Vielzahl kleiner polygoner Kristalle charakterisieren, für die im REM beobachtet verschiedene Wachstumsstufen erkennbar sind. Mit Hilfe der EDX-Analyse und ICP-AES wurden Si, O, Ca und Na als die Hauptelemente der Schicht bestimmt. Mit SNMS-Tiefenprofil konnte eine Diffusion von Na aus dem Objektträger in die Schicht nachgewiesen werden, was zu einer besonders guten Haftung führt. Mittels Röntgendiffraktometrie, IR- und Raman-Spektroskopie lassen sich Informationen über die Struktur der Schicht erhalten: die Kristallphase besteht aus einer Mischung aus Calciumoxid und Calcium-silicat-en, die mit XRD schwer zu unterscheiden sind. Auch im infraroten Spektralbereich weisen die Si-O-Schwingungen auf silicathaltige, Bestandteile in der amorphen Schicht hin. Für die Kalibrierung des neuen Dosimetermaterials sind Bewitterungen unter kontrollierten Bedingungen grundlegend notwendig. Dazu wurde ein Bewitterunsprogramm (I) mit hoher Feuchte und Temperatur (40 °C, 98 % r.F.) sowie ein zweites mit Zugabe von SO2 als Schadgas (II) gewählt. Beide Programme beschleunigen die Umweltwirkung im Vergleich zu Realbedingungen und haben sich in anderen Versuchen mit klassischen Glassensoren bewährt. Zusammenfassend lässt sich aus den Bewitterungsversuchen feststellen, dass der neue Sensor integrativ auf Temperatur, Feuchte, und Schadgas reagiert. Entsprechend der Reaktion des klassischen Sensors führt eine Temperatur / Feuchte- Bewitterung zur Bildung von CaCO3-Kristallen, während bei Anwesenheit von SO2 bevorzugt Gipskristalle gebildet werden. Diese Parallelen lassen den Schluß auf ein vergleichbares Reaktionsprinzip zu, obwohl die Reaktion der Calciumsilicate, aus denen die Schicht besteht, nur bedingt mit der für Glas typischen Verwitterung vergleichbar ist. Mit REM kann man bei Rapid-Sensoren beobachten, dass die Reaktion am Rand der Kristalle beginnt und in die Tiefe fortschreitet, bis zur vollständigen Umsetzung (Sättigung). Die kristallinen Korrosionsprodukte breiten sich im weiteren Verlauf auch auf der amorphen Schicht aus. Der Mechanismus ist nicht reversibel und entspricht damit nicht dem für poröse SiO2-Schichten beschriebenen Alterungprozeß. Erste Sensorstudien unter natürlicher Bewitterungsbedingungen ermöglichen einen Vergleich mit klassischen Glassensoren und umreissen das künftige Einsatzspektrum. Expositionen in der ISC-Außenstelle Bronnbach und im Grünen Gewölbe in Dresden zeigen, dass die Rapid-Sensoren schneller reagieren als klassische Glassensoren (Steigerung um etwa Faktor 3). Unter moderat korrosiven Bedingungen im Innenraum sind 4 Wochen Expositionszeit günstig (mindestens 3 Monate für Glassensoren) während im Außenraum Rapid-Sensoren innerhalb von 7 Tagen ansprechen (einige Wochen für herkömmliche Glassensoren). / The goal of this work was to develop a new dosimeter material, which reacts faster than the classical glass sensor. The sol-gel process offers a promising approach for the preparation of thin layers. First attempts with transparent layers with a composition similar sensitive glass (with a high concentration of K and Ca) were not successful, since a clear increase of reactivity was not reached. Layers, which exhibit a very high calcium concentration finally showed the desired sensitivity to environmental influences. The new "Rapid-Sensor" is prepared from a pre-condensed SiO2-Sol (silicon (IV) oxide Sol) and Ca(NO3)24H2O in acetone (molar ratio Ca : Si = 10 : 1). Microscopic slides are coated with this sol from both sides by dip coating. The curing process (5 minutes at 600 °C) has been optimised for high sensitivity to humidity and pollutants (screening test in a climatic chamber). The new sensors are not transparent, but opaque. Nevertheless, they can be evaluated like the classical glass sensors with IR spectroscopy (in transmission mode), whereby the increase of the OH-band at 3300 cm-1 serves as a measure for the corrosion progress (so-called E-value). The sensitive coating consists of crystalline and amorphous components. The composition and morphology of the crystal phase were characterised as far as possible. With light microscopy the surface of the Rapid-Sensor can be described as a multiplicity of small polygonal crystals, for which in the SEM different growth steps are recognisable. With EDX and ICP AES analysis, the elements Si, O, Ca were determined as the main elements of the layer. With SNMS depth profile the diffusion of Na from the support (microscopic slide) into the layer can be proven, what leads to a particularly good adhesion. By means of X-ray, IR and Raman spectroscopy information about the structure can be received: the crystal phase consists of a mixture of calcium oxides and silicates, which can not be differentiated further with XRD. In the infrared spectrum signals designated to vibrations of Si-O confirm that silicates are present in the amorphous layer. For the calibration of the new dosimeter material, weathering experiments under controlled conditions are fundamentally necessary. Therefore, an accelerated ageing program (I) with high humidity and temperature (40 °C, 98 % r.F.) as well as a second program with the addition of SO2 as pollutants (II) has been selected. Both programs accelerate the environmental effect as compared with natural conditions and have been applied in previous experiments with classical glass sensors. As a conclusion, it can be stated from the environmental testing that the new sensor integrates the impact of temperature, humidity, and pollutants. Similar to the reaction of the classical sensor weathering at high temperature and high humidity leads to the formation of CaCO3 crystals, whereas in the presence of SO2 gypsum crystals are preferably formed. These similarities permit the conclusion that a comparable reaction principle might exist, although the reaction of the calcium silicate, of which the layer consists, is not necessarily comparable with the typical glass weathering. With SEM one can observe that the reaction of Rapid-Sensors begins at the edge of the crystals and progresses into depth, up to complete conversion (saturation) has been achieved. The crystalline corrosion products spread over the amorphous layer. The mechanism is not reversible and does not correspond thereby to the ageing process described for porous coatings of SiO2. First sensor studies under natural weathering conditions make a comparison possible with classical glass sensors and outline the future spectrum of use. Exposures in Bronnbach and in the Grünen Gewölbe Museum (Green Dome) in Dresden show that the Rapid-Sensors react faster than classical glass sensors (about three times increase). Under moderately corrosive conditions indoor 4 weeks exposure time are requested (at least 3 months for glass sensors). For outdoor applications Rapid-Sensors respond favourably within 7 days (some weeks for conventional glass sensors).

Zugl.: Bremen, University, Diss., 2006.

Die Verkleinerung der modernen Temperatursensoren ermöglicht die Volumenreduzierung der bisher angewandten Stevenson-Wetterhütten. Insbesondere bei automatischen Stationen finden wir wesentlich kleinere Strahlungsschutzeinrichtungen. Langjährige Beobachtungsreihen sind nicht mehr vergleichbar und müssen angepaßt werden. Es werden Einzelwertabweichungen für Temperaturen von mehr als 1 K genannt. Zur Lösung dieses Problems sind Vergleichsuntersuchungen und Anpassungsrechnungen erforderlich. / The minimisation of modern temperature sensors allows to reduce the volume ofthe up to now used Stevenson screens. Especially for automatic stations we found essential smaller radiationshields. Temperature observations of many years arc incomperable and had to be adapted. Errors of more as 1 K for single temperatures are mentioned. For the solution of this problem comparisons and adaptations are necessary.

Die Verkleinerung der modernen Temperatursensoren ermöglicht die Volumenreduzierung der bisher angewandten Stevenson-Wetterhütten. Insbesondere bei automatischen Stationen finden wir wesentlich kleinere Strahlungsschutzeinrichtungen. Langjährige Beobachtungsreihen sind nicht mehr vergleichbar und müssen angepaßt werden. Es werden Einzelwertabweichungen für Temperaturen von mehr als 1 K genannt. Zur Lösung dieses Problems sind Vergleichsuntersuchungen und Anpassungsrechnungen erforderlich. / The minimisation of modern temperature sensors allows to reduce the volume ofthe up to now used Stevenson screens. Especially for automatic stations we found essential smaller radiationshields. Temperature observations of many years arc incomperable and had to be adapted. Errors of more as 1 K for single temperatures are mentioned. For the solution of this problem comparisons and adaptations are necessary.

In this project a Raspberry Pi 3 B+ has been constructed to log a number of envi-ronmental data from connected sensors. The connectable sensors include: Rain sensor Temperature sensor Gas sensor Anemometer Sound sensor Camera These sensors availability are sensed at device start and the present ones arelogged in settable intervals, then saved locally in a .csv-file and for the cameraa .jpg-file. All log data is backed up periodically to a connected USB Flash drive.The log data is also available for transfer through Bluetooth and Wifi. A numberof energy saving procedures have also been implemented in the form of poweringoffand on a couple of hardware components. The system is created with energy consumption in mind as it will be mergedwith another system which has the goal of supporting this system with a batteryand solar panels whose energy flows an Arduino Uno is controlling. This does aconnection to the Arduino possible for transfer of information regarding total sunhours, battery charge and power consumption for extended logging. / I detta projekt har en Raspberry pi 3 B+ konstruerats till att logga ett antal miljödata från anslutna sensorer. De sensorer som kan anslutas innefattar: Regnsensor Temperatursensor Gassensor Vindsensor Ljudsensor Kamera Samtliga sensorer känner enheten av vid start om de är närvarande och om så kan mätdatan loggas i valfria intervall och sparas lokalt i ett .csv-kalkylark och för kameran en .jpg-fil. All loggdata säkerhetskopieras intervallsvis till ett anslutet USB-minne. Loggdatan är även tillgänglig för överföring via Bluetooth och Wifi. Diverse energibesparande metoder har även implementerats i form av på och avstängning för vissa hårdvarukomponenter. Systemet är utvecklat med energikonsumption i tanken då det kommer att slås samman med ett annat projekt vars mål är att driva detta system med ett batteri och solceller vars energiflöden en Arduino Uno kontrollerar. Detta gör även en anslutning till Arduinon möjlig där information om soltimmar, batteriladdning och effektförbrukning kan överföras för utökad loggning.

We have investigated single-walled carbon nanotube (SWCNT) networks wrapped with the cationic surfactant sodium dodecyl-benzenesulfonate (SBDS) as promising candidates for water detection. This is the first time that the humidity behavior of endohedral Li-doped (Li@) and undoped SWCNTs/SDBS has been shown. We identified a strong and almost monotonic decrease in resistance as humidity increased from 11 to 97%. Sensitivities varied between −3 and 65% in the entire humidity range. Electrical characterization, Raman spectroscopy, and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) analysis revealed that a combination of the electron donor behavior of the water molecules with Poole-Frenkel conduction accounted for the resistive humidity response in the Li@SWCNT/SDBS and undoped SWCNT/SDBS networks. We found that Li@SWCNTs boosted the semiconducting character in mixtures of metallic/semiconducting SWCNT beams. Moreover, electrical characterization of the sensor suggested that endohedral Li doping produced SWCNT beams with high concentration of semiconducting tubes. We also investigated how frequency influenced film humidity sensing behavior and how this behavior of SWCNT/SDBS films depended on temperature from 20 to 80 ∘ C. The present results will certainly aid design and optimization of SWCNT films with different dopants for humidity or gas sensing in general.

In dieser Arbeit wird ein Motorschutzsystem vorgestellt, das die Temperaturen in Asynchronmotoren während des Betriebes zuverlässig und sensorarm berechnet und dabei leicht auf andere Motoren übertragbar ist. Neben dem Schutz vor unzulässiger Erwärmung können die auftretenden Wicklungsverluste für eine wirkungsgradoptimale Ansteuerung genauer ermittelt werden. Basis ist ein thermisches 9-Körper-Modell, das die Temperaturverläufe wesentlicher Maschinenteile abbilden kann. Der vorgeschlagene Identifikationsalgorithmus sorgt für eine hohe Übereinstimmung der Temperaturverläufe. Fehler im thermischen Modell oder der Verlustleistungsberechnung können durch die Rückführung eines einzelnen Temperatursensors und eines verbesserten Schätzers der Läuferwicklungstemperatur korrigiert werden. Das Überschreiten definierter Temperaturgrenzen kann mit der vorgeschlagenen Abschaltzeitprognose auch im Fehlerfall frühzeitig erkannt werden.

Det problem som denna uppsats hade för avsikt att besvara var varför hemautomation inte används i fler hem. Genom resultaten från en enkät som distribuerades kunde slutsatsen att kostnaden för de befintliga lösningar som finns på marknaden idag inte låg i den prisklass våra respondenter ansåg rimlig. Författarna utvecklade då problemet och ställde sig frågan om en hemautomationslösning verkligen måste ha en så hög kostnad som de befintliga lösningarna har idag. För att belysa detta problem implementerades en egen kostnadseffektiv lösning där respondenternas mest önskvärda funktioner togs i beaktande och en testmiljö implementerades utefter dessa. Resultatet blev en hemautomationslösning med stor potential och med en betydligt lägre kostnad än dagens befintliga lösningar. / The problem this study intended to answer was why home automation is not used in more homes. The results of a survey that was distributed could conclude that the cost of existing solutions available on the market today is not within the price range our respondents considered reasonable. The authors then evolved the problem and asked themselves whether home automation really need such a high cost as the existing solutions today. To illustrate this problem, the authors implemented a cost-effective solution where respondents' most popular features were in regard. The result was a home automation solution with great potential and with a significantly lower cost than today's existing solutions.

The Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy (AEGIS) at the European Organization for Nuclear Research (CERN) is an experiment investigating the influence of earth’s gravitational force upon antimatter. To perform precise measurements the antimatter needs to be cooled to a temperature of 100 mK. This will be done in a Penning trap, formed by several electrodes, which are charged with several kV and have to be individually electrically insulated. The trap is thermally linked to a mixing chamber of a 3He-4He dilution refrigerator. Two link designs are examined, the Rod design and the Sandwich design. The Rod design electrically connects a single electrode with a heat exchanger, immersed in the helium of the mixing chamber, by a copper pin. An alumina ring and the helium electrically insulate the Rod design. The Sandwich uses an electrically insulating sapphire plate sandwiched between the electrode and the mixing chamber. Indium layers on the sapphire plate are applied to improve the thermal contact. Four differently prepared test Sandwiches are investigated. They differ in the sapphire surface roughness and in the application method of the indium layers. Measurements with static and sinusoidal heat loads are performed to uncover the behavior of the thermal boundary resistances. The thermal total resistance of the best Sandwich shows a temperature dependency of T-2,64 and is significantly lower, with roughly 30 cm2K4/W at 50 mK, than experimental data found in the literature. The estimated thermal boundary resistance between indium and sapphire agrees very well with the value of the acoustic mismatch theory at low temperatures. In both designs, homemade heat exchangers are integrated to transfer the heat to the cold helium. These heat exchangers are based on sintered structures to increase the heat transferring surface and to overcome the significant influence of the thermal resistance (Kapitza resistance). The heat exchangers are optimized concerning the adherence of the sinter to the substrate and its sinter height, e.g. its thermal penetration length. Ruthenium oxide metallic resistors (RuO2) are used as temperature sensors for the investigations. They consist of various materials, which affect the reproducibility. The sensor conditioning and the resulting good reproducibility is discussed as well.

The Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy (AEGIS) at the European Organization for Nuclear Research (CERN) is an experiment investigating the influence of earth’s gravitational force upon antimatter. To perform precise measurements the antimatter needs to be cooled to a temperature of 100 mK. This will be done in a Penning trap, formed by several electrodes, which are charged with several kV and have to be individually electrically insulated. The trap is thermally linked to a mixing chamber of a 3He-4He dilution refrigerator. Two link designs are examined, the Rod design and the Sandwich design. The Rod design electrically connects a single electrode with a heat exchanger, immersed in the helium of the mixing chamber, by a copper pin. An alumina ring and the helium electrically insulate the Rod design. The Sandwich uses an electrically insulating sapphire plate sandwiched between the electrode and the mixing chamber. Indium layers on the sapphire plate are applied to improve the thermal contact. Four differently prepared test Sandwiches are investigated. They differ in the sapphire surface roughness and in the application method of the indium layers. Measurements with static and sinusoidal heat loads are performed to uncover the behavior of the thermal boundary resistances. The thermal total resistance of the best Sandwich shows a temperature dependency of T-2,64 and is significantly lower, with roughly 30 cm2K4/W at 50 mK, than experimental data found in the literature. The estimated thermal boundary resistance between indium and sapphire agrees very well with the value of the acoustic mismatch theory at low temperatures. In both designs, homemade heat exchangers are integrated to transfer the heat to the cold helium. These heat exchangers are based on sintered structures to increase the heat transferring surface and to overcome the significant influence of the thermal resistance (Kapitza resistance). The heat exchangers are optimized concerning the adherence of the sinter to the substrate and its sinter height, e.g. its thermal penetration length. Ruthenium oxide metallic resistors (RuO2) are used as temperature sensors for the investigations. They consist of various materials, which affect the reproducibility. The sensor conditioning and the resulting good reproducibility is discussed as well.