Eine besondere und nicht selten vernachlässigte Eigenschaft von Materialien ist der elektrische Leitwert. Er basiert auf der Fähigkeit eines Materials, ein elektrisches Feld zu führen und ist in einem gegebenen Zustand der Fingerabdruck eines Materials oder einer Mischung von Materialien. Beeinflusst wird der Leitwert insbesondere von der Temperatur und der Frequenz des elektrischen Feldes. Der mathematische Kehrwert des Leitwertes ist der elektrische Widerstand, welcher unter der Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit als Impedanz bekannt ist.

Die Kenntnis der Impedanz ist von entscheidender Bedeutung, wenn es zum Beispiel darum geht, Stoffgemische zu charakterisieren. Hierbei bezeichnet die elektrische Impedanzspektroskopie (EIS) den Prozess der Impedanzmessung über einem breiten Frequenzspektrum und die elektrische Impedanztomographie (EIT) die Bestimmung einer räumlichen Impedanzverteilung. Sie sind zwei leistungsstarke Techniken, die bei der Analyse und Charakterisierung von Stoffgemischen eine Schlüsselrolle spielen.

Die EIS ermöglicht es, die elektrischen Eigenschaften eines Stoffgemisches über einen breiten Frequenzbereich zu untersuchen. Dies bietet die Möglichkeit, die Zusammensetzung und die Verteilung der Bestandteile eines Gemisches zu bestimmen. Da verschiedene Materialien unterschiedliche Impedanzen aufweisen, kann die EIS genutzt werden, um Informationen über die Art und Konzentration der in einem Gemisch enthaltenen Materialien zu liefern. Dies ist besonders wertvoll in den Bereichen der Materialwissenschaft, der chemischen Analyse und der Qualitätskontrolle. Der Rückschluss auf einzelne Komponenten innerhalb eines Stoffgemisches bedarf einem Systemverständnis, welcher durch gezielte Modellbildung oder Machine Learning realisiert werden kann.

Die EIT hingegen ermöglicht die räumliche Abbildung der elektrischen Eigenschaften eines Stoffgemisches. Sie kann verwendet werden, um die Verteilung von Materialien in einem Behälter oder einer Struktur zu visualisieren. Aus diversen gemessenen Impedanzen zwischen verschiedenen Elektroden am selben Volumen, kann durch eine mathematische Rekonstruktion ein 2D bzw. 3D Bild berechnet werden. Dabei können typische tomographische Verfahren, FEM basierte Verfahren oder Machine Learning basierte Verfahren zum Einsatz kommen. Dies ist in der Medizin bei der bildgebenden Diagnostik von Geweben und Organen sowie in der Prozessindustrie bei der Überwachung von Mischprozessen von Bedeutung.

Eine gängige Methode zur Impedanzmessung beinhaltet die gleichzeitige Messung von Strom und Spannung während der elektrischen Anregung des Systems, welche mithilfe von Strom- oder Spannungsquellen durchgeführt werden kann. Um den unterschiedlichen Anforderungen von Materialien und Elektrodenkombinationen gerecht zu werden, bedarf es anwendungsspezifische Schaltungsentwicklung.

Unsere Ausstattung:

• Etablierte Impedanzmesssysteme
• Impedanzmessschaltungen aus eigener Entwicklung
• Frequenzgeneratoren
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