Sensor

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Sensor

Wie funktioniert ein Sensor? Überblick Sensoren: Arten, Einsatzbereiche, Anwendungen und Kategorisierung

Ein Sensor ist ein technisches Bauteile, das bestimmte chemische oder physikalische Eigenschaften wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Wärme und/oder die Beschaffenheit seiner Umgebung als Messgröße erfasst, den Ist-Wert. Sensoren lassen sich auch als Detektoren, (Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler bezeichnen. Der Sensor erfasst seine Umgebung und formt Sie in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal um.
Synonym(e): Sensorik, Detektoren, Messfühler, Messaufnehmer



Anwendungsbereiche

Sensoren werden in vielen unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Dazu zählen der Maschinen- und Anlagenbau sowie Anwendungen in der Fabrikautomation und Prozesstechnik. Spezielle Lösungen werden unter anderem für Lebensmittelapplikationen und mobile Arbeitsmaschinen angeboten. Neben baulichen Maßnahmen, wie hochwertige Gehäusewerkstoffe und Beschichtungen, verfügen die Sensoren auch über entsprechende Zulassungen (zum Beispiel ATEX oder E1). Weitere Einsatzgebiete in der Industrie sind:

  • Automobilindustrie
  • Medizintechnik
  • Luft- und Raumfahrttechnik

Einteilung der Sensoren

Es gibt verschiedene Kategorien, nach denen Sensoren eingeteilt werden können. Dazu zählen:

  • Baugröße
  • Fertigungstechnik
  • Einsatz- und Verwendungszweck
  • Wirkungsweise beim Umformen (passive und aktive Sensoren)
  • virtuelle, digitale, molekulare Sensoren

Eine weitere Einteilung in aktive und passive Sensoren wird vorgenommen anhand der Erzeugung oder Verwendung von elektrischer Energie:

Aktive Sensoren sind:

  • Thermoelement (physikalische Grundlage: Thermoelektrischer Effekt)
  • Lichtsensor (physikalische Grundlage: Photoelektrischer Effekt)
  • Drucksensor (physikalische Grundlage: Piezoelektrischer Effekt)

Passive Sensoren sind:

  • Wägezellen
  • Widerstandsthermometer
  • Dehnungsmessstreifen
  • Magnetfeldsensoren (Hall-Sonde)

Außerdem wird unterschieden zwischen binären und analogen Sensoren.

Binäre Sensoren
Binäre Sensoren haben ein schaltendes Ausgangssignal und werden z. B. zum Erkennen von Endlagen eingesetzt.
Analoge Sensoren
Analoge Sensoren haben Ausgangssignale, die mehr Informationen als 0 und 1 enthalten. Diese können als Wegmesssysteme: Wegsensor, Wegaufnehmer, Positionssensor Abstände und Wege erfassen.

Sensor-Arten nach physikalischem Funktionsprinzip

Funktion von Sensoren

Zahlreiche Sensoren funktionieren nach dem elektromagnetischem Prinzip. Dabei entsteht ein elektrisches Feld, wenn der magnetische Fluss geändert wird. Umgesetzt wird dies zum Beispiel mit einer Spule, die die elektrische Spannung misst, also wenn das Magnetfeld „gestört“ wird. Verschiedene Sensor-Arten bzw. Messprinzipien sind unter anderem:

Ultraschall
Ultraschallsensor messen z. B. den Abstand eines Fahrzeugs zu seinem Umfeld.
induktiv
Induktive Näherungssensoren
kapazitiv
Kapazitive Sensoren auch zur Feuchtemessung
magnetisch
Magnetsensor, Magnetschalter
magnetostriktiv
Magnetostriktive Wegaufnehemer
optisch/Laser
Optosensoren, Lasersensor, Lichtschranke, Vision-Sensoren, Farbsensoren. Bei Lichtsensoren werden statt einer Spule, Kristalle eingesetzt, welche ihre elektrische Leitfähigkeit bei Lichteinstrahlung ändern.
potentiometrisch
Linearpotentiometer, Seilzugsensoren
Temperatur
Temperatursensor funktionieren entweder kontaktthermometrisch oder pyrometrisch. Häufig sind sie mit einem Bimetall versehen; der Metallstreifen verbiegt sich abhängig von der Temperaturänderung.
Geschwindigkeit
Beschleunigungssensoren

Weitere Sensoren

  • Positionssensor (Überbegriff für mehrere Unterarten)
  • Prozesssensorik
  • Sensoren für Motion Control
  • Sicherheitssensoren
  • Wirbelstromsensoren zur Messung von Dicken und Längen von elektrisch leitenden Werkstoffen. Sie sind den berührungslosen Abstandsmessern zuzuordnen.
  • Zustandssensoren (für die Prozesssicherheit)
  • RFID-Sensoren bestehen aus einem Transponder und einem Lesegerät.

Schnittstellen von Sensoren

Ausgangssignale analoger Sensoren können Spannungs- oder Stromwerte sein (0 - 10 V oder 4 - 20 mA) oder digitale Signale wie z. B. SSI oder Bus-Schnittstellen.

Üblich sind beim Spannungsausgang 0 - 10 V. Es gibt auch Versionen mit 0 - 5 V, -10 - +10 V oder 0,5 V - 5 V.

Beim Stromausgang sind die Varianten mit 0–20 mA und 4–20 mA am gebräuchlichsten. Die 4-20 mA Stromschnittstelle hat den Vorteil dass ein Kabelbruch des Sensors erkannt werden kann. Der kleinste Ausganggstrom (z. B. bei Nullposition) liegt bei 4 mA. Bei einem Kabelbruch fließt kein Strom mehr und wird von der Steuerung dann als Fehler erkannt.

Der IO-Link ist eine Weiterentwicklung der digitalen Sensorschnittstellen. IO-Link basiert auf einer einfachen Punkt-zu-Punktverbindung mit einem ungeschirmten 3-adrigen Kabel. IO-Link ist die erste, weltweit standardisierte IO-Technologie (IEC 61131-9), um mit Sensoren und auch Aktuator zu kommunizieren.

Da Sensoren immer auch eine Schnittstelle zur Außenwelt sind, also Kontakt mit Bauteilen, der Luft, Witterung oder anderen physikalischen Größen aufweisen, muss nach einer gewissen Zeit mit Abnutzungserscheinungen gerechnet werden.

Sensoren Messen

Die Sensor + Test ist eine Messtechnik-Messe in Nürnberg. Diese Messe ist das weltweit führende Forum im Bereich Sensorik, Messtechnik und Prüftechnik. Im vergangenen Jahr 2017 präsentierten rund 570 Aussteller aus knapp 30 verschiedenen Nationen eindrucksvoll die gesamte Bandbreite der messtechnischen Systemkompetenz vom Sensor bis zur Auswertung. Parallel zur Ausstellung finden Kongresse wie die 19. ITG/GMA-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2018 und die ettc2018 European Test and Telemetry Conference statt. Diese Veranstaltungen bereichern die Messe mit wissenschaftlichen Grundlagen und Ausblicken in die Zukunft der Branche.

Das Ausstellungsspektrum umfasst die Bereiche
  • Sensorik (Sensorelemente, Sensoren, Sensorsysteme und sensorische Messgeräte, Dienstleistungen, Forschung und Entwicklung für Sensortechnologien)
  • Messtechnische Systeme (Geräte, Komponenten und Software)
  • Mess- und Prüftechnik für Fahr-/Flugzeugtechnik (Material- und Qualitätsprüfung, kundenspezifische Mess- und Prüfsysteme)
  • Labormesstechnik (Kalibrier-, Analyse- und Prüfgeräte)

Homepage der Messe Sensor + Test

ie Sensor + Test Messe auf Social Media: Der offizielle Twitter-Kanal der Messe ist unter @sensorplustest zu finden. Ebenso der offizielle Twitter-Hashtag: #sensortest

Anbieter Sensoren