Nachricht vom 07.03.2022 
Wie funktionieren eigentlich Sensoren?
In der heutigen Zeit sind Sensoren nicht mehr wegzudenken! Sie umgeben uns im Alltag und sind in automatischen Türen, Rauchmeldern, Waschmaschinen und TV-Geräten verbaut. Sensoren lenken die Technik in Smartphones und Tablets und ermöglichen die Funktionstüchtigkeit von Autos, Zügen, Schiffen und Flugzeugen. Mit der fortschreitenden Digitalisierung wird moderne Sensorik zur Voraussetzung von Automatisierungsprozessen. Sensoren machen Anwendungen wie Smart Home und Industry 4.0 erst möglich. Dabei übernehmen sie die unscheinbare, aber wichtige Aufgabe der Datensammlung. Doch wie funktionieren Sensoren und wie können sie eingesetzt werden?
Was bedeutet Sensorik?
Die technische Sensorik beschreibt die Nutzung von Sensoren zur Messung diverser chemischer und physikalischer Merkmale. Ein Sensor wird daher auch als “Detektor” oder “Fühler” bezeichnet. Er ist ein relativ simples technisches Bauteil, das einen Ist-Zustand misst und diesen an ein Datenverarbeitungssystem weiterleitet. Der Sensor ist dabei direkt an der Messstelle positioniert und funktioniert als Schnittstelle zwischen der Datenverarbeitung und der Außenwelt des Systems.
Sensoren sind in einen Regelkreis eingebettet. Dieser verkörpert ein sich selbst lenkendes System, das pausenlos Ist-Werte mit Soll-Werten vergleicht. Werden Abweichungen erkannt, ergreift das System eigenständig Gegenmaßnahmen, um den Soll-Wert wieder herzustellen. Dabei kann es zu einer Selbstregulation kommen, indem sich das System wieder einpendelt. Oder es wird eine Alarmsituation ausgelöst bzw. die Abschaltung des Systems veranlasst.
Verschiedene Arten von Sensoren
Die Sensorik erlaubt es, dass fast jeder physikalisch denkbare Zustand mit einem entsprechenden Sensor ausgestattet werden kann. Die Forschung entwickelt immer leistungsfähigere Sensoren, doch sind laut Hersteller sensirion die derzeit auf dem Markt gehandelten Sensoren bereits zu einschneidenden Leistungen fähig.
Folgende Arten von Sensoren sind dabei erhältlich:
● Kapazitive Sensoren reagieren auf eine Änderung des elektrischen Feldes in
der Umgebung der Sensorelektrode. Sie finden z.B in Touchscreens ihre
Verwendung, die auf Berührung statt auf Druck ansprechen.
● Ultraschall-Sensoren arbeiten mit nicht hörbaren Schallimpulsen und werten
das Echo aus.
● Induktive Sensoren erzeugen elektromagnetische Felder, die in
Metallobjekten Wirbelströme erzeugen. Diese wiederum werden vom Sensor
erkannt.
● Optoelektronische Sensoren kommen in Lichtschranken zum Einsatz. Sie
bestehen aus einem Sender und einem Empfänger.
● Magnetfeld-Sensoren erkennen externe Magnete und werten deren
Feldstärke aus.
● Magnetostriktive Sensoren erkennen die Position eines Magneten durch
eine Laufzeitmessung.
Wie funktionieren Sensoren?
Es überrascht, wie viele verschiedene Messvorgänge mit einem Sensor ermittelt werden können. Viele Sensoren arbeiten nach dem elektromagnetischen Prinzip. Dabei wird eine Spule mit einem exakten Magnetfeld aufgeladen. Wird dieses durch einen äußeren Einfluss gestört, wird ein Signal an ein Steuergerät weitergegeben. Beschleunigungs-, Kraft- sowie Näherungs- und Füllstandsensoren arbeiten ebenso nach diesem Aufbau wie Schallsensoren. Bei besonders feinen Messwerten, wie sie Lichtsensoren liefern, kommen Siliziumkristalle anstatt einer Spule zum Einsatz.
Temperatursensoren dagegen sind in der Regel mit Bimetallen ausgestattet. Dieser Metallstreifen verbiegt sich bei einer Temperaturänderung in einem vorher definierten Rahmen. Durch die Verbiegung ändert sich der Widerstand im Streifen. Dieser Prozess lässt sich als Veränderung der Messgröße feststellen. Die Messtechnik mittels Bimetallen lässt sich auch mit optischen Systemen verbinden. Das modernste Level von Sensoren wird in der Funk- und Radartechnik verwendet. Die dabei verwendeten Ultraschall-Sensoren sind technisch weitaus komplexer als die elektromagnetischen Messwertaufnehmer. Sie sind aktive Bauteile und warten nicht nur auf ein Signal, sondern senden eines aus und verwerten die durch das Echo entstehenden Daten.
Bekannte und gängige Sensoren
Die geläufigsten Sensoren sind solche, die Werte messen, welche die Umwelt des Menschen unmittelbar betreffen und die mit den Sinnesorganen wahrzunehmen sind:
Bekannte und gängige Sensoren
Die geläufigsten Sensoren sind solche, die Werte messen, welche die Umwelt des
Menschen unmittelbar betreffen und die mit den Sinnesorganen wahrzunehmen
sind:
● Fotozellen erkennen Licht wie das menschliche Auge.
● Drucksensoren und Thermometer empfinden wie die Haut Druck und Temperatur.
● Mikrofone verarbeiten Schall wie das menschliche Gehör.
● Feinstaubmesser funktionieren ähnlich des Geruchssinns.
● Thermometer, Hygrometer und Barometer messen Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck. Sie geben Aufschluss über das Wetter.
● CO-Sensoren warnen vor erhöhter Konzentration von Kohlenmonoxid.
Technische Sensoren im Alltag
In vielen Geräten des Alltags sind Sensoren unterschiedlicher Ausprägung verarbeitet:
● Auto: Ein PKW enthält einen Geschwindigkeitsmesser, einen Drehzahlmesser und in vielen Fällen eine Einparkhilfe.
● Waage: Hier sind Gewichtssensoren eingebaut.
● Smartphones: Gut ausgestattete Modelle verfügen über diverse Lichtsensoren, Schallsensoren, eine elektronische Wasserwaage sowie über einen Kompass und einen Barometer.
● Rauchmelder: Diese sind mit Kohlenstoffmonoxid- und Kohlenstoffdioxid-Sensoren ausgestattet und weisen Temperatur- und Lichtmesser auf. (prm)
Agentur Artikel
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