Elektronische Sensoren

Was sind elektronische Sensoren?

Als elektrische Sensoren bezeichnet man in der Elektrotechnik Bauteile, deren Funktion darin besteht, Messwerte zu erfassen.

In welche Kategorien unterteilt man Sensoren?

Generell werden Sensoren in 2 Kategorien unterteilt. Aktive und passive Sensoren. Von aktiven Sensoren spricht man, wenn ein Sensor eine Versorgungsspannung benötigt, um aktiviert zu werden. Ein Beispiel für einen aktiven Sensor sind Leuchtdioden. Passive Sensoren benötigen keine Versorgungsspannung. Beispiele hierfür sind Kameras oder Temperatursensoren.

Welche Arten von Sensoren gibt es?

Es gibt eine riesige Auswahl an Sensoren für verschiedene Anwendungsfälle. Die wichtigsten Sensoren lassen sich aber in folgende Kategorien gliedern.

Biometrische Sensoren

Diese Sensoren Messen biometrische Daten bzw. physische Merkmale. Die bekanntesten Vertreter von biometrischen Daten sind Fingerabdrücke, Gesichter bei Gesichtserkennung, Retina (Iris) oder der Herzschlag. Biometrische Sensoren enthalten meistens einen optischen- oder einen Infrarot-Sensor zur Erfassung der biometrischen Daten. Fingerabdrücke werden durch Infrarot gemessen, um Fingerabdrücke zu erkennen und zu mappen. Bei Pulsuhren oder Herzschlag-Messern wird mittels LEDs das Gewebe durchleuchtet und ein optischer Sensor misst das reflektierende Licht. Alternativ kann direkt mit Licht im grünen Wellenbereich gemessen werden.

Infrarot-Sensoren

Bei Infrarot-Sensoren werden Infrarot-Strahlen ausgesendet und durch Reflexion ähnlich einem Echolot Messwerte erfasst. Mit einem Infrarot-Sensor können Entfernungen gemessen werden, aber auch Farbunterschiede erkannt werden, da Farben Licht unterschiedlich stark reflektieren. So kann ein Roboter z.B autonom einer aufgezeichneten Linie folgen.

Lagesensoren/GPS-Sensoren

Unter Lagesensoren werden Sensoren zusammengefasst, die auf Gyroskopen oder Barometern basieren. Bei digitalen Barometern wird der Luftdruck auf eine Sensorplatte gemessen. Bei Lagesensoren kann mittels Gyroskop die Lage bestimmt werden. Oftmals sind bei Lagesensoren zusätzlich Beschleunigungsmeter verbaut, um Beschleunigung zu messen.

Optische Sensoren/Lichtsensoren

Als optische Sensoren bezeichnet man alle Geräte, die mithilfe von Licht aus dem gesamten Spektrum Daten erfassen und weiterleiten können. Ein Beispiel für einen optischen Sensor ist der Phototransistor. Diese Sensoren erkennen, basierend auf dem photoelektrischen Effekt, einfallendes Licht. Häufige Anwendungsgebiete sind Lichtschranken oder bei Dämmerungsschalter. Varianten des Phototransistors sind UV Licht, Sensoren oder Infrarot Sensoren. Diese arbeiten ähnlich, erkennen jedoch lediglich Licht eines bestimmten Spektrums. Mit Lichtintensitätssensoren lässt sich sogar die Helligkeit messen, um in der Heimautomatisierung Rollläden automatisch schließen oder öffnen zu lassen.

Flüssigkeitssensoren/Gas-Sensoren

Flüssigkeitssensoren existieren in einer Vielzahl von Ausführungen und Funktionsweisen. Mit einem kapazitativen Bodenfeuchtigkeitssensor lässt sich auch für Anfänger leicht eine automatische Bewässerungsanlage realisieren. Der Sensor misst dabei die Bodenfeuchte und kann so den Impuls liefern, wann eine Pflanze gegossen werden sollte. Mit einem Durchflusssensor lässt sich durch denn Hall-Effekt z.B die Durchlaufmenge in einer Wasserleitung messen. Gassensoren verwenden unterschiedliche Messmethoden. Man unterscheidet zwischen physikalischen Messmethoden (Molekülmasse oder Diffusionsverhalten), chemische Messmethoden (Reaktivität oder Oxidierbarkeit) oder basierend auf elektrischen Prinzipien (Kapazitivität, thermische Prinzipien oder Optik).

Ultraschall Sensoren

Bei Ultraschallsensoren wird mittels eines hochfrequenten Schallimpulses der Abstand zu einem Objekt ermittelt. Trifft der Impuls auf ein Hindernis, wird er von diesem reflektiert und zum Sensor zurückgeleitet. Dieser kann den reflektierten Impuls erkennen und den Abstand des Objektes messen. Die Berechnung des Abstandes selbst erfolgt über die Zeitspanne zwischen Senden und Empfangen des Schallimpulses.

Strom- /Spannungssensoren

Bei Stromsensoren muss zwischen Wechsel- und Gleichstrom unterschieden werden. Bei Wechselstrom verwendet man häufig induzierten Strom zum Messen eines Stromes. Dabei wird der Strom durch einen Ringkern geleitet. Das magnetische Wechselfeld, dass durch den Wechselstrom erzeugt wird, induziert in einer Messspule im Sensor einen Strom, welcher dann umgewandelt und als Messwert ausgewertet werden kann.

Temperatursensoren

Temperatursensoren werden in zwei Kategorien unterteilt. Kaltleiter (PTC) und Heißleiter (NTC), auch Thermistoren genannt. Bei Kaltleitern wird die Temperaturerhöhung durch eine Erhöhung des Widerstandes signalisiert. Bei Heißleitern sinkt der Widerstand bei Erhöhung der Temperatur. Es gibt mehrere Funktionsweisen, die beiden häufigsten Varianten sind Sensoren mit Bimetallen. Bei diesen wird bei steigender Temperatur ein Bimetall gekrümmt, wodurch ein Schalter betätigt wird.

Die zweite Variante sind ferromagnetische Temperatursensoren. Hierbei verändert sich die Haftung eines Dauermagnetes bei Änderung der Temperatur. Dieser Magnet hält eine Feder unter Spannung. Je nach Temperatur wirkt der Magnet stärker oder schwächer auf die Feder, wodurch sich die Spannung der Feder ändert. Diese Spannung ist dann messbar.

FAQ Elektrische Sensoren

Was gibt es für Sensoren?

Sensoren werden in aktive und passive Sensoren unterteilt. Es gibt für nahezu alle messbaren Dinge Sensoren. Temperatursensoren, Lichtsensoren, Spannungssensoren, Gassensoren, Flüssigkeitssensoren oder biometrische Sensoren um nur einige zu nennen.

Was sind resistive Sensoren?

Als resisitver Sensoren bezeichnet man  Sensoren, bei denen die Messung durch änderung des elektrischen Widerstandes geschieht. Das kann durch eine Dehnung des Materials passieren aber auch durch eine Änderung der Temperatur.

Wo werden Sensoren benötigt?

Sensoren werden immer dann benötigt wenn mit Messwerten gearbeitet werden möchte. Die Überwachung von Temperaturen oder Wasserständen sind nur zwei Anwendungsfälle für Sensoren