sensor

En sensor (fra latinsk sentire , dt. "Feel" eller "feel"), også kalt en detektor , (målt variabel eller måle) transduser eller (måle) sensor , er en teknisk komponent som har visse fysiske eller kjemiske egenskaper (fysisk f.eks. mengde varme , temperatur , fuktighet , trykk , lydfeltstørrelser , lysstyrke , akselerasjon eller kjemisk f.eks. pH -verdi , ionestyrke , elektrokjemisk potensial ) og / eller miljøets materielle natur kvalitativt eller kvantitativt som en målt variabel . Disse variablene registreres ved hjelp av fysiske, kjemiske eller biologiske effekter og konverteres til et elektrisk signal som kan behandles videre.

For måleteknologi brukes begrepet transduser (målt variabel sensor) i DIN 1319-1 og er definert som den delen av en måleenhet som reagerer direkte på en målt variabel. Dette gjør transduseren til det første elementet i en målekjede . I henhold til DIN 1319-2, tilhører transduseren til måle transdusere , med det samme fysiske størrelse ved inngangen og utgangen også til måle transdusere .

Avgrensningen av begrepene sensor og målt variabel transduser , målesonde , måleenhet , måleenhet, etc. er flytende, ettersom sensoren i tillegg til den faktiske transduseren noen ganger er tilordnet ytterligere elementer i målekjeden. Relaterte termer er heller ikke klart definert i litteraturen.

Klassifisering

Sensorer kan klassifiseres i henhold til deres størrelse og produksjonsteknologi, samt deres anvendelse og tiltenkt bruk. I tillegg skilles det mellom sensorer i henhold til deres virkemåte når variablene skal konverteres til passive og aktive sensorer.

Passive og aktive sensorer

Sensorer kan deles inn i aktive og passive sensorer basert på generering eller bruk av elektrisk energi.

Aktive sensorer genererer et elektrisk signal på grunn av måleprinsippet , f.eks. B. elektrodynamisk eller piezoelektrisk . Disse sensorene er i seg selv spenningsgeneratorer og krever ikke hjelpestrøm . Med disse sensorene, på grunn av de fysiske prinsippene, kan imidlertid bare en endring i den målte variabelen ofte detekteres, siden ingen energi kan tilføres i statisk eller kvasi-statisk tilstand. Et unntak er f.eks. B. termoelementet , som konstant genererer spenning selv med en konstant temperaturforskjell. I tillegg kan aktive sensorer, som reverserer det fysiske måleprinsippet, også brukes som aktuatorer , f.eks. B. En dynamisk mikrofon kan også brukes som høyttaler.

Aktive sensorer er f.eks. B.:

• Termoelement (fysisk basis: termoelektrisk effekt )
• Lyssensor (fysisk basis: fotoelektrisk effekt )
• Trykkføler (fysisk basis: piezoelektrisk effekt )

Passive sensorer inneholder passive komponenter , hvis parametere endres av den målte variabelen. Disse parametrene konverteres til elektriske signaler av primærelektronikk. En eksternt levert tilleggsenergi er nødvendig for dette. Med disse er det mulig å bestemme statiske og kvasi-statiske målevariabler. Av denne grunn er flertallet av sensorene av passiv design.

Moderne sensorer har ofte omfattende sekundær elektronikk som drives med ekstern levert energi. Imidlertid er ikke alle disse sensorene passive; selve måleprosessen må vurderes.

Passive sensorer er f.eks. B.:

• Last inn celler
• Motstandstermometer
• Strekkmålere
• Magnetiske feltsensorer ( Hall -sonde )

I henhold til måleprinsippet / driftsprinsippet

Sensorer kan klassifiseres i henhold til driftsprinsippet som sensoren er basert på. Det er en rekke applikasjoner for hvert aktivt prinsipp. Noen av driftsprinsippene og applikasjonene er oppført nedenfor som eksempler. Listen er ikke komplett.

Arbeidsprinsipp	eksempel
Mekanisk	Manometer , ekspansjonsspak , fjærbalanse , spakbalanse , termometer
Termoelektrisk	Termoelement
Motstandsdyktig	Strekkmålere (strekkmålere) , varm ledning, halvleder -strekkmålere, Pt100
Piezoelektrisk	Akselerometer
Kapasitiv	Trykkføler, regnsensor
Induktiv	Skråmåler , kraftsensor, forskyvningstransduser
Optisk	CCD -sensor , fotocelle
Akustisk	Nivåsensor, dobbel arkkontroll , ultralydstrømningsmåler ,
Magnetisk	Hallsensorer , sivkontakt

I henhold til tiltenkt bruk

Sensorer som oppdager stråling (f.eks. Lys , røntgen eller partikler ) kalles stråle- eller partikkeldetektorer . En vanlig mikrofon er også en sensor for det vekslende lydtrykket .

Videre er sensorene forskjellige i forskjellige typer oppløsning:

• Midlertidig oppløsning: tiden mellom to opptak.
• Spektral oppløsning: båndbredde til spektralkanalene, antall forskjellige bånd.
• Radiometrisk oppløsning: Den minste forskjellen i mengden stråling som sensoren kan skille mellom.
• geometrisk oppløsning: romlig oppløsning, dvs. størrelsen på en piksel.

I henhold til standard

• NAMUR -sensor (standard arbeidsgruppe for måle- og kontrollteknologi i kjemisk industri)

• KTA -testede sensorer for bruk i atomkraftverk

Virtuelle sensorer

Virtuelle sensorer (eller myke sensorer ) eksisterer ikke fysisk, men er implementert i programvare. De "måler" (beregner) verdier som er avledet fra måleverdiene til virkelige sensorer ved hjelp av en empirisk innlært eller fysisk modell. Virtuelle sensorer brukes til applikasjoner der ekte sensorer er for dyre, eller i miljøer der ekte sensorer ikke kan overleve eller slites ut raskt. Andre applikasjoner er prosesser der de ønskede verdiene ikke kan måles fordi det ikke er maskinvaresensorer som kan brukes i prosessen eller når prosessen ikke kan stoppes for kalibrering og vedlikehold av klassiske sensorer. Virtuelle sensorer brukes allerede i den kjemiske industrien og brukes i økende grad i andre bransjer som: B. plastindustrien. ^[1]

Digitale sensorer

Innen automatisering blir analoge kontrolltekniske systemer i stadig større grad erstattet av digitale systemer. Som et resultat er det et økende behov for sensorer hvis utgangssignal også er digitalt. En enkel struktur oppstår når A / D -omformeren er integrert i det faktiske sensorsystemet. Dette kan for eksempel være basert på delta-sigma moduleringsteknikken og dermed tilby mange fordeler:

• direkte bestemt digitalt utgangssignal (ingen forstyrrelser mellom sensor og ADU)
• høy linearitet gjennom eksisterende tilbakemelding
• Konstant selvtest uten ekstra kretsløp ved å bruke grensesyklusen til sigma-delta-teknologien
• høy amplitudeoppløsning og dynamikk

Ulempen er at PWM generert på denne måten ofte ikke kan evalueres direkte og først må filtreres. Dette kan gjøres gjennom et analogt filter og påfølgende ADC eller helt digitalt. I tillegg er overføringsbanen til evalueringssystemet analog og derfor utsatt for feil. Enkle sensorer for trykk og temperatur har derfor en ekte digital datautgang med tilkobling via en seriell eller parallell buss. Følgende er utbredt her:

• I²C
• Serielt perifert grensesnitt

Molekylære sensorer

Molekylære sensorer er basert på et enkelt molekyl som, etter binding av et annet molekyl eller etter bestråling med fotoner, har forskjellige egenskaper som deretter kan leses ut. Med fluorescensmerkede sensorer kan mer enn to tilstander detekteres ved å endre utslippsspekteret . ^[2] Som et resultat kan en slik sensor også brukes som et molekylært låsesystem . ^[3]

bruksområder

Begrepet sensor brukes i teknologi og i biovitenskap ( biologi og medisin ), og i noen år nå mer og mer innen naturvitenskap . Eksempler på sistnevnte er anvendelser av CCD -bildesensorer og partikkeltellere innen astronomi , geodesi og romfart . For eksempel brukes akselerasjonssensorer for å trekke ut deskriptorer som er relevante for styrketrening ^[4] .

I teknologi spiller sensorer en viktig rolle som signalsendere i automatiserte prosesser . Verdiene eller tilstandene som registreres av dem behandles, vanligvis elektrisk eller elektronisk forsterket , i det tilhørende kontrollsystemet , som utløser de tilsvarende ytterligere trinnene. I de siste årene har også denne påfølgende signalbehandlingen blitt stadig mer utført i sensoren. Slike sensorer inkluderer en mikroprosessor eller et mikrosystem og har så å si "intelligens", slik at de er henholdsvis som smarte sensorer (Engl. Smart sensorer) .

Se også

• Temperatur sensor
• Avstandssensor
• Trykksensor
• Gass sensor
• Biosensor
• Feltenhet
• Sensornettverk
• BiSS -grensesnitt
• Sensorpartikler

Signalkondisjonering

Typiske forsterkere for signalkondisjonering:

• Instrumenteringsforsterker
• Isolasjonsforsterker
• Hakkerforsterker
• Lock-in forsterker

Oversikt over sensorer

• Sensorer basert på måleprinsippet
• Sensorer i henhold til den målte variabelen

litteratur

• Edmund Schiessle: Sensorteknologi og registrering av måleverdier . Vogel, Würzburg 1992, ISBN 3-8023-0470-5 .  
• Jörg Hoffmann: Lommebok for måleteknologi . 5. utgave. Hanser Verlag, Leipzig 2007, ISBN 978-3-446-40993-4 .  
• Wolf-Dieter Schmidt: Sensorkretsteknologi . 3. Utgave. Vogel, Würzburg 2007, ISBN 978-3-8342-3111-6 .  
• Günter Spanner: "Sensor Technology" -læringspakke . Franzis, Poing 2009, ISBN 978-3-7723-5547-9 .  
• T. Hochrein, I. Alig: Prosessmålingsteknologi i plastbehandling . Vogel, Würzburg 2011, ISBN 978-3-8343-3117-5 .  

weblenker

Individuelle bevis

1. ↑ C. Kugler, T. Hochrein, M. Bastian, T. Froese: Skjulte skatter i datagraver . I: QZ kvalitet og pålitelighet. 3, 2014, s. 38-41.
2. ↑ Bhimsen Rout, Linor Unger, Gad Armony, Mark A. Iron, David Margulies: Medisineringsdeteksjon av en kombinatorisk fluorescerende molekylær sensor. I: Angewandte Chemie. 124, 2012, s. 12645-12649, doi: 10.1002 / anie.201206374 .
3. ↑ Bhimsen Rout, Petr Milko, Mark A. Iron, Leila Motiei, David Margulies: Authorizing Multiple Chemical Passwords by a Combinatorial Molecular Keyboard Lock. I: Journal of the American Chemical Society. 135, 2013, s. 15330-15333, doi: 10.1021 / ja4081748 .
4. ↑ Claudio Viecelli, David Graf, David Aguayo, Ernst Hafen, Rudolf M. Füchslin: Ved hjelp av smart akselerometerdata for å oppnå vitenskapelige mekanisk-biologiske beskrivelser av styrketrening trening. I: PLOS ONE . teip   15 , nei.   7. 15. juli 2020, ISSN 1932-6203 , s.   e0235156 , doi : 10.1371 / journal.pone.0235156 , PMID 32667945 , PMC 7363108 (gratis tekst).