Sensoren
Aufgabe und Funktionsweise von Sensoren
Ein Sensor (auch Detektor, Aufnehmer oder Fühler) wandelt nichtelektrische Parameter in elektrisch auswertbare Informationen um. Dazu erfasst er chemische oder physikalische Eigenschaften mit verschiedenen Messprinzipien. Ein Wandler übersetzt die aufgenommenen Informationen in elektrische Signale, die sich anschließend von einer Steuerung oder einer Regelung interpretieren lassen. Die Geräte kommunizieren über Kabel oder Funk und sind für verschiedene Messgrößen erhältlich. So gibt es Sensoren für Temperaturen, Licht, Druck, Feuchtigkeit oder sogar Radioaktivität. Typisch ist auch die Unterscheidung der Fühler nach ihrem Wirkprinzip.
Experten teilen Fühler in die folgenden Kategorien ein:
| Sensor Wirkprinzip | Funktionsweise | Beispiel |
|---|---|---|
| Thermoelektrisch | elektrische Spannung verändert sich proportional zur Temperaturänderung | Thermoelement |
| Resistiv | Ohmscher Widerstand ändert sich in Abhängigkeit der Messgröße | Heiß- und Kaltleiter |
| Piezoelektrisch | elektrische Spannung entsteht durch elastische Verformung spezieller Materialien | Drucksensor |
| Kapazitiv | durch die Änderung der Messgröße speichern Kondensatoren mehr oder weniger Energie | Feuchtigkeitsmesser |
| Induktiv | Veränderung des Magnetfeldes um eine Spule durch ein Messobjekt | Abstandsmesser |
| Optisch | elektrische Eigenschaften ändern sich durch auftreffendes Licht | Lichtschranke |
Spezielle Eigenschaften von Sensoren
Damit ein Sensor richtig funktioniert, muss er optimal zu einem gewünschten Anwendungsbereich passen. Bei der Auswahl kommt es dabei auf spezifische Eigenschaften, wie die Messgröße an. Diese beschreibt grundsätzlich, welche Parameter (Druck, Temperatur, Abstand) ein Fühler erfassen kann.
Um eine hohe Messgenauigkeit sicherstellen zu können, kommt es darüber hinaus auch auf die Reaktion auf Umwelteinflüsse an. Gemeint sind damit zum Beispiel Temperatur- oder Feuchtebereiche, in denen der Fühler die Messwerte korrekt erfassen kann. Wichtig sind außerdem folgende Eigenschaften:
- der Messbereichsumfang (beschreibt den Bereich einer Eingangsgröße, den ein Fühler erfassen kann)
- der Ausgabebereich (beschreibt das Intervall der Ausgabesignale beim kleinsten und größten Wert der Messgröße)
- Auflösung (beschreibt die kleinste Veränderung einer Messgröße, die ein Sensor registriert)
- Genauigkeit (beschreibt die größtmögliche Abweichung der Ausgabewerte von der tatsächlichen Messgröße)
- Wiederholgenauigkeit (beschreibt den Fehler, der bei wiederholter Messung auftritt)
- Sättigung (beschreibt der Wert einer Messgröße, ab dem ein Fühler nicht mehr das gewünschte Verhalten zeigt)
- Totband (beschreibt den Bereich der Messgröße, auf den ein Fühler mit dem gleichen Ausgabewert reagiert)
Neben den beschriebenen Eigenschaften gibt es zahlreiche weitere, die in der Regel auch von der Art oder der Wirkweise der Messaufnehmer abhängen.
Der Einsatz von Sensoren in der Heizungstechnik
In der Heizungstechnik messen Fühler unter anderem Mediengeschwindigkeiten, Feuchtigkeitswerte oder Temperaturen. Wichtig ist das zum Beispiel bei der witterungsgeführten Heizungsregelung , die die Vorlauftemperatur abhängig von der Außentemperatur reguliert.
Der Sensor misst dabei die Temperatur in der Umgebung und erzeugt ein elektrisches Signal. Ein Regler nimmt dieses auf. Er interpretiert die Information und handelt entsprechend. So lässt er die Vorlauftemperatur bei sinkenden Außentemperaturen ansteigen, um die zunehmenden Wärmeverluste über die Gebäudehülle auszugleichen.