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sensor

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Sensor

Ein Sensor [zu lat. sensus "Gefühl"], oder (Mess)fühler ist in der Technik ein Bauteil, das neben bestimmten physikalischen oder chemischen Eigenschaften (z.B.: Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Helligkeit, Magnetismus, Beschleunigung, Kraft) auch die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Die Abgrenzung der Begriffe Sensor und Messgerät ist fließend.

Der Begriff wird in der Technik und in den Lebenswissenschaften Biologie/Medizin verwendet, seit einigen Jahren verstärkt auch in den Naturwissenschaften. Beispiel für letztere sind Anwendungen von CCD-Bildsensoren und Teilchenzähler in der Astronomie, Geodäsie und Raumfahrt.

In der Technik spielen Sensoren in automatisierten Prozessen als Signalgeber eine wichtige Rolle. Die von ihnen erfassten Werte oder Zustände werden, meist elektrisch-elektronisch verstärkt, in der zugehörigen Steuerung verarbeitet, die damit entsprechende weitere Schritte auslöst.

Es gibt folgende Sensoren (alphabetisch):

  • Beschleunigungssensoren

  • Dehnungsmessstreifen (DMS)
    • Folien-Dehnungsmessstreifen
    • Draht-Dehnungsmessstreifen
    • Halbleiter-Dehnungsmessstreifen

  • Drehzahlmessung
    • Stroboskop
    • Tachogenerator, Tachometer
    • Impulszählung z.B. Inkrementalgeber

  • Durchflusssensoren,
    • Induktive Durchflussmesser, Magnetisch Induktive Durchflussmesser (MIDs)
    • Kapazitive Durchflussmesser
    • Massendurchflussmessverfahren nach dem Coriolis-Prinzip

  • Drucksensoren
    • Silizium-Drucksensoren
    • Keramische Drucksensoren
    • Barometer

  • Feuchtesensoren (Hygrometer)

  • Gassensoren
    • Brandmelder, Rauchmelder

  • Hallsensoren (magnetische Sensoren)

  • Klopfsensor (Vibrationssensor)

  • Näherungsschalter
    • Induktive Näherungsschalter
    • Kapazitive Näherungsschalter
    • Optische Näherungsschalter

  • Optosensoren

  • PH-Wert

  • Schallsensoren

  • Temperatursensoren
    • NTC (Heißleiter)
    • PTC (Kaltleiter)
    • PT100

  • Thermoelemente
    • PT100
    • Thermometer

Es gibt folgende Sensoren (eingeteilt nach physikalische Kriterien):

Table of contents
1 Resistive Sensoren
2 Induktionsaufnehmer
3 Differentialtransformator
4 Induktive Sensoren
5 Wirbelstromaufnehmer
6 Induktiver Näherungsschalter
7 Magnetfeldsensoren
8 Magnetoelastische Sensoren
9 Kapazitive Sensoren
10 Piezoelektrische Sensoren
11 Optoelektronische Sensoren
12 Temperatursensoren
13 Weiterführende Themen

Resistive Sensoren

die auf dem Effekt der elektrischen Widerstandsänderung beruhen

  • Potentiometrische Sensoren
    • Drahtpotentiometer
    • Leitplastik-Hybrid-Potentiometer
    • Leitplastik-Potentiometer

  • Dehnungsmessstreifen (DMS)
    • Halbleiter-Dehnungsmessstreifen
    • Metall-Dehnmessstreifen
      • Draht-Dehnungsmessstreifen
      • Folien-Dehnungsmessstreifen
      • Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen

Induktionsaufnehmer

die auf dem physikalischen Effekt der Elektrodynamik, dem Induktionsgesetz beruhen

  • Pick Up (Sensor)
  • Schwingungsaufnehmer

Differentialtransformator

der auf den physikalischen Gesetzen des Elektromagnetismus beruht.

Induktive Sensoren

die auf den physikalischen Gesetzen des Elektromagnetismus beruhen, aber nicht wie oben zwei oder mehrere Spulen besitzen, sondern nur eine Spule.

  • Einspulen-Längsanker-Induktivaufnehmer
  • Differenzspulen-Längsanker-Induktivaufnehmer
  • Differenzspulen-Queranker-Induktivaufnehmer

Wirbelstromaufnehmer

die auf dem Prinzip des Wirbelstroms beruhen

  • Längsanker-Wirbelstromaufnehmer
  • Queranker-Wirbelstromaufnehmer

Induktiver Näherungsschalter

die auf einer Veränderung des magnetischen Feldes beruhen

  • Induktive Initiatoren
  • Wirbelstrom-Initiatoren

Magnetfeldsensoren

die auf den Gesetzen des magnetischen Feldes beruhen und hart- oder weichmagnetische Werkstoffe beinhalten

  • Wiegand-Sensoren
  • Galvanomagnetischer Effekt
    • Hallgenerator
    • Feldplatte
    • Magnetoristiver Dünnschichtaufnehmer

Magnetoelastische Sensoren

die auf dem Effekt der magnetischen Permeabilitätsänderung bei Längenänderung beruht

  • Pressduktor
  • Induktivsensor
  • Drehmomentsensor

Kapazitive Sensoren

beruhen auf einer Änderung der Kapazität eines Kondensators

  • Differentialwegsensor
  • Drucksensor
  • Füllstandssensor
  • Kapazitive Näherungsschalter

Piezoelektrische Sensoren

beruhen auf dem Effekt, dass besondere Kristalle auf Druck eine elektrische Spannung abgeben (Piezoelektrizität)

  • Piezoelektrischer Kraftsensor
  • Piezoelektrischer Drucksensor
  • Piezoelektrischer Beschleunigungssensor

Optoelektronische Sensoren

die entweder auf dem äußeren Foto-Effekt beruhen, dem inneren Foto-Effekt (Verbesserung der Leitfähigkeit) oder dem Fotovoltaischen-Effekt (Solarzelle)

  • Äußerer Foto-Effekt
    • Fotozelle
  • Innerer Foto-Effekt
    • Fotowiderstand
    • IR-Detektoren
  • Fotovoltaischer Effekt (Sperrschicht-Effekt)
    • Selenfotoelement
    • Siliziumfotoelement
    • Siliziumfototransistor
    • Siliziumfotothyristor
  • Technische Anwendungen
    • Lichtschranke
    • Drehzahlmessung (optisch)
    • Winkelmessung (optisch)
    • Abstandsmessung (optisch)
    • Füllstandsmessung (optisch)

Temperatursensoren

beruhen grundsätzlich auf zwei Prinzipien. Entweder auf der Kontaktthermometrie oder auf der Strahlungsthermometrie.

  • Widerstandsthermometer - beruhen auf einer Widerstandsänderung
    • PT100
  • Thermoelemente beruhen auf dem thermoelektrischen Effekt
  • Hohlspiegel-Gesamtstrahlungspyrometer
  • Fotoelektrisches Gesamtstrahlungspyrometer

Weiterführende Themen

Signalaufbereitung

Die Signalaufbereitung geschieht über verschiedene Verstärkertypen:
  • Instrumentierungsverstärker
  • Isolierverstärker
  • Chopper-Verstärker
  • Lock-In-Verstärker

Messwertübertragung

Um das Sensorsignal zur Messwarte zu übertragen, werden verschiedene Techniken verwendet:
  • 0 bis 10V
  • -10 bis +10V
  • 0 bis 20mA
  • 4 bis 20mA
  • RS232

Literatur

Schiessle, Edmund: Sensortechnik und Messwertaufnahme, Würzburg, 1992 Jörg, Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik, Leipzig, 2002

Siehe auch: Messtechnik, Messgeräte

Weblink:

  • PDF Dokument der Firma Corscience über drahtlose Sensoren (60 kB)
  • PDF Dokument der Firma RS Components über Sensoren (1,1MB!)

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