Eigenschaften von Sensoren

Welche Sensoren werden bei den Datenloggern eingesetzt?

In unseren Datenloggern setzen wir folgende interne Sensoren ein:

• Temperatursensoren: z.B. digitale Temperatursensoren der NXP-Serie ein. Diese Sensoren haben einen Messbereich von -40 bis +100°C.

• Feuchtigkeitssensoren: z.B. Feuchtigkeitssensoren von Sensirion ein. Dieser Sensor hat einen Messbereich von 0 bis 100 % relative Luftfeuchte.

• Drucksensoren: Bei den Datenloggern wird ein piezo-resistiver MEMS Drucksensor eingesetzt. Der Drucksensor hat einen Messbereich von 260-1.260 mbar (hPa) absolut.

• 3 Achs-Beschleunigungssenoren: In den aktuellen Datenloggern werden MEMS-Sensoren eingesetzt (Messgenauigkeit).

• Lichtsensor

Darüber hinaus gibt es folgende kabelgebundene externe Sensoren:

• Temperatursensoren: z.B. kombinierter Temperatur-Feuchtigkeitssensoren von Sensirion. Diese Sensoren haben einen Messbereich von -40 bis +125 °C.

• Feuchtigkeitssensoren: z.B. kombinierter Temperatur-Feuchtigkeitssensoren von Sensirion ein. Dieser Sensor hat einen Messbereich von 0 bis 100 % relative Luftfeuchte.

• Drucksensoren: Bei den externen Sensoren wird ein piezo-resistiver MEMS Drucksensor eingesetzt. Der Drucksensor hat einen Messbereich von 260-1.260 mbar (hPa) absolut.

• 3 Achs-Beschleunigungssensoren: In den aktuellen Datenloggern werden MEMS-Sensoren mit Messbereichen bis zu 64 g eingesetzt.

Wie sind der Aufbau und die Funktionsweise der Sensoren?

• Digitaler Temperatursensor: Temperatursensoren sind elektrische und elektronische Bauelemente, die als Sensoren die Temperatur über ein bestimmtes elektrisches Signal messbar machen. Es handelt sich hierbei um integrierte Halbleiter-Temperatursensoren, beziehungsweise Festkörperschaltkreise. Sie produzieren in Abhängigkeit zur Temperatur einen Strom, eine Spannung oder ein digitales Signal.

• Feuchtigkeitssensor: Neben der resistiven Methode hat sich in den vergangenen Jahren vor allem das kapazitive Messprinzip als Standard etabliert und bewährt. Bei diesem Prinzip wird das Sensorelement aus einem Kondensator aufgebaut. Als Dielektrikum dient ein Polymer, welches proportional zur relativen Umgebungsfeuchte Wasser aufnimmt oder abgibt und somit die Kapazität des Kondensators verändert. Diese Kapazitätsänderung kann über eine elektronische Schaltung gemessen und daraus die relative Luftfeuchte ermittelt werden. Als Kapazität dient bei Feuchtesensoren ein patentiertes "micro-machined" Fingerelektrodensystem. Auf das Elektrodensystem sind in mehreren Veredelungsschritten verschiedene Schutz- und Polymerdeckschichten appliziert. Diese schützen den Sensor gleichzeitig vor störenden Einflüssen.

• Drucksensor: Ein Drucksensor ist ein elektrisches Bauteil, das die physikalische Messgröße Druck in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses lässt sich von einem Regler oder einem Steuergerät auslesen und interpretieren, sodass automatisch eine entsprechende Aktion erfolgen kann.

  Kapazitive Drucksensoren bestehen aus zwei Kondensatoren in einem Siliziumchip. Steigt der Druck in einem System an, verändert sich der Abstand zwischen beiden Kondensatoren zu einer dazwischenliegenden Membran. Infolgedessen verändern sich auch deren Kapazitäten, also die Eigenschaft, elektrische Energie aufzunehmen und zu speichern. Das lässt sich messtechnisch auswerten, um den Druck zu erfassen.

  Induktive Druckaufnehmer bestehen einfach beschrieben aus einer Membran, auf der sich ein Eisenkern befindet. Verändert sich der Druck, verformt sich die Membran und der Eisenkern bewegt sich. Seine Lage beeinflusst die Induktivität zweier Spulen, die sich messtechnische erfassen lässt.

  Piezo-elektrische Drucksensoren nutzen den piezoelektrischen Effekt, um Kräfte zu erfassen. Möglich ist das durch ihre besonderen Eigenschaften. So entsteht durch die Verformung eines Kristalls eine elektrische Spannung, die sich anschließend auswerten und interpretieren lässt. Ein Drucksensor wandelt den Druck in einem System über eine bewegliche Membran zunächst in eine Kraft um.

  Piezo-resistive Drucksensoren erfassen den Druck in einem Raum oder einem Medium mit Dehnungsmessstreifen oder Halbleiterchips. Eine Verformung der Elemente führt zu einer Veränderung des elektrischen Widerstandes. Dieser lässt sich anschließend messtechnisch auswerten, um den Druck zu erfassen.

• Beschleunigungssensor: Ein Beschleunigungssensor (auch Beschleunigungsmesser, Beschleunigungsaufnehmer, Vibrationsaufnehmer, Schwingungsaufnehmer, Accelerometer, B-Messer oder G-Sensor) ist ein Sensor, der die Trägheitskraft erfasst, die auf eine Testmasse wirkt. Es werden zwei Arten von Beschleunigungssensoren unterschieden, die kapazitiven und piezo-elektrische Sensoren.

  Ein kapazitiver Beschleunigungssensor besteht aus zwei nebeneinander liegenden Plattenkondensatoren, die eine gemeinsame mittlere Platte verwenden. Die bewegliche mittlere Platte ist als federndes Pendel konstruiert. Wird der Sensor beschleunigt, verschiebt sich diese mittlere Platte. Das Kapazitätsverhältnis der beiden Kondensatoren ändert sich.

  Piezo-elektrische Beschleungigungssensoren arbeiten mit piezo-elektrischen Kristallen, um Kräfte zu erfassen. Eine an der Piezokeramik befestigte Masse wirkt bei einer Beschleunigung auf das Gesamtsystem. Durch die einwirkende Kraft verformt sich der Piezokristall und erzeugt eine elektrische Spannung, die verarbeitet werden kann. Einkristalline Sensoren sind meist aus Silizium hergestellt und werden oft in miniaturisierte MEMS-Chips (Mikro Elektro Mechanisches System) integriert.

Werden die Drucksensoren kalibriert?

Die Kalibrierung unserer Drucksensoren erfolgt über den gesamten angegebenen Druckbereich. Die Messwerte des zu kalibrierende Drucksensors werden mit denen eines präziseren, rückführbaren Referenzgerätes der Deutschen Akkreditierungsstelle verglichen. Im Anschluss werden die Messparameter im Gerät und Sensor justiert und ein Messprotokoll der Werkskalibrierung erstellt.