Mikrocomputerkompatibles kapazitives SensorsystemMikrocomputerkompatibles kapazitives Sensorsystem

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RegelnRegeln

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Was ist ein Was ist ein SensorSensor??• Ein Ein SensorSensor (von (von lateinischlateinisch sentiresentire, dt. „fühlen“ oder , dt. „fühlen“ oder

„empfinden“),„empfinden“),(Messgrößen-) Aufnehmer(Messgrößen-) Aufnehmer oder oder (Mess-)Fühler(Mess-)Fühler ist ein technisches Bauteil, das ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische bestimmte physikalische oder chemische EigenschaftenEigenschaften (z. B.: (z. B.: WärmestrahlungWärmestrahlung, , TemperaturTemperatur, , FeuchtigkeitFeuchtigkeit, , DruckDruck, , SchallSchall, , HelligkeitHelligkeit oder oder BeschleunigungBeschleunigung) und/oder die stoffliche ) und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativqualitativ oder als oder als MessgrößeMessgröße quantitativquantitativ erfassen kann. erfassen kann.

• Diese Größen werden mittels physikalischer oder Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in chemischer Effekte erfasst und in weiterverarbeitbare Größen (meist elektrische weiterverarbeitbare Größen (meist elektrische Signale) umgeformt.Signale) umgeformt.

ArtenArten von Sensoren von Sensoren1 Sensoren nach Messprinzip1 Sensoren nach Messprinzip

– 1.1 1.1 ResistiveResistive Sensoren Sensoren – 1.2 Induktive Sensoren1.2 Induktive Sensoren

• 1.2.1 Differentialtransformator1.2.1 Differentialtransformator • 1.2.2 Induktive Wegaufnehmer1.2.2 Induktive Wegaufnehmer • 1.2.3 Wirbelstromsensoren1.2.3 Wirbelstromsensoren • 1.2.4 Induktive 1.2.4 Induktive NäherungsschalterNäherungsschalter

– 1.3 Magnetfeldsensoren1.3 Magnetfeldsensoren – 1.4 Magnetoelastische Sensoren1.4 Magnetoelastische Sensoren – 1.5 Kapazitive Sensoren1.5 Kapazitive Sensoren – 1.6 Piezoelektrische Sensoren1.6 Piezoelektrische Sensoren – 1.7 1.7 OptoelektronischeOptoelektronische Sensoren Sensoren – 1.8 Elektrochemische Sensoren1.8 Elektrochemische Sensoren – 1.9 Temperatursensoren1.9 Temperatursensoren

Was ist ein „idealer“ SensorWas ist ein „idealer“ Sensor??• Soll streng selektiv nur auf die interessierende Größe reagierenSoll streng selektiv nur auf die interessierende Größe reagieren• Diese möglichst fehlerfrei abbilden, großer Messbereich mit hoher Diese möglichst fehlerfrei abbilden, großer Messbereich mit hoher

Auflösung, ohne Linearitätsfehler, Drift, ohne EigenrauschenAuflösung, ohne Linearitätsfehler, Drift, ohne Eigenrauschen• Rückwirkungsfreie InformationsübertragungRückwirkungsfreie Informationsübertragung• Möglichst wenige Leitungen, datensichere Verbindung mit dem Möglichst wenige Leitungen, datensichere Verbindung mit dem

übergeordneten informationsverarbeitenden Systemübergeordneten informationsverarbeitenden System• Möglichst „intelligente“ Schnittstelle für Anpassung an veränderliche Möglichst „intelligente“ Schnittstelle für Anpassung an veränderliche

AufgabenstellungenAufgabenstellungen• Störsicher gegenüber UmweltbelastungenStörsicher gegenüber Umweltbelastungen• Geringe mechanische AbmessungenGeringe mechanische Abmessungen• Möglichst niedriger EnergiebedarfMöglichst niedriger Energiebedarf• Sofortige Einsatzbereitschaft nach InbetriebnahmeSofortige Einsatzbereitschaft nach Inbetriebnahme• Auftretende Störungen selbst erkennen und weitermelden Auftretende Störungen selbst erkennen und weitermelden • Austauschbarkeit, VerfügbarkeitAustauschbarkeit, Verfügbarkeit• Kostengünstige Herstellung und hohe LebensdauerKostengünstige Herstellung und hohe Lebensdauer

Aktive Aufnehmer erzeugen aufgrund des Messprinzips ein elektrisches Signal, z. B. elektrodynamisch oder piezoelektrisch. Dabei wird keine elektrische Hilfsenergie

benötigt; in Blick auf die Energieverwendung handelt es sich um passive Sensoren. Mit diesen Sensoren ist oft – bedingt durch die physikalischen Prinzipien – jedoch nur

eine Änderung der Messgröße detektierbar, da im statischen und quasistatischen Zustand keine Energie geliefert werden kann. Eine Ausnahme ist z. B. das

Thermoelement, das auch bei konstanter Temperaturdifferenz ständig Spannung erzeugt. Außerdem sind aktive Aufnehmer in Umkehrung des physikalischen

Messprinzips auch als Aktoren nutzbar, z. B. ein dynamisches Mikrofon kann auch als Lautsprecher verwendet werden.

Passive Aufnehmer enthalten passive Bauteile, deren Parameter durch die Messgröße verändert werden. Durch eine Primärelektronik werden diese Parameter in elektrische Signale umgeformt. Dabei wird eine von außen zugeführte Hilfsenergie benötigt. Bei

Zusammenfassung des Aufnehmers mit der umformenden Stufe in den Begriff Sensor kann von aktiven Sensoren gesprochen werden. Mit diesen ist es möglich, statische

und quasistatische Messgrößen zu bestimmen. Aus diesem Grund ist die überwiegende Zahl der Aufnehmer passiver Bauart. Beispiele sind Wägezellen oder

Widerstandsthermometer.Moderne Sensoren verfügen oft über eine umfangreiche Sekundärelektronik, die über von außen zugeführte Energie betrieben wird. Dennoch sind nicht alle diese Sensoren

aktiv, vielmehr muss das Messverfahren selbst betrachtet werden.

Mikrocomputerkompatibles Mikrocomputerkompatibles kapazitives Sensorsystemkapazitives Sensorsystem

• Modulares,Modulares,• erweiterbares,erweiterbares,• in verschiedene Prozesse integrierbares in verschiedene Prozesse integrierbares SensorsystemSensorsystem• bisher schwer zu erfassende Größen können bisher schwer zu erfassende Größen können kostengünstiger einer Informationsverarbeitung kostengünstiger einer Informationsverarbeitung zugeführt werdenzugeführt werden

Industrieprojekt - angewandte Industrieprojekt - angewandte ForschungForschung

• Havariemelder: unkontrollierter Havariemelder: unkontrollierter Wasseraustritt aus WaschmaschineWasseraustritt aus Waschmaschine

• FüllstandssensorenFüllstandssensoren

TriggerTrigger

• Ein Ein TriggerTrigger ist eine Schaltung, die bei ist eine Schaltung, die bei einem auslösenden Ereignis einen Impuls einem auslösenden Ereignis einen Impuls (Triggerimpuls) oder einen Schaltvorgang (Triggerimpuls) oder einen Schaltvorgang (Schaltflanke) erzeugt.(Schaltflanke) erzeugt.

• „„http://de.wikipedia.org/wiki/http://de.wikipedia.org/wiki/Oszilloskop#Triggerung“Oszilloskop#Triggerung“

Literatur / QuellenLiteratur / Quellen

• H.-H. Seidel: Wiss. Zeitschrift der TH H.-H. Seidel: Wiss. Zeitschrift der TH KMST 27(1985)4, 553 ff.KMST 27(1985)4, 553 ff.

• T. F. et al.: G4-BerichtT. F. et al.: G4-Bericht• 3 Wirtschaftspatente3 Wirtschaftspatente