Suchen

Sensorik So lassen sich die richtigen Sensoren für smartere Systeme finden

Autor / Redakteur: Holger Morgenstern / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Steuerung und Regelung sind entscheidend, um effiziente Fertigungsprozesse zu garantieren und Ressourcen zu verwalten. Ohne Sensorik wäre dies nicht möglich. Die Wahl der richtigen Sensorik ist oft eine Herausforderung und bedarf entsprechender Erfahrung.

Firma zum Thema

Radar Bewegungsmelder
Radar Bewegungsmelder
(Conrad Electronic)

Der Wert der Sensoren für das moderne Leben wurde bereits erkannt: der Weltmarkt für diese winzigen Bauteile wird auf mehr als 50 Milliarden Euro geschätzt. Zudem zeigt sich ein starkes jährliches Wachstum in den Bereichen Gas-, Abstands- und Feuchte-Sensoren.

Die Wahl des richtigen Sensors mag für eine bestimmte Aufgabe einfach erscheinen. In der Praxis erweist sich dies meist als kompliziert. Entwickler müssen oft zwischen verschiedenen Sensortechniken entscheiden, von denen jede ihre eigenen Stärken und Herausforderungen bietet.

Bildergalerie

Ein Beispiel ist die Frage, ob Ultraschall-Sensorik zur Bewegungserkennung genutzt werden soll. In einigen Fällen kann ein kapazitiver, induktiv-optischer, Radar-, Infrarot- oder eben Ultraschall-Näherungssensor besser für eine Anwendung sein. Wurde der passende Sensor gewählt, müssen Faktoren wie die Reichweite und Auflösung des Sensors berücksichtigt werden. Dies kann vor allem zur Bewegungs- und Positionserkennung in industriellen Prozessen oder bei der Temperaturmessung von Bedeutung sein.

Die richtige Sensorwahl braucht Erfahrung

Selbst wenn diese Fragen geklärt sind, ist immer noch Erfahrung nötig. Es sollte ein Sensor gewählt werden, der das geeignete Ausgangssignal erzeugt – entweder analog oder digital. Dazu ist der volle Analog-Spannungsbereich erforderlich oder die Einhaltung eines bestimmten Übertragungsstandards/-protokolls. Einige industrielle Sensoren, wie zum Beispiel die Laserabstandssensoren von Panasonic, bieten eine Analogschnittstelle, die auf Spannungs- oder Stromabweichung basiert.

Temperatursensoren

Mechanische Aspekte wie physikalische Größe oder Gehäuseart spielen für die Tauglichkeit eines Sensors eine wichtige Rolle. Halbleiter-Temperatursensoren sind ein Beispiel: die KT-Serie von Infineon eignet sich für Anwendungen zwischen -50 und 150°C und ist im Standard- oder Mini-TO-92- (mit Anschlüssen), SOT-23-SMD- oder kundenspezifischen Panel-Mount-Gehäuse erhältlich. Platin-Temperatursensoren sind in einer Vielzahl von Gehäusearten und Formfaktoren erhältlich und bieten einen größeren Messbereich von -70 bis 500°C. Ihre spezifische Temperaturstabilität ist besser als 4000 ppm/K.

Durchflussmesser

Die Befestigungsart, z.B. mittels Schrauben oder Clips kann die Kosten und Komplexität des Designs sowie die erforderliche Montagezeit in der Fertigung ebenfalls beeinflussen. Biotech produziert zum Beispiel verschiedene Durchflussmesser für unterschiedliche Anwendungen, Durchflussraten oder Medien wie Gas, Flüssigkeiten oder aggressive Substanzen. Entwickler müssen auch Preisaufschläge beachten, die sich bei Sensoren mit hoher Benutzerfreundlichkeit ergeben.

Positions- und Bewegungssensoren

Bei der Wahl von Positions- oder Bewegungssensoren sind die Reichweite, Auflösung und Reproduzierbarkeit wichtige Auswahlkriterien und in den meisten Anwendungen wichtiger als die absolute Genauigkeit. Der Infrarot-Abstandssensor GP2Y0AH01 von Sharp war ursprünglich zur Messung der Papierdicke in Druckern und Kopierern gedacht, kann aber in verschiedenen industriellen Anwendungen zur Dickenmessung, Versatz- oder Entfernungsmessung verwendet werden. Er misst einen Versatz zwischen 4,5 und 6,0 mm mit einer Mindestauflösung von 0,1 mm. Dabei erzeugt er ein analoges Ausgangssignal, das proportional zum absoluten Versatz ist.

Der Langstrecken-Messsensor GP2Y0D02YK von Sharp bietet hingegen einen digitalen Ausgang, der eine logische 1 ausgibt, wenn der Abstand zum Objekt zwischen 20 cm und dem festen Sensor-Schwellenwert von 80 cm liegt. Beträgt die erfasste Strecke zwischen 80 und 150 cm, steht am Ausgang eine logische 0 an.

Optische Sensoren

In einigen Anwendungen, die einem Verschleiß unterliegen und somit Ungenauigkeiten hervorrufen, kann ein kontaktloser Hilfssensor, wie z.B. ein optischer Sensor mit integriert werden, um eine Eigenkalibrierung des Systems zu ermöglichen. Ein solcher Verschleiß tritt z.B. dann auf, wenn ein Drehgeber die Umdrehungen eines Rades überwachen soll, dessen Umfang im Laufe der Zeit durch den Verschleiß aber immer weiter abnimmt. Dieser Ansatz eignet sich in staubigen Umgebungen oder in anderen Situationen, in denen das Risiko eines verdeckten Sensor-Fensters den Einsatz optischer Sensoren als hauptsächliche Positionsüberwachungstechnik ausschließt.

Feuchte- und Temperatursensoren

Feuchte- und Temperatursensoren sind die am schnellsten wachsenden Kategorien im Bereich Sensorik. Sie sorgen für eine bessere Leistungsfähigkeit, einen geringeren Energieverbrauchs und für mehr Sicherheit in Haushaltsgeräten und HLK-Systemen (Heizung, Lüftung, Kühlung) sowie in der Automobilelektronik und Medizintechnik. Feuchtsensoren sind in verschiedenen Arten und Formfaktoren erhältlich: von kleinen leiterplattenmontierten Bausteinen bis hin zu kompletten justierbaren Modulen wie das Hygrosens TW2001-C Humidistat. Eine weitere Option ist die Kombination aus Feuchte- und Temperatursensor in einer Lösung, wie z.B. bei der SHT-Serie von Sensirion. Damit steht eine präzise Messung beider Werte zur Verfügung sowie ein digitaler Ausgang, der direkt mit einem Mikroprozessor verbunden werden kann.

Gassensoren

Gassensoren sind weiterer wachsender Bereich des Sensorikmarkts. Sie kommen in verschiedenen Sicherheits- und Überwachungsanwendungen zum Einsatz. Kohlenmonoxid-Detektoren verwenden eine bestimmte Art von Sensor, z.B. den AS-MLC von Applied Sensor, der im TO-39-Gehäuse mit 4-Pin-Header ausgeliefert wird. Die AS-MLx-Reihe von Applied Sensor enthält auch Sensoren für Stickstoffdioxid und Erdgas. Sensoren für Ammoniak, Schwefeldioxid, Methan, Butan, Ethanol und Benzindämpfe stehen von zahlreichen Herstellern als Durchkontaktierungs-Bausteine für die Leiterplattenmontage zur Verfügung. Der Figaro TGS2600 ist zur Erfassung der Luftqualität und Luftverschmutzung ausgelegt. Er kommt bei Steuerungsaufgaben in intelligenten Gebäuden zum Einsatz, sowie bei der Umweltüberwachung für das Gesundheitswesen bis hin zur Stadtplanung.

1600 Sensoren im Conrad-Produktprogramm

Conrad Electronic bietet über 1600 Sensoren verschiedener Arten, einschließlich Gas-, Feuchtesensoren, Durchflussmesser, Positions- und Näherungssensoren, sowie Sensoren für Druck, Füllstand, Neigung und Magnetfeld-/Resonanz-Erfassung. Selbst kontaktlose Füllstandsmesser sind erhältlich. Die Sensoren eigenen sich für eine Vielzahl von Anwendungen wie Sicherheitssysteme, Überwachungseinrichtungen, Umweltüberwachung, Prozesstechnik, Automatisierungstechnik, Haustechnik, Positionierung und Datenprotokollierung. Umfangreiches Zubehör wie Halterungen, Sockel, Hülsen, Steckverbinder und Tester sind ebenfalls erhältlich.

Durch die Bereitstellung zahlreicher Produkte bekannter Marken, einschließlich zugehörigem Support, ist Conrad ein One-Stop-Shop, der alle wesentlichen Sensorik-Anforderungen für fortschrittliche industrielle und professionelle Lösungen erfüllt. Conrad hilft den Kunden, jeden Aspekt ihres Projekts zu rationalisieren – vom Design über die Fertigung bis hin zum After-Sales Support.

* Holger Morgenstern, Produktmanager, Conrad Electronic

(ID:42689031)