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Ratgeber
Sensoren sind sowohl aus Industrie und Forschung als auch aus unserem Alltagsleben kaum mehr wegzudenken. Sie erfassen Daten, die mithilfe von Geräten der Messtechnik aufgenommen und ausgewertet werden können. Die Vielfalt an Sensoren ist überaus groß. Welche Typen von Sensoren es gibt und wie sie funktionieren, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Anwendungsbeispiel aus der Feld- & Prozesstechnik
Ob in Thermometern, Überwachungskameras, Rauchmeldern, Blutdruckmessgeräten oder Heizungen – Sensoren begegnen uns im Alltag beinahe überall. Der Begriff „Sensor“ leitet sich vom lateinischen Verb sentire ab und bedeutet so viel wie „beobachten“, „wahrnehmen“, „fühlen“. Die Aufgabe eines Sensors lässt sich anhand der menschlichen Sinne veranschaulichen: Bildlich gesprochen kann er Ereignisse aus der Umgebung sehen, ertasten, hören, riechen und schmecken. De facto handelt es sich bei Sensoren um technische Bauteile, die dazu dienen, physikalische, chemische und biologische Grössen zu erfassen und sie somit messbar zu machen. Die gemessenen Werte werden in ein elektrisches Signal umgeformt und an ein Datenverarbeitungssystem weitergeleitet, um schliesslich ausgewertet werden zu können.
In unserem Onlineshop finden Sie neben Sensoren unterschiedlicher Art Sensoren-Zubehör wie Befestigungssysteme und Kunststoffgehäuse sowie Sicherheits-Komponenten, zum Beispiel Lichtschranken und Sicherheitsrelais.
Sensoren können physikalische, chemische und biologische Messgrössen erfassen. Zu den Sensoren, die physikalische Eigenschaften messen, gehören beispielsweise Drucksensoren, mit denen stationäre Drücke, Druckdifferenzen und Druckschwankungen ermittelt werden können, sowie Bewegungssensoren und PIR-Sensoren, die typischerweise in Bewegungsmeldern verbaut sind. PIR-Sensoren erfassen nur Veränderungen der Temperatur und sind dahingehend von Temperatursensoren zu unterscheiden. Ein Temperatursensor misst die Temperatur konstant – unabhängig davon, ob sie sich ändert oder nicht. Elektrische Grössen wie Strom, Spannung und Widerstand können Sensoren ebenfalls messen.
Sensoren zur Erfassung chemischer Grössen messen zum Beispiel den pH-Wert, Sauerstoffgehalt oder die Ionenstärke. Zu dieser Gruppierung zählen unter anderem Gas-Sensoren, mit deren Hilfe gasförmige Substanzen wie Methan, Ethanol, Erdgas oder Kohlenstoffmonoxid detektiert werden können. Zu guter Letzt erfassen Sensoren auch biologische Werte wie Puls, Gehirnströme und Blutdruck.
Sensoren funktionieren nach unterschiedlichen Mess- beziehungsweise Wirkprinzipien. Kapazitive Sensoren erfassen Daten basierend auf der Veränderung der elektrischen Kapazität eines Kondensators. Hier macht man sich den Umstand zunutze, dass sich die elektrische Kapazität eines Kondensators mit dem Abstand seiner Elektroden verändert. Daraus lässt sich eine messbare Größe ableiten, die beispielsweise zur Abstands- und Dickenmessung genutzt werden kann. Aus diesem Grund gibt es Näherungsschalter und Näherungssensoren sowie Distanzsensoren, die auf dem kapazitiven Messprinzip beruhen. Drucksensoren und Feuchtigkeitssensoren, die den Feuchtigkeitsgehalt eines Mediums messen, können ebenfalls kapazitive Sensoren sein.
Im Gegensatz zur kapazitiven Sensortechnik beruht die induktive Sensortechnik – wie der Name schon andeutet – auf Induktivität. Induktive Sensoren arbeiten mit einem elektromagnetischen Wechselfeld über einer Kupferspule, die sich in einem Schalenkern aus Ferrit befindet. Nähert sich ein elektrisch leitfähiges Metallobjekt, wird das Magnetfeld deformiert oder bedämpft. Das heißt, die Schwingungsamplituden der Wirbelströme im Magnetfeld ändern sich. Das hat wiederum zur Folge, dass sich die Impedanz der Spule ändert. Der Sensor registriert die Veränderung der Schwingungsamplitude und gibt bei Unterschreiten eines bestimmten Werts das Schaltsignal aus. Induktive Sensoren dienen dazu, metallische beziehungsweise magnetische oder elektrisch leitende Objekte zu identifizieren und können bei der Abstandsmessung eingesetzt werden. Da sie berührungslos messen, spielen sie vor allem im Bereich der Automatisierung eine große Rolle.
Neigungssensoren, mit denen Neigungen im Raum beziehungsweise Steigungen in der Umgebung erfasst werden können, basieren mitunter auf induktiver Sensortechnik. Es gibt aber auch kapazitive Neigungssensoren.
Magnetische Sensoren haben eine höhere Reichweite als induktive Sensoren und zeichnen sich durch eine kleine Bauform und zugleich hohe Schaltabstände aus. Sie sind universell einsetzbar und schalten berührungslos. Hall-Sensoren (benannt nach dem US-amerikanischen Physiker Edwin Hall) basieren auf dem magnetischen Messprinzip und dienen dazu, Magnetfelder nachzuweisen und zu messen.
Neben kapazitiven, magnetischen und induktiven Sensoren gibt es optische Sensoren, die Intensität, Farbe und Laufzeit von Licht erfassen können. Sie bestehen aus einem Lichtsender, auf den das Licht trifft, und einem Lichtempfänger, der das eingehende Signal auswertet. Optische Sensoren haben gegenüber kapazitiven, induktiven und magnetischen Sensoren den Vorteil, dass elektrische oder magnetische Felder die Messung nicht beeinflussen. Sie werden häufig im Bereich der Automatisierung und in Smartphones eingesetzt.
Sensoren begegnen uns im täglichen Leben vielerorts. Radarsensoren beispielsweise sind in automatisierten Türen zu finden und ein wesentlicher Bestandteil Radar-basierter Einparkhilfen. Die Sensorik beruht auf Radartechnik: Indem der Sensor sekündlich Tausende von elektromagnetischen Signalen ausstößt und die Zeit bis zum wiederkehrenden Echo misst, kann er den Abstand eines Autos zur Umgebung ermitteln. Ultraschallsensoren werden ebenfalls in Parkdistanzkontrollen eingesetzt.
Zeitschaltuhren und Hausnummernbeleuchtungen sind Beispiele für die Verwendung von Lichtsensoren. Ein Lichtsensor misst die Helligkeit in der Umgebung und löst eine spezielle Funktion aus, wenn der Ist-Wert vom Soll-Wert abweicht. Das kann beispielsweise das Einschalten des Lichts bei zunehmender Dämmerung sein. Beschleunigungssensoren messen hingegen die Vibration beziehungsweise Beschleunigung eines Objekts. Sie werden unter anderem zur Auslösung von Airbags in Kraftfahrzeugen und in Alarmanlagen eingesetzt. Gerade in der Technik spielen Beschleunigungssensoren eine große Rolle.
Füllstandssensoren sind in Kaffeemaschinen, Waschmaschinen und Geschirrspülern integriert, um die Wassermenge zu steuern und gegebenenfalls zu warnen, wenn das Wasser nicht abläuft oder sich zu wenig Wasser im Gerät befindet.
Auch in der Industrie sind Sensoren nicht mehr wegzudenken. Gerade Produktions- und Logistikprozesse werden zunehmend automatisiert, weshalb der Einsatz von Sensoren unumgänglich scheint. Niveauüberwachungs-Sensoren beispielsweise finden Verwendung, um Regenwassertanks, Kompressordruckbehälter, Boiler und Brunnen zu überwachen oder Pumpen zu steuern.
Encoder erfassen Drehbewegungen und erweisen sich insbesondere in der Elektrotechnik und Elektronik als nützlich. Sie dienen der Positionsbestimmung, Drehzahlmessung an rotierenden Maschinen und Wegmessung an Fließbändern. In der Chipkartentechnik, die Unternehmen zum Beispiel für Zutrittskontrollen nutzen, sind Sensoren ebenfalls zu finden.
Ein weiterer großer Anwendungsbereich ist die Umwelttechnik. Mit der Hilfe von Sensoren können Emissionen in Kohlekraftwerken, beispielsweise von Kohlenstoffdioxid, und der pH-Wert in Kläranlagen oder Flüssen ermittelt werden. Für die Überwachung des Trinkwassers, etwa hinsichtlich des Chlorgehalts, werden ebenfalls Sensoren herangezogen.
Unser Praxistipp
Für die Steuerung von Messtechnikprojekten und Sensorsystemen sowie die einfache und schnelle Auswertung der erfassten Daten, ist die Einbindung einer Software empfehlenswert. Hiermit lassen sich beispielsweise Schwellenwerte oder Abtastintervalle modifizieren und Daten in Tabellenform ausgeben. Manche Versionen bereiten die Daten sogar grafisch in Form von Diagrammen auf.
Was ist der Unterschied zwischen aktiven und passiven Sensoren?
Die Unterscheidung in aktive und passive Sensoren richtet sich danach, ob die Sensoren für die Messung eine elektrische Hilfsenergie benötigen oder nicht. Aktive Sensoren sind in der Lage, eigenständig Spannung zu erzeugen, und benötigen keine zusätzliche Energiezufuhr von außen, während passive Sensoren nicht ohne Hilfsenergie auskommen.
Brauche ich für jeden spezifischen Sensor ein spezifisches Schaltmodul?
Nicht zwangsläufig. In unserem Onlineshop finden Sie Universal-Sensormodule, die mit vielen unterschiedlichen Typen von Sensoren und Messfühlern kompatibel sind.
Ein Must-Have für jeden Werkzeugkasten
In den Werkzeugkasten eines Anlagenbauers gehört verschiedenstes Equipment, darunter auch unterschiedliche Sensoren! Welche Sensoren in Ihren Werkzeugkasten gehören, erfahren Sie in unserem Ratgeber!