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Industriesensoren - die cleveren Messwert-Aufnehmer

Jeder Sensor ist als technisches Bauteil zu verstehen, das vorherrschende Ist-Daten ermittelt und für die Auswertung durch Personen oder digitale Datenverarbeitungssysteme bereitstellt. Daher spricht man auch von Messwert-Aufnehmern.

Die Anforderungen an industrielle Sensoren setzen es in den meisten Fällen voraus, dass neben den eigentlichen Sensoren weitere Komponenten der Messtechnik genutzt werden. So gut wie nie arbeiten Industriesensoren isoliert, sondern als Bestandteil eines Regelkreises. Wichtige Komponenten sind etwa Drehgeber und AS-Interfaces aber auch Positionier- und Identifikationssysteme.


Was bedeutet Sensorik?

Die Sensorik ist ein wesentlicher Bestandteil der Messtechnik. Dank verschiedener Sensorelemente ist es möglich, physikalische und chemische Daten zu erheben. Darunter fallen Informationen zur Masse oder zum Volumen eines Objektes, Angaben zu Druckverhältnissen, Temperaturen, vorherrschender Stromstärke oder verstrichene Zeitintervalle sowie registrierte Bewegungen.

Wird vom Sensor ein Ist-Wert ermittelt, der dem gewünschten Soll-Wert selbst unter Einbezug erlaubter Schwankungen nicht mehr entspricht, macht die Sensorik die Außenwelt auf diesem Zustand aufmerksam. Je nach Anforderung sind verschiedene Maßnahmen möglich, etwa optische und akustische Warnsignale, oder in kritischen Systemen die selbst gesteuerte Notabschaltung.


Was hebt Industriesensoren von anderen Sensoren ab?

Sensoren nehmen in jedem Anwendungsbereich eine Schnittstellenfunktion ein. Bei der industriellen Nutzung muss jedoch beachtet werden, dass teils enorme Anforderungen an die Bauteile gestellt werden. Man denke an den Großmaschinenbau, die Raumfahrt oder Medizintechnik.

Je nach Branche des Unternehmens kann der Grad der Automatisierung unterschiedlich ausfallen. Zudem kann die Industrieumgebung extreme Bedingungen wie etwa hohe Temperaturen vorgeben. Mit all diesen Vorbedingungen gilt es, zuverlässige Messergebnisse zu erbringen. 

Daher heben sich Industriesensoren durch folgende Eigenschaften von einfachen Modellen ab:

 

  • Robustheit der Materialien

  • Qualität der Verarbeitung

  • Leistungsstärke auch in Umgebungen mit potenziell hohen Energieverlusteffekten

  • angemessene Größe, da der Platz oft stark begrenzt ist


Wie funktionieren Sensoren?

Der Grad der Automatisierung in Unternehmen steigt beständig. Industriesensoren müssen entsprechend viele Messdaten erheben und verarbeiten. Trotz dieser starken Aufgabendifferenzierung sind die Messwertaufnehmer in ihrem Aufbau relativ schnell kategorisiert.

Sie lassen sich in vier Funktionsarten aufgliedern. Dieser Ratgeber präsentiert diese in einer Übersichtstabelle:

Funktionsart wichtige Komponenten
elektromagnetisch Spule, Magnetfeld
radar- oder ultraschallgesteuert Sensor mit entsprechendem Frequenzbereich
optoelektronisch Kristalle
temperaturgesteuert Thermobimetalll

Das elektromagnetische Prinzip

Die Mehrheit der Sensoren arbeitet mit einer Spule, die über ein Magnetfeld aufgeladen wurde. Der Wert muss exakt definiert sein und dient dem Sensor als Ausgangsgröße. Wird nun durch einen äußeren Einfluss die definierte Spannung verändert, wird auf diese Störung entsprechend der Vorgabe des Regelkreises reagiert. Ein Füllstandsensor kann beispielsweise anzeigen, dass das Maximalvolumen erreicht wurde, oder ein Näherungssensor meldet ein Objekt im Messradius.


Die radar- oder ultraschallgesteuerte Funktionsweise

Man könnte Industrie-Sensoren dieser Gruppe als Weiterentwicklung der elektromagnetisch-arbeitenden Modelle sehen. Die Sensorik nutzt an dieser Stelle Bauteile der Messtechnik, die selbst ein Signal erzeugen und senden. Trifft das Sendesignal auf ein Objekt, reflektiert dieses die Radarfrequenz. Der Sensor nimmt dieses abgeschwächte Echosignal wahr und kann anhand der neuen Frequenz sowie der verstrichenen Zeit Rückschlüsse über das Objekt errechnen.

Auch ultraschallgesteuerte Sensoren funktionieren nach diesem Prinzip. Sie sind zum Beispiel an Fahrzeugen sowie Werksmaschinen montiert und können zeitnah Distanzen zu Hindernissen oder gefährdeten Personen als Rückmeldung ausgeben. Ein Notbrems-System kann beispielsweise auf diese Weise schwere Unfälle im Maschinenpark verhindern.

 


Das optoelektronische Prinzip

Dieses Prinzip nutzt spezielle Kristalle, zum Beispiel aus Silizium. Zu deren Eigenschaften gehört es, dass sie bei Lichteinstrahlung ihre elektrische Leitfähigkeit verändern.

Dieser Umstand kann genutzt werden, um bei erreichten Schwellenwerten entsprechende Befehle in den Regelkreis zu übermitteln. Beispielsweise kann eine zusätzliche Beleuchtung aktiviert beziehungsweise deaktiviert oder ein Alarmsignal ausgelöst werden.

 


Die temperaturgesteuerte Funktionsweise

Die Technik hinter Temperatursensoren weicht von den übrigen Funktionsprinzipien ab. Innerhalb des Moduls befindet sich ein Bimetall in Form eines Streifens. Eine sich verändernde Umgebungstemperatur sorgt dafür, dass das Metall sich verbiegt. Die Stärke der Biegung bildet den Messwert.
Um diesen auszulesen, wird das Modul meist an eine Spannungsquelle gekoppelt und die Veränderung des Widerstandes dient zur Messung.

Unser Praxistipp:

Die Technologie der Bimetallstreifen kann in der Industrie-Sensorik prinzipiell auch anders genutzt werden. Wird der Streifen zum Beispiel mit einem optischen System verbunden, erfolgt das Auslesen der Veränderung entsprechend in optischen Anlagen.

 


Welche Kategorien kennt die Industrie-Sensorik?

Wie im Kapitel zu den Funktionsarten angeschnitten, gibt es eine Vielzahl an Industrie-Sensoren, die Ihnen dieser Ratgeber in einer kurzen Übersicht zusammenfasst.

 

  • industrielle Näherungssensoren und Näherungsschalter

  • industrielle Bewegungssensoren

  • optoelektronische Industrie-Sensoren, etwa Industrie-Lichtschranken, Industrie-Lichttaster und Industrie-Distanzsensoren

  • elektrische Füllstand- und Durchflusssensoren

  • industrielle Neigungssensoren, die in Anlagen Lage und Position ermitteln

  • Drucksensoren, die beispielsweise in der Medizintechnik und Pneumatik im Einsatz sind


Welches Zubehör ist für die Sensor-Technik wichtig?

Mit der Komplexität der Technologie steigt die Anzahl der Komponenten. Wann immer physikalische Informationen wie Geschwindigkeit oder Drehzahl ermittelt werden sollen, sind Drehgeber unverzichtbar. Von großer Bedeutung sind auch spezielle Kabel, die dafür sorgen, dass die Informationen ohne große Zeitverluste ihr Ziel erreichen.

Kabel und Drehgeber für die Sensorik sind als Komponenten der Automatisierungstechnik praxisnah konzipiert und umgesetzt. Auch sie müssen den Anforderungen wie Umgebungsdruck und Temperatur gewachsen sein.

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