sensor
Ein Sensor bzw. ein Sensor bzw. ein Rezeptor ist ein physikalisches System, technisches Gerät oder im weiteren Sinne auch ein biologisches Organ, das auf Veränderungen der Messgröße (physikalisch, chemisch) unmittelbar oder auf den zeitlichen Verlauf der Veränderung reagiert .
Die gebräuchlichsten Sensoren sind elektrische Sensoren und wandeln Informationen über die gemessene Größe in einen anderen physikalischen Bereich um, meist in ein elektrisches Signal oder einen elektrischen Parameter. Sie ermöglichen die Umwandlung einer nichtelektrischen Größe in elektrische Signale.
Die Verwendung
Heutzutage werden Sensoren in praktisch allen Arten von industriellen Produkten und Systemen sowie in der Prozessautomatisierung, -messung und -regelung eingesetzt. Einige Beispiele: Medizin und medizinische Geräte, Industrie und Fertigung, Robotik, Unterhaltungselektronik, Haushaltsprodukte, Fahrzeuge, Automobile, Fertigung, Landwirtschaft und Lebensmittel.
Grundlegende Eigenschaften von Sensoren
Eindeutigkeit – jeder Wert der Messgröße entspricht genau einem Wert der Ausgangsgröße
eindeutige Abhängigkeit des Ausgabewerts vom Eingabewert (linear, logarithmisch)
Empfindlichkeit – der Wert der Änderung der Messgröße, bei dem noch eine merkliche Änderung der Ausgangsgröße auftritt
Trägheit – Zeitverzögerung des Ausgangssignals nach einer Änderung der Eingangsgröße
Konstanz – die Sensordaten ändern sich nicht, wenn sich die Eingangsgröße nicht ändert
Betriebssicherheit, Genauigkeit, einfache Wartung.
Nichtlinearität und Hysterese
Auflösung
erlaubter Fehler
Nullpunktverschiebung und Drift,
Lärm,
Reaktionszeit,
Frequenzcharakteristik.
Überblick
Die meisten Sensoren sind elektrisch oder elektronisch, es gibt jedoch auch andere Typen. Sensoren sind eine Art Wandler. Sensoren zeigen Werte entweder direkt an (z. B. Quecksilberthermometer) oder sind mit einem Indikator verbunden (sie können auch indirekt sein, z. B. durch einen Analog- oder Digitalwandler oder einen Computer und ein Display), sodass sie für den Menschen lesbar sind. Technische Verfahren ermöglichen es, immer mehr Sensoren mit MEMS-Technologie herzustellen. In den meisten Fällen erhöht sich dadurch die Möglichkeit einer erhöhten Empfindlichkeit.
Entwicklung
Der Weltmarkt für Sensoren wächst dynamisch. In Europa gibt es mehr als hunderttausend verschiedene Arten von Sensoren auf dem Markt. Diese Abbildung verdeutlicht die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Sensoren sowie die Tatsache, dass die Auswahl eines Sensors für eine bestimmte Anwendung keine leichte Aufgabe ist. Ein gewisser Grund für das zunehmende Interesse an Sensoren ist die Miniaturisierung dieser Geräte. Verantwortlich für diesen Trend ist der stetige Fortschritt in der Entwicklung informationstechnologiekompatibler Technologien. Derzeit sind Sensoren auf Basis von Silizium oder ähnlicher Technologie für nahezu jede Stückzahl verfügbar und es gibt in diesem Bereich noch Entwicklungspotenzial.
Aufteilung
Da es sich bei der wesentlichen Veränderung um den Austausch von Energien handelt, können wir die Sensoren danach einteilen, welche Art von Energie sie übertragen oder erfassen. Entsprechend der eingegebenen Messgröße klassifizieren wir Sensoren für mechanische, thermische, akustische, magnetische, Licht-, elektrische Größen, nukleare Strahlung usw. und die dazugehörigen Sensoren:
Abstand – misst die Länge einer geraden Linie zwischen zwei definierten Punkten
Position – misst die Koordinaten des angegebenen Punkts des Objekts in der angegebenen Referenz
System
Verschiebung – misst die Positionsänderung in Bezug auf den Referenzpunkt,
Nähe – erkennt das Vorzeichen (positiv oder negativ) des linearen Abstands zwischen
ein Objektpunkt und ein fester Referenzpunkt,
Füllstandsmesser – misst den Abstand zur Oberfläche der Flüssigkeit oder des Schüttguts im Tank
in Bezug auf die angegebene horizontale Bezugsfläche,
Winkelmesser – misst den Drehwinkel in Bezug auf die Referenzposition,
Neigungsmesser – misst den Winkel in Bezug auf die Senkrechte zum Boden,
Drehzahlmesser – misst die Umfangsgeschwindigkeit,
Vibrationssensor – misst die Bewegung eines vibrierenden Objekts, ausgedrückt als Verschiebung, Geschwindigkeit oder
Beschleunigung,
Beschleunigungsmesser – misst die Beschleunigung.
Zu den Kraftsensoren und ähnlichen Größen zählen:
Drucksensor – misst die Druckdifferenz zum Vakuum oder zum Referenzdruck (Überdruck oder Unterdruck),
Kraftsensor – misst Normal- oder Scherkraft
Drehmomentsensor – misst Drehmoment,
Dehnungsmessstreifen – misst die lineare proportionale Dehnung
Der taktile Sensor misst die Wirkung von Berührungen,
Matrix taktil – misst die Verteilung von Normal- oder Scherkräften
Entsprechend dem elektrischen Ausgangssignal unterteilen wir die Sensoren in:
aktiv – unter dem Einfluss einer Eingangsgröße verhalten sie sich wie eine Quelle elektrischer Energie: Induktions-, thermoelektrische, fotoelektrische, piezoelektrische Sensoren
passiv – parametrisch – jeder der Sensorparameter ändert sich aufgrund der Wirkung der Eingangsgröße: Widerstand, Induktivität, Kapazität
Nach dem verwendeten physikalischen Prinzip:
dilatorisch
Verformung
piezoelektrisch
thermoelektrisch
fotoelektrisch
Saal