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Ein Sensor (lateinisch sensus: "Gefühl") oder (Mess-)Fühler ist ein technisches Bauteil, das neben bestimmten physikalischen oder chemischen Eigenschaften (z. B.: Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallwechseldruck, Schall, Helligkeit, Magnetismus, Beschleunigung, Kraft) auch die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Die Begriffe Sensor und Messgerät sind klar voneinander abgegrenzt: Der Sensor misst und das Messgerät verarbeitet die Umweltbedingungen. Sensoren, die Strahlung (z. B. Licht, Röntgenstrahlung) oder Teilchen nachweisen, bezeichnet man als Strahlungs- bzw. Teilchendetektoren. Auch ein normales Mikrofon ist ein Sensor für den Schallwechseldruck.

Man unterscheidet zwischen aktiven und passiven Sensoren:

  • Aktive Sensoren: Geben eine Spannung oder einen Strom ab wenn sich der zu messende Zustand ändert und sind selbst energieverbrauchend. Sensoren mit digitalem Ausgang gehören ebenfalls zu den aktiven Sensoren. Die aktiven Sensoren wandeln nicht elektrische Größen direkt in elektrische Größen um. Sie wirken somit wie elektrische Spannungsquellen.

  • Passive Sensoren: Ändern über elektrische Eigenschaften, elektrische Größen (z.B. Widerstand). Sie funktionieren derart, dass nicht elektrische Größen ohne Energieumwandlung elektrische Größen beeinflussen.

Der Begriff wird in der Technik und in den Lebenswissenschaften (Biologie und Medizin) verwendet, seit einigen Jahren verstärkt auch in den Naturwissenschaften. Beispiel für letztere sind Anwendungen von CCD-Bildsensoren (= Charge-coupled Device) 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, meistens elektrisch-elektronisch verstärkt, in der zugehörigen Steuerung verarbeitet, die entsprechende weitere Schritte auslöst. In den letzten Jahren wird diese anschließende Signalverarbeitung auch zunehmend im Sensor vorgenommen. Solche Sensoren beinhalten einen Mikroprozessor oder ein Mikrosystemen und besitzen sozusagen „Intelligenz“, daher werden sie auch als Smart-Sensoren (engl. smart sensors) bezeichnet.

Sensorübersicht nach Messgröße

Beispiele für Sensoren (alphabetisch):

Thermischer Massenfluss-Sensor wie z. B. **Luftmassensensor

Sensoren nach Messprinzip

Beispiele für Sensoren kategorisiert nach Messgrößen:

Resistive Sensoren

Beruhen auf dem Effekt der elektrischen Widerstandsänderung.

Siehe auch: Ohmsche Sensoren

Induktionsaufnehmer

Beruhen auf magnetischer Induktion (dem physikalischen Effekt der Elektrodynamik)

Differentialtransformator

Der Differentialtransformator beruht auf den physikalischen Gesetzen des Elektromagnetismus. Bei einem Differentialtransformator wird eine Wegstrecke x durch Induktionsänderung gemessen. An eine Primärspule wird eine Eingangswechselspannung gelegt. Gegenüber von dieser ersten Spule befindet sich eine zweite Spule, die unterteilt ist, so dass das mittlere linke Ende mit dem äußersten rechten verbunden ist und der Abgriff zwischen dem äußersten linken und dem mittleren rechten liegt. Dort wird die Ausgangsspannung abgegriffen. Wird ein Eisenkern, der sich zwischen den beiden Spulen befindet um die Strecke x verschoben, ändert sich die Induktion. Wird er über die mittlere Position hinaus verschoben, ändert sich die Polarität am Abgriff der Ausgangsspannung.

Induktive Sensoren

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

Wirbelstromaufnehmer

die auf dem Prinzip des Wirbelstroms beruhen

Induktiver Näherungsschalter

die auf einer Veränderung des magnetischen Feldes beruhen

Magnetfeldsensoren

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

Magnetoelastische Sensoren

die auf dem Effekt der magnetischen Permeabilitätsänderung bei Längenänderung beruht

Kapazitive Sensoren

beruhen auf einer Änderung der Kapazität eines Kondensators

Piezoelektrische Sensoren

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

Optoelektronische Sensoren

Optoelektronische Sensoren haben die Aufgabe, optische Informationen in elektrisch auswertbare Signale umzuwandeln. Dabei beschränkt man sich vornehmlich auf sichtbares Licht, sowie Infrarotstrahlung und ultraviolettes Licht. Grundlage der optischen Sensoren ist die Wandlung der Signale durch quantenmechanische Effekte von Licht (Fotoeffekt).

So nutzen z. B. Fotozellen den äußeren Fotoeffekt. Optische Sensoren können auch auf dem inneren fotoelektrischen Effekt beruhen, sie bestehen größtenteils aus Halbleitern, in denen beim Einwirken von Licht Ladungsträger entstehen die die elektrischen Eigenschaften des Materials ändern. Das einfallende Licht verursacht daher entweder eine veränderte elektrische Leitfähigkeit (Fotowiderstand) oder eine Fotospannung (Fotodiode bzw. Fotoelement). Eine spezielle Variante des inneren Fotoeffekts ist der Sperrschichtfotoeffekt (fotovoltaischer Effekt) er wird bei Halbleiterdetektoren (Fototransistor, Fotothyristor) genutzt.

Technische Anwendung finden optische Sensoren bei Lagemessungen (z. B. Lichtschranke), Drehzahl- und Winkelmessung sowie bei der Abstandsmessung. Nicht zu vergessen sind auch die optischen Sensoren in digitalen Foto- und Videokameras (CMOS- und CCD-Sensor) und in der Mustererkennung (z. B. Barcodescanner).

Temperatursensoren

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

Weiterführende Themen

Signalaufbereitung

Typische Verstärker zur Signalaufbereitung:

Literatur

  • Schiessle, Edmund: Sensortechnik und Messwertaufnahme, Würzburg, 1992
  • Jörg Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik, Leipzig, 2002
  • Schmidt, Wolf-Dieter:Sensorschaltungstechnik Würzburg, 2002

Siehe auch

Messtechnik, Messgeräte, Sensorik, Distanzsensor

Weblinks

Messgerät | Sensor

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