Die vorliegende Masterarbeit wurde in Zusammenarbeit mit der HyCentA Research GmbH durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf der Charakterisierung und Modellierung eines Fluxgate-Stromsensors liegt. Zur vollständigen Charakterisierung des Stromsensors muss das dynamische Verhalten analysiert werden und dies setzt wiederum eine präzise Referenzstrommessung voraus. Im theoretischen Teil der Arbeit werden mehrere Strommessmethoden betrachtet, um infolgedessen eine geeignete Messtechnik als Referenzstrommesstechnik zu identifizieren. Überdies werden die Herausforderungen bei Wechselstrommessungen erläutert und näher auf mögliche Messfehlerarten eingegangen. Folglich wird im praktischen Teil ein Messsystem konzipiert und realisiert, mit dem die Messungen mitsamt definierten Parametern durchgeführt werden. Anschließend werden die gewonnenen Messergebnisse mit einem eigens entwickelten Skript zur Datenverarbeitung ausgewertet und analysiert. Dabei wird untersucht, welche Rückschlüsse auf das Wechselstromverhalten bei veränderlichen Frequenzen gezogen werden können und insbesondere, ob eine Extrapolation der Ergebnisse auf den gesamten Messbereich des Stromsensors sinnvoll ist. Zum Abschluss werden auf Basis der ausgewerteten Messdaten Kalibrierpolynome zur Korrektur der Messergebnisse erstellt, die bei weiteren Strommessungen im realen Feldeinsatz anwendbar sind. Auf diese Weise werden die Messabweichungen des Fluxgate-Stromsensors reduziert und der Stromsensor kann für Forschungs- und Entwicklungsaufgaben eingesetzt werden.

Fluid medical products filled in glass or plastic containers are inspected before being labeled and packed. The operator of the inspection machine checks each container for cracks, holes, cosmetic defects and foreign particles as can affect the integrity of the product. Visual inspection machines are employed in the inspection process to ensure the integrity of the containers. These machines utilize the effect of light reflection to detect cracks, holes, and foreign particles, as these defects tend to reflect light brightly. A combination of multiple light sources, along with rapid pre-rotation to swirl up particles and slow inspection rotation, supports the visual inspection process. LED-based light sources lose power over time due to external influences. However, illuminance and rotational movement are critical parameters for detecting cracks, holes, or foreign particles. Consequently, these important parameters of the machine must be continuously monitored to ensure that they remain within a valid range. The validation of illuminance and rotational rate is measured monthly at fixed locations, which results in some downtime for the machine. This downtime is attributed to necessary manipulations of the machine. The aim of this master’s thesis is to develop a container test dummy which is similar to a real container, and which can measure illuminance and rotational movement without any manipulation of the machine. With this method, it is possible to check the machine’s status before a batch starts, eliminating downtime and increasing safety. After the test run, the system provides direct feedback to the operator regarding whether the machine is in a valid state or not. A microcontroller with multiple light sensors and inertial sensors is used to measure total illuminance and rotational movement and compares the measured data to valid reference data. Data is transferred using a wireless communication and is visualized in real-time to give the operator immediate feedback. Additionally, with multiple light sensors, it should be possible to detect individual light sources with reduced illuminance.

Angesichts der Energiekrise wird Power-to-Gas als einzige praktische Lösung für die saisonübergreifende Langzeitspeicherung von Energie und als Antwort auf die schwankende und wachsende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien angesehen. Die Grundlage dieser Technologie ist die Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser mittels Elektrolyse Stacks, die aus mehreren Zellen bestehen. Bei der Entwicklung dieser Zellen wird die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) als zerstörungsfreie Methode zur Überwachung des Betriebszustandes eingesetzt. Diese Methode erlaubt es, bestimmte Phänomene von Aktivierungs- und Degradationsprozessen nicht nur einer bestimmten Zelle, sondern auch den Zellkomponenten zuzuordnen. Über ein Ersatzschaltbild können die Veränderungen empirisch über die Komponentenwerte ermittelt und dokumentiert werden. Da EIS-Messungen meist an Einzelzellen beziehungsweise kleinen Stapeln erfolgen, sind bis auf wenige Ausnahmen keine Geräte zur Messung von Stapeln mit einer Stromaufnahme größer als 30 A am Markt erhältlich. Um diese Einschränkung zu umgehen, wurde im Zuge des EU-Projektes Recycalyze (ID: 861960) von der HyCentA Research GmbH ein eigener Aufbau zur Gewinnung der Messdaten entwickelt. Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Datenverarbeitung und Auswertung dieser Messungen. Dazu wird die Frequenzanalyse hinsichtlich der Genauigkeit in Abhängigkeit von der Messdauer und Phänomenen wie spektralen Leckagen untersucht. Außerdem wird der Einfluss verschiedener Fenster verglichen und bewertet. Um die Auswirkungen auf die Membranelektrodenanordnung (MEA) zu zeigen, werden einfache Ersatzschaltbilder simuliert und gezeigt. Die Veränderung der Bauteilwerte kann bestimmte Effekte zeigen, die im Nyquist Plot aufgezeigt und mit gemessenen Impedanzkurven verglichen werden können. Die Frequenzanalyse, sowie die grafische Aufbereitung und Archivierung erfolgt in der Programmiersprache JULIA. Zur Validierung des Messaufbaus und der Datenauswertung wurde eine Messung mit einem marktüblichen Produkt, bei geringer Stromdichte, erfolgreich durchgeführt. Mit diesem Messaufbau und der Datenauswertung kann die HyCentA Research GmbH Messungen in einem Leistungsbereich anbieten, die bisher nicht möglich waren.

Wegen der Reduzierung von fossiler Energieerzeugung und der zunehmenden Dezentralisierung durch erneuerbare Energiequellen, kommt es zu einschneidenden Umstrukturierungen des Stromnetzes. Um zukünftigen Umständen zu entsprechen, kommt dem Smart Meter eine zentrale Rolle zu und wird dementsprechend analysiert. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, den Smart Meter als Schnittstelle zwischen dem intelligenten Stromnetz und dem Endverbraucher zu nutzen und einen geeigneten Weg zu finden, um Smart Metering einzubinden. Diesbezüglich erfolgt eine Gegenüberstellung, basierend auf dem bewährten mechanischen Zähler mit elektronischen Zählern. Jenes beruht auf Messungen durch eine Integrierung von ohmschen und induktiven Verbrauchselementen. Bei Kundenanlagen mit erhöhtem Lastverbrauch kann der standardmäßige Smart Meter nicht eingesetzt werden und es braucht alternative Implementierungsmöglichkeiten. Bezogen auf Smart Metering werden die umgebende Infrastruktur mit Kommunikationstechniken, die Datenverwertung und Visualisierungsmethodiken erläutert. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei elektronischen Zählern die Anforderungen an die Messgenauigkeit gegeben sind. Zudem ist im Haushaltsbereich eine Messbereichserweiterung zu vermeiden und stattdessen Verfahren, basierend auf der Direktmessmethode, zu bevorzugen. Beim Smart Metering muss der Zählerzugriff derart erfolgen, dass eine umfassende Datenabfrage in Echtzeit erfolgt. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Einsatzfähigkeit vom Smart Meter bewertet. Darüber hinaus wird beschrieben, wie Smart Metering in einem intelligenten Stromnetz eingebettet werden kann.