Techniklexikon

Sensoren

Elektronische (Elektronik) Bauelemente, die physikalische Größen wie Temperaturen, Druckunterschiede, elektromagnetische Strahlung oder chemische/elektrochemische Größen, wie die stoffliche Zusammensetzung von Gasen und Flüssigkeiten, erfassen und in elektrische Signale umwandeln. S. sind stets die ersten Glieder bei Meßanordnungen aller Art sowie bei der automatischen Meßwerterfassung. Kein Roboter kommt ohne S. aus. Zu den berührungslos arbeitenden S. gehören die optischen, wie »Fernsehaugen«, Laser und Reflexlichtschranken, sowie die akustischen (z. B. Abstandsmessung durch Ultraschall (Schall) und induktive (Induktion) S. Berührende oder »taktile« S. können Abmessungen und Formen von Objekten erfassen. Elektronik, Halbleiterphysik, Messfühler, die eine (physikalische) Messgrösse in ein auswertbares (z.B. elektrisches) Signal umsetzen. Sensoren finden Einsatz in der Mess- und Regeltechnik, der Überwachung und Kontrolle von Prozessabläufen, der Umweltanalytik und vielen anderen Bereichen, bei denen es um die Erfassung verschiedenster Zustände teilweise komplexer Systeme geht. Die interessierende physikalische Grösse wird dabei meist indirekt über die Veränderung einer anderen Grösse erfasst. Ein Temperatursensor auf Halbleiterbasis z.B. nutzt die starke Temperaturabängigkeit des elektrischen Widerstandes des Halbleiters aus, um die Temperatur zu erfassen. Wichtige Sensoren auf physikalischer Grundlage sind Drucksensoren, lichtempfindliche Sensoren (Detektoren), Strahlungssensoren, Feuchtesensoren, akustische Sensoren (Mikrophone) und Bewegungsmelder. Der Sensor wirkt zusammen mit einem Übertrager (Transducer) als Messsystem, das die Veränderung einer physikalischen Grösse des Sensorelements unter Einfluss der zu messenden Grösse an den Beobachter (oder die Messstation) weitergibt.

Im Bereich der Umweltanalytik werden oft auch Sensoren eingesetzt, die Schadstoffe, Gase, Rauch oder ähnliches direkt nachweisen können. Hierbei finden neben Halbleitersensoren oft auch chemische oder Biosensoren Einsatz. Gerade die Biosensoren werden sehr intensiv erforscht, da diese Messfühler im Bereich der medizinischen Diagnostik und der Umweltanalytik grosses Anwendungspotential haben.

Sensoren stellen oft einen wichtigen Teil eines komplexen Regelkreises dar und müssen dementsprechend zuverlässig, empfindlich und robust sein. Die Sensorik wird zusammen mit der Mikroelektronik (Nanotechnologie, Mikroprozessoren) als eine der Schlüsseltechnologien der Neuzeit betrachtet, nicht zuletzt auch wegen ihrer engen Verflechtung. Komplexe Sensorsysteme werden oft zusammen mit der notwendigen Auswerteelektronik und dem entsprechenden Transducer auf einem Chip (Wafer) integriert. Grosse Bedeutung für zukünftige Anwendungen haben funkabfragbare Sensoren (remote sensing, Fernerkundung), die als aktive oder passive Mess- und Überwachungssysteme drahtlos ihre Informationen an die Messstation weitergeben können.

In der Fahrzeugtechnik spielen Sensoren eine immer wichtigere Rolle. Hier wird der Betriebszustand des Fahrzeugs (Motortemperatur, Abgasbeschaffenheit, Öldruck und -viskosität, Reifendruck etc.) dynamisch überwacht, gegebenenfalls nachgeregelt oder dem Fahrer per Warnzeichen übermittelt.