Mikrocomputerkompatibles kapazitives Sensorsystem
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Was ist ein Sensor?
• Ein Sensor (von lateinisch sentire, dt. „fühlen“ oder
•
„empfinden“),(Messgrößen-) Aufnehmer oder
(Mess-)Fühler ist ein technisches Bauteil, das
bestimmte physikalische oder chemische
Eigenschaften (z. B.: Wärmestrahlung, Temperatur,
Feuchtigkeit, Druck, Schall, Helligkeit oder
Beschleunigung) und/oder die stoffliche
Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als
Messgröße quantitativ erfassen kann.
Diese Größen werden mittels physikalischer oder
chemischer Effekte erfasst und in
weiterverarbeitbare Größen (meist elektrische
Signale) umgeformt.
Arten von Sensoren
1 Sensoren nach Messprinzip
– 1.1 Resistive Sensoren
– 1.2 Induktive Sensoren
• 1.2.1 Differentialtransformator
• 1.2.2 Induktive Wegaufnehmer
• 1.2.3 Wirbelstromsensoren
• 1.2.4 Induktive Näherungsschalter
– 1.3 Magnetfeldsensoren
– 1.4 Magnetoelastische Sensoren
– 1.5 Kapazitive Sensoren
– 1.6 Piezoelektrische Sensoren
– 1.7 Optoelektronische Sensoren
– 1.8 Elektrochemische Sensoren
– 1.9 Temperatursensoren
Was ist ein „idealer“ Sensor?
• Soll streng selektiv nur auf die interessierende Größe reagieren
• Diese möglichst fehlerfrei abbilden, großer Messbereich mit hoher
•
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Auflösung, ohne Linearitätsfehler, Drift, ohne Eigenrauschen
Rückwirkungsfreie Informationsübertragung
Möglichst wenige Leitungen, datensichere Verbindung mit dem
übergeordneten informationsverarbeitenden System
Möglichst „intelligente“ Schnittstelle für Anpassung an veränderliche
Aufgabenstellungen
Störsicher gegenüber Umweltbelastungen
Geringe mechanische Abmessungen
Möglichst niedriger Energiebedarf
Sofortige Einsatzbereitschaft nach Inbetriebnahme
Auftretende Störungen selbst erkennen und weitermelden
Austauschbarkeit, Verfügbarkeit
Kostengünstige 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
kapazitives Sensorsystem
• Modulares,
• erweiterbares,
• in verschiedene Prozesse integrierbares
Sensorsystem
• bisher schwer zu erfassende Größen können
kostengünstiger einer Informationsverarbeitung
zugeführt werden
Industrieprojekt - angewandte
Forschung
• Havariemelder: unkontrollierter
Wasseraustritt aus Waschmaschine
• Füllstandssensoren
Trigger
• Ein Trigger ist eine Schaltung, die bei
einem auslösenden Ereignis einen Impuls
(Triggerimpuls) oder einen Schaltvorgang
(Schaltflanke) erzeugt.
• „http://de.wikipedia.org/wiki/Oszilloskop#
Triggerung“
Literatur / Quellen
• H.-H. Seidel: Wiss. Zeitschrift der TH
KMST 27(1985)4, 553 ff.
• T. F. et al.: G4-Bericht
• 3 Wirtschaftspatente
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Mikrocomputerkompatibles kapazitives Sensorsystem