Passive und aktive Sensoren: Die Funktion im Vergleich
Sensoren oder Fühler sind wichtige Bestandteile einer Regelung. Denn sie nehmen verschiedenste Messgrößen auf und liefen Eingangswerte für einen Regler. Abhängig von ihrer Funktionsweise lassen sich dabei passive Sensoren und aktive Sensoren voneinander unterscheiden. Wir zeigen, was beide kennzeichnet und welche Kriterien außerdem zur Einteilung der Fühler infrage kommen.
Passive Sensoren arbeiten mit Hilfsenergie
Passive Sensoren verändern ihre Eigenschaften durch Änderungen in der Umgebung. Sie benötigen eine zusätzliche Energiequelle und arbeiten mit Hilfsenergie. Änderungen in den Eigenschaften der Fühler verändern dabei auch die Hilfsenergie. Das lässt sich messen und regelungstechnisch auswerten. Grundsätzlich unterscheiden Experten passive Sensoren in resistive, kapazitive und induktive Fühler.
Bei einem resistiven Fühler ändert sich der ohmsche Widerstand durch Veränderungen in der Umgebung. Ein Beispiel für passive Sensoren sind hier Außentemperaturfühler aus Heißleitern oder Kaltleitern .
Kapazitive Fühler reagieren mit einer unterschiedlichen elektrischen Kapazität auf Änderungen in ihrer Umgebung. Ein Beispiel ist das kapazitive Absorptionshygrometer, das seine Eigenschaften bei schwankenden Feuchtewerten in der Luft verändert.
Induktive Fühler sind passive Sensoren, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Trifft dieses mit leitfähigen Materialien zusammen, ändert sich die Amplitude des Schwingkreises, die sich messtechnisch erfassen lässt. Auf diese Weise können die Fühler metallische Objekte berührungslos erkennen.
Aktive Sensoren erzeugen elektrische Signale
Aktive Sensoren erzeugen selbst elektrische Signale, wie eine Ladung oder einer Spannung. Sie reagieren damit aktiv auf Veränderungen in ihrer Umgebung und kommen ohne Hilfsenergie aus. Eine Regelung kann die elektrischen Signale aufnehmen, auswerten und entsprechend reagieren. Einfach nachvollziehbar ist die Funktionsweise an zwei Beispielen: Thermoelemente zur Temperaturmessung und Piezokristallsensoren zum Messen von Kräften.
Thermoelemente bestehen aus zwei unterschiedlichen elektrischen Leitern. Sie sind an der Spitze miteinander verbunden und erzeugen eine elektrische Spannung, wenn sich die Temperaturen an beiden Enden unterscheiden. Die aktiven Sensoren eignen sich zum Messen von Temperaturunterschieden.
Piezokristallsensoren bestehen aus Keramik oder Quarzkristallen. Werden diese mit einer Kraft beaufschlagt, erzeugen sie ein Ladungssignal, das sich messtechnisch auswerten lässt. Die aktiven Sensoren eignen sich dabei unter anderem zur Messung von Kräften oder Beschleunigungsvorgängen.
Weitere Kriterien zur Einteilung von Sensoren
Neben der Einteilung in passive und aktive Sensoren gibt es zahlreiche weitere Kriterien, mit denen sich die Fühler unterscheiden lassen. So ordnen Experten die Bauteile auch nach ihrem Messprinzip verschiedenen Klassen zu. Beispiele sind hier mechanische, thermoelektrische, magnetische oder optische Sensoren. Zu jeder Kategorie sind dabei zahlreiche Anwendungen denkbar. Darüber hinaus kann die Einteilung auch nach der gemessenen Größe (zum Beispiel Abstand, Druck oder Temperatur), dem Einsatzzweck (zum Beispiel zum Heizung steuern ) oder der Signalart (zum Beispiel analog oder digital) erfolgen.