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Sẹnsor

 

[englisch, zu lateinisch sensus »Sinn«, »Wahrnehmung«] der, -s/...'soren, allgemein ein Funktions- oder Bauelement, das mittels physikalischer oder chemischer Effekte zur Erfassung physikalischer, chemischer oder elektrochemischer Größen und deren Umwandlung in elektrische Signale dient; in diesem Sinn bedeutet Sensor soviel wie Messgrößenaufnehmer. Im engeren Sinn unterscheidet man Sensoren von Messgrößenaufnehmern einerseits nach Baugröße und Fertigungstechnik sowie andererseits nach Einsatz- und Verwendungszweck. In diesem Sinn handelt es sich bei Sensoren um kleine bis miniaturisierte Funktions- oder Bauelemente, die nach Verfahren der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik in großen Stückzahlen mit hoher Zuverlässigkeit bei niedrigem Preis hergestellt (Massenfertigung) und besonders für Zwecke der Steuerung und Regelung eingesetzt werden. Zu den Anwendungen gehören u. a. automatische Türöffner und -schließer, Bewegungsmelder zur Überwachung und Sicherung von Liegenschaften, Verkehrsampelsteuerungen durch den Verkehr, die Temperaturregelung in der Wohnung und im Kühlschrank, die Kennfeldzündung und die Lambdasonde im Auto; sie reichen bis zu komplexen Systemen, Anlagen und Prozessen, bei denen Tausende von Sensoren eingesetzt werden. Hierbei wird ein weiteres wichtiges Merkmal erkennbar: die Weiterverarbeitung der von Sensoren (als »Gebern«) gelieferten Signale und Daten in DVA und Rechnern und die große Bedeutung, die deren Programmierung zukommt.

 

Zu den Anforderungen, die an Sensoren gestellt werden, gehören ein großer Dynamikbereich, Reproduzierbarkeit und Linearität der von ihnen gelieferten Signale, kurze Messzeit, geringer Leistungsbedarf, Stabilität, Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und Störsicherheit, d. h. Unabhängigkeit von unerwünschten Umgebungseinflüssen wie Temperatur, Strahlung und Erschütterung, sowie eine leichte Austauschbarkeit. Aus der Widersprüchlichkeit und schwierigen Vereinbarkeit mancher dieser Anforderungen ergeben sich die besonderen Anforderungen, die an die von der Sensortechnik (Sensorik) zu erbringenden Leistungen gestellt werden. Sensoren umfassen ein weites Spektrum von Vorrichtungen, ihre Vielfalt ist nahezu unüberschaubar, und es ist fast unmöglich, eine Systematik zu schaffen, nach der alle Sensoren eingeteilt werden könnten. Es finden sich immer neue ausgefallene Anwendungen, die in keine Systematik passen. Nach den zu erfassenden Messgrößen sind die Merkmale Temperatur und geometrische Größen (z. B. Abstand, Kontur, Form) vorherrschend; über zwei Drittel der jährlich installierten Sensoren fallen in diese Kategorien. Die meisten davon sind einfache und daher billige Vorrichtungen, die lediglich eine Ein-Aus-Funktion steuern. Zu den zu erfassenden Größen gehören darüber hinaus Druck, Geschwindigkeit und Beschleunigung, Magnetfelder, chemische Größen (z. B. stoffliche Zusammensetzung von Gasen und Flüssigkeiten sowie Aktivitäten), optische Größen sowie allgemein elektromagnetische Strahlung. Die Ausführungen und Leistungen reichen z. B. bis zu einem Drucksensor, bei welchem neben der eigentlichen Sensorfunktion auf einem einzigen Siliciumelement auch eine mikroelektronische Schaltung integriert ist, die das entstandene Signal mit einer Temperaturkompensation versieht, digitalisiert und in einer buskompatiblen Form (z. B. Feldbus) abgibt. Nach den Anwendungsgebieten entfallen mehr als zwei Drittel aller Sensoren auf Kraftfahrzeuge und Haushaltsgeräte. Daneben finden sie Einsatz u. a. in sonstigen elektrischen Geräten, im Maschinenbau, in der Unterhaltungselektronik, der Büro- und Datentechnik, der Robotik sowie in der Medizintechnik.

 

Zu den Gebieten, deren Ergebnisse und Leistungen in der Sensorik Anwendung finden, gehören neben der Mikroelektronik und allgemein der Mikrosystemtechnik v. a. die Optoelektronik einschließlich der Infrarottechnik und die Ultraschalltechnik. Zu den ausgenutzten Effekten und Mechanismen gehören der piezoelektrische und der pyroelektrische Effekt, induktive und kapazitive Beeinflussung, die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von verschiedenen Größen wie Temperatur und Feuchtigkeit und die Wärmeleitung. Seit einiger Zeit erlangen auch Biosensoren immer größere Bedeutung. Als Beispiele für die Verwendung als Sensor seien genannt: Photodiode, Phototransistor und Photowiderstand zur Messung der Beleuchtungsstärke und der Lichtdurchlässigkeit; CCD zur optischen Bildabtastung; Thermistor und Kaltleiter als Temperaturfühler; Feuchtigkeitsfühler in Hygrometern; Infrarotdetektoren, ferner Dehnungsmessstreifen (Aufnahme von mechanischen Veränderungen), Magnetdiode und Hall-Generator (Magnetfelder), Piezodiode, Piezotransistor sowie andere Drucksensoren, schließlich Sensoren verschiedener Art in Feuermeldeanlagen.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

 

Mikrosystemtechnik: Technische und medizinische Anwendungen

 

Sensor,

 

allgemein ein Bauelement, das mittels physikalischer, chemischer oder auch biologischer Effekte zur Erfassung physikalischer oder chemischer Größen und deren Umwandlung in elektrische Signale dient.

 

Im engeren Sinn handelt es sich bei Sensoren um kleine bis miniaturisierte Bauelemente, die nach Verfahren der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik in großen Stückzahlen mit hoher Zuverlässigkeit bei niedrigem Preis hergestellt und besonders für Zwecke der Steuerung und Regelung eingesetzt werden. Weiteres wichtiges Merkmal von Sensoren ist die Weiterverarbeitung der von Sensoren gelieferten Signale und Daten in Datenverarbeitungsanlagen und Rechnern. Erfassbare Messgrößen sind z. B. Druck, Geschwindigkeit und Beschleunigung, Magnetfelder, optische Größen sowie allgemein elektromagnetische Strahlung (z. B. Lichteinfall). Zur Umsetzung in elektrische Signale werden z. B. der Piezoeffekt (Piezoelektrizität), die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von verschiedenen Größen wie Temperatur und Feuchtigkeit oder die Beeinflussung von Elektromagneten ausgenutzt. Beispiele für die Verwendung von Sensoren sind etwa die Photodiode z. B. bei Scannern, CCD zur optischen Bildabtastung z. B. bei Digitalkameras, berührungsempfindliche Bildschirme (Touchscreen).