Sensor | Arten von Sensoren
Betrachten wir ein Messsystem. Es besteht aus einer Eingabevorrichtung, die die Umgebung oder die Umgebung erfasst, um eine Ausgabe zu generieren, einem Signalverarbeitungsblock, der das Signal von der Eingabevorrichtung verarbeitet, und einer Ausgabevorrichtung, die das Signal in einer für den Menschen oder den Maschinenoperator lesbareren und nutzbaren Form präsentiert.
Die erste Stufe ist die Eingabevorrichtung, die hauptsächlich das Thema dieses Kapitels sein wird.
Sensor
Ein Sensor ist ein Gerät, das auf jede Veränderung physikalischer Phänomene oder Umgebungsvariablen wie Wärme, Druck, Feuchtigkeit, Bewegung usw. reagiert. Diese Veränderungen beeinflussen die physikalischen, chemischen oder elektromagnetischen Eigenschaften des Sensors, die dann weiterverarbeitet werden, um eine nützlichere und lesbare Form zu erhalten. Der Sensor ist das Herzstück eines Messsystems. Er ist das erste Element, das mit den Umgebungsvariablen in Kontakt kommt, um eine Ausgabe zu generieren.
Das vom Sensor erzeugte Signal entspricht der zu messenden Größe. Sensoren werden verwendet, um eine bestimmte Eigenschaft eines Objekts oder Geräts zu messen. Zum Beispiel ein Thermoelement, ein Thermoelement wird Wärmeenergie (Temperatur) an einer seiner Verbindungen erfassen und ein entsprechendes Ausgangsspannung erzeugen, das durch einen Spannungsleser gemessen werden kann, z.B. durch einen Voltmeter.
Alle Sensoren müssen bezüglich eines Referenzwertes oder Standards kalibriert werden, um eine genaue Messung zu gewährleisten. Hier ist eine Abbildung eines Thermoelements.
Beachten Sie, dass ein Wandler und ein Sensor nicht dasselbe sind. Im oben gegebenen Beispiel des Thermoelements. Das Thermoelement fungiert als Wandler, aber die zusätzlichen Schaltkreise oder Komponenten, die benötigt werden, wie das Voltmeter, ein Display usw., bilden zusammen einen Temperatursensor.
Der Wandler wird also nur die Energie von einer Form in eine andere umwandeln und der Rest der Arbeit wird durch die zusätzlichen Schaltkreise erledigt, die angeschlossen sind. Dieses gesamte Gerät bildet einen Sensor. Sensoren und Wandler sind eng miteinander verbunden.
Eigenschaften von Sensoren
Ein guter Sensor sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen
Hohe Empfindlichkeit: Die Empfindlichkeit zeigt an, wie stark sich die Ausgabe des Geräts bei einer Einheitänderung der Eingabe (zu messende Größe) ändert. Wenn zum Beispiel die Spannung eines Temperatursensors bei jeder 1°C-Änderung der Temperatur um 1mV ändert, dann beträgt die Empfindlichkeit des Sensors 1mV/°C.
Linearität: Die Ausgabe sollte sich linear zur Eingabe ändern.
Hohe Auflösung: Die Auflösung ist die kleinste Änderung der Eingabe, die das Gerät erkennen kann.
Geringe Rausch- und Störungen.
Geringer Stromverbrauch.
Typen von Sensoren
Sensoren werden nach der Art der zu messenden Größe klassifiziert. Folgende sind die Typen von Sensoren mit einigen Beispielen.
Sensor-Klassifikation
Basierend auf der zu messenden Größe
Temperatur: Widerstandstemperaturelement (RTD), Thermistor, Thermoelement
Druck: Bourdonrohr, Manometer, Membranen, Druckmesser
Kraft/Drehmoment: Dehnungsmessstreifen, Lastkraftwandler
Geschwindigkeit/Position: Tachometer, Encoder, LVDT
Licht: Photodiode, Lichtabhängiger Widerstand
Und so weiter.
(2) Aktive und passive Sensoren: Basierend auf dem Strombedarf können Sensoren als aktiv und passiv klassifiziert werden. Aktive Sensoren benötigen keine externe Stromquelle für ihre Funktion. Sie erzeugen innerhalb von sich selbst Strom, um zu arbeiten und werden daher als selbstgenerierend bezeichnet. Die Energie für die Funktion stammt von der zu messenden Größe. Zum Beispiel erzeugen piezoelektrische Kristalle elektrische Ausgänge (Ladung), wenn sie einer Beschleunigung unterworfen sind.
Passive Sensoren benötigen eine externe Stromquelle für ihre Funktion. Die meisten widerstands-, induktivitäts- und kapazitätsbasierten Sensoren sind passiv (genau wie Widerstände, Spulen und Kondensatoren als passive Bauteile bezeichnet werden).
(3) Analog- und digitale Sensoren: Ein analoger Sensor wandelt die zu messende physikalische Größe in analoge Form (zeitkontinuierlich) um. Thermoelemente, RTDs, Dehnungsmessstreifen werden als analoge Sensoren bezeichnet. Ein digitaler Sensor erzeugt die Ausgabe in Form von Impulsen. Encoder sind Beispiele für digitale Sensoren.
(4) Inverse Sensoren: Es gibt einige Sensoren, die fähig sind, eine physikalische Größe zu erfassen, um sie in eine andere Form umzuwandeln, und auch das Ausgangssignal zu erfassen, um die Größe in ihrer ursprünglichen Form zurückzugewinnen. Zum Beispiel erzeugt ein piezoelektrischer Kristall, wenn er Vibrationen ausgesetzt ist, eine Spannung. Gleichzeitig beginnen piezoelektrische Kristalle, wenn sie einer variierenden Spannung ausgesetzt sind, zu vibrieren. Diese Eigenschaft macht sie geeignet für die Verwendung in Mikrofonen und Lautsprechern.
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