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Messung physikalischer Größen

Anforderungen an Sensoren

Unter Sensoren verstehen wir Bausteine der elektrischen Messtechnik, die in der Lage sind, physikalische oder chemische Größen, wie z.B. Druck, Temperatur oder Konzentration, in elektrische Größen umzuwandeln. Messwertaufnehmer, Messfühler oder Messwertgeber sind andere gebräuchliche Bezeichnungen für Sensoren. Das abgeleitete Adjektiv "sensibel" bedeutet empfindlich, feinfühlig. In der Tat gibt es äußerst empfindliche Sensoren, die z.B. auf winzige Druckänderungen mit großen Änderungen des elektrischen Signals reagieren. Die Empfindlichkeit ist eine wichtige und gewünschte Sensoreigenschaft, damit auch kleinste Änderungen einer physikalisch-chemischen Eigenschaft sicher gemessen werden können.

Abb.1
Die Umwandlung einer physikalischen Größe in ein geeichtes elektrisches Signal.

Eine weitere gewünschte Sensoreigenschaft ist die Linearität, d.h. das elektrische Sensorausgangssignal soll sich linear mit der zu erfassenden physikalischen Größe ändern. Dies ist leider bei vielen Sensoren nicht der Fall, so dass mehr oder weniger aufwendige Betriebsschaltungen zur Signalkonditionierung bzw. Linearisierung notwendig werden.

Dieser Sachverhalt soll am Beispiel des VALVO-Feuchtesensors LFS10 zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit erläutert werden. Das Sensorelement ist in einem perforiertem Kunststoffgehäuse untergebracht. Es besteht aus einer beidseitig mit einem dünnen Goldfilm bedampften Spezialfolie, die mit steigender relativer Luftfeuchtigkeit die Dielektrizitätskonstante ändert und damit ändert sich auch die Kapazität zwischen den Goldkontaktierungen. Es ist mit einer entsprechenden Betriebsschaltung leicht, die Kapazitätsänderungen in eine proportionale Spannung umzuwandeln. Aber wie man aus der unten gezeigten Kennlinie sehen kann, ändert sich die Kapazität des Sensors nichtlinear mit der zu messenden physikalischen Größe, der relativen Luftfeuchtigkeit.

Abb.2
Feuchtesensor mit Kennlinie
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