23 | 10 | 2017
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Sensoren

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 Sensoren haben eine Vielzahl von Aufgaben in der Industrie und im Automotive Bereich. Von der Regelung des Motors, über Funktionen des Komforts bis hin zu sicherheitsrelevanten und lebensrettenden Funktionen. Die Vielzahl an Sensoren im KFZ-Bereich  ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. In einem zeitgemäßen Oberklasse PKW sind um die 100 Stück verbaut. ABS, Airbag, Nockenwellensensor, Regensensor, Einparhilfe-Sensoren oder Ferndedienung für die Türen. Die Einsatzgebiete werden sich in der Zukunft enorm steigern. Automotive- und Smartphonehersteller sind die Hauptabnehmer. Der weltgrößte Hersteller ist Bosch.

Der Verband für Sensorik und Messtechnik (AMA) stellte eine Prognose der Verdopplung der eingesetzten Sensoren innerhalb aller 5 Jahren vor. Die Industrie 4.0 sieht eine Revolution der Sensoren vor. Intelligente Sensoren sollen in den Industriestandard Einzug halten und eine selbstständie Prozessoptimierung verwirklichen. In der Produktion und Fertigung sollen mehr smarte Daten erfasst werden und auf Servern, Cloud und Internet verteilt werden um diese zu analysiern und verarbeiten.

 

Definition

Es gibt keinen genormten Begriff für die Definition für den Namen "Sensor". Der Begriff stammt aus der lateinischen Sprache (sentire, dt. "Sinn", „fühlen“ oder „empfinden“). Eine mögliche Definition könnte so lauten: Umsetzung einer physikalischen oder chemischen Größe in ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung.

Ausdrücke und Synonyme im technischen Bereichen sind unter weiteren: Fühler, Geber, Umformer, Aufnehmer, Pick Up, Messer, Messgeber, Messwertfühler, Meßumformer, Aktor, Antonym und Deketor.

 

Physikalische Meßgrößen

Kraft, Drehmoment, Beschleunigung, Masse, Druck, Durchfluss, u.a.

 

Meßprinzip

Mechanisch, Kapazitiv, Induktiv, Thermoelektrisch (Temperatur), Piezoelektriesch, Photoelektrisch, Chemisch, Optisch, Akustisch, Widerstand, u.a.

 

Indukativ

Die Induktivität wird durch eine physikalische Größe ausgewertet.

Für die Meßgröße sind eine Spule (Kupferwicklung mit Ferritkern), ein magnetisches Feld und ein Art der Bewegung erforderlich.

Das Ausgangssignal kann analog oder digital erfolgen.

Sie sind für die Erkennung von Metallen geeignet.

Vorteile sind Berührungslosigkeit, Kontaktlosigkeit, rückwirkungsfrei und damit kein Verschleiß.

Typische Einsatzgebite sind: Näherungsschalter für die Bestimmung und Erkennung der Position, Drehzahlmesser an der Kurbelwelle bei Automotiven, Impulsgeber für Motorzündung.

 

Kapazitiv

Die Arbeitweise beruht auf der aktiven Flächenbildung von 2 Elektroden aus Metall. Die Elektroden arbeiten wie ein Kondensator. Bei der Näherung eines Objektes an die Elektroden erfolgt eine Änderung der Kapazität und es ensteht ein elektrisches Signal.

Vorteile gegenüber einem indukativen Sensor ist die Erfassung auch von Dielektrikum (Nichtleiter), Berühungslosigkeik, Kontaktlosigkeit und frei von Rückwirkungen.

Nachteile sind die größeren Störungsanfälligkeiten auf Grund von Verschmutzungen.

Einsatzgebiete sind die Kontrolle von festen und flüssigen Materialien für Füllstände (flüssig und Granulat), Objekterfassung (Metalle, Holz, Kunststoffe, Glas, etc.) und lineare Abstandsmessung.

 

Man unterscheidet zwischen zwei Arten der Messung:

Aktives Meßprinzip: Umwandlung von mechanischer, chemischer, licht- und wärmeenergie in ein elekrisches Signal.

Passives Meßprinzip: Umwandlung von einer auszuwertenden Meßeinheit nur durch Zuführung von elektrischer Energie. Nichts ohne Ausnahme: Varistor gegen Überspannungen (VDR: Voltage Dependent Resistor)

 

Ausgabe des Signals

Der Sensor reagiert auf ein physikalisches Signal und gibt eine elektrische Meßgröße als Ausgangssignal wieder.Der Auslöser kann durch Kraft, Druck, Wärme, Licht, Beschleunigung, etc.

 

Verstärkung des Ausgangssignals

Falls das elektrische Ausgangssignal zu gering ist, setzt man einen Meßverstärker ein. Der Meßverstärker wandelt das schwache Signal in ein Ausgangssignal mit höherer Amplitude um.Hier kann auch ein analoges Ausgangssignal in ein digitales Singnal umgewandelt werden. Als digitale Schnittstellen können I²C-Bus oder TWI, SPI-Bus, Modbus, Profibus, SSI, CANopen, CAN-Bus, TTCAN-Bus, HART, etc. zur Verfügung stehen.

Die häufigst verwendeten Bussyteme in Kraftfahrzeugen sind heute CAN, LIN, FLEXRAY, MOST und Automotive Ethernet.

 

Weiterführende Links:

Bussysteme im KFZ

Liste von Sensoren nach Typ und Einsatzgebieten (Englisch)

 

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