Sensor: Funktion, Einteilung und Einsatzbereiche
Sensoren nehmen chemische oder physikalische Zustände auf und wandeln diese in elektrische Signale um. Sie sind wichtig für die Funktion einer Regelung und auch in modernen Heizungsanlagen im Einsatz. Hier haben Sensoren unter anderem die Aufgaben, verschiedene Temperaturwerte zu messen. Heizungsanlagen können ihre Leistung daraufhin an den Bedarf anpassen.
Aufbau und Arbeitsweise der Sensoren
Sensoren (auch Detektoren, Aufnehmer oder Fühler) bestehen in der Regel aus einem Messaufnehmer und einem Wandler. Die Messaufnehmer nutzen unterschiedliche Prinzipien, um Eigenschaften in ihrer Umgebung zu erfassen. Die Wandler übersetzen die Parameter daraufhin in elektrisch auswertbare Informationen. Diese lassen sich von einem Regler interpretieren, der mit entsprechenden Steuersignalen darauf reagiert.
Grundsätzlich kommunizieren Fühler über Kabel oder Funk. Sie sind für spezifische Messgrößen erhältlich und können zum Beispiel Temperaturen, Druckwerte, Feuchtigkeitsgehalte oder Lichtstärken erfassen. Experten unterscheiden die Bauteile vor allem nach dem Wirkprinzip. Im Folgenden ein Überblick über gebräuchliche Kategorien:
Sensor Wirkprinzip : Thermoelektrisch; Funktionsweise: Abhängig von der Temperatur verändert sich die elektrische Spannung; Beispiel: Thermoelement
Sensor Wirkprinzip : Resistiv; Funktionsweise: Eine Messgröße wirkt sich auf den Ohmschen Wiederstand aus; Beispiel: Heiß- und Kaltleiter
Sensor Wirkprinzip : Piezoelektrisch; Funktionsweise: Bei der Verformung bestimmter Materialien entsteht eine elektrische Spannung; Beispiel: Drucksensor
Sensor Wirkprinzip : Kapazitiv; Funktionsweise: Kondensatoren können durch die Veränderung einer Messgröße mehr oder weniger Energie speichern; Beispiel: Feuchtigkeitsmesser
Sensor Wirkprinzip : Induktiv; Funktionsweise: Durch ein Messobjekt veränder sich das Magnetfeld um eine Spule; Beispiel: Abstandsmesser
Sensor Wirkprinzip : Optisch; Funktionsweise: Licht sorgt für die Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Materials; Beispiel: Lichtschranke
Kriterien zur Auswahl von Sensoren
Soll ein Sensor bei einer Reglung zum Einsatz kommen, muss er bestimmte Eigenschaften besitzen. Nur so lässt sich sicherstellen, dass die Fühler korrekte Werte liefern und Regler diese auch erfassen und auswerten können. Wichtig ist dabei zunächst die Messgröße. Also die chemische oder physikalische Eigenschaft, die ein Detektor erfassen kann. Darüber hinaus muss der Fühler für den gewünschten Einsatzort geeignet sein. Die zu messenden Parameter müssen im Messbereich des Bauteils liegen und Umwelteinflüsse wie Temperatur oder Feuchte dürfen die Ergebnisse nicht verfälschen. Bei der Auswahl von Sensoren sind außerdem folgende Kriterien zu berücksichtigen:
• Messbereichsumfang (gibt den Bereich an, in dem ein Fühler die Messgröße erfassen kann)
• Ausgabebereich (gibt das Intervall der ausgegebenen Signale bei dem kleinsten und größten Messwert an)
• Auflösung (gibt an, welche Veränderungen der Messgröße ein Detektor erfassen kann)
• Genauigkeit (gibt die maximal mögliche Abweichung von der realen Messgröße an)
• Wiederholgenauigkeit (gibt die Abweichung der Messergebnisse bei wiederholter Messung an)
• Sättigung (gibt den Grenzwert einer Messgröße an, ab der ein Sensor nicht mehr zuverlässig arbeitet)
• Totband (gibt Bereiche einer Messgröße an, bei denen der Fühler den gleichen Ausgabewert erzeugt)
Neben den genannten Kriterien gibt es eine Vielzahl weiterer, die meist von der Art und dem Messprinzip der Fühler abhängen.
Sensoren für die Regelung einer Heizung
Auch dann, wenn Verbraucher ihre Heizung steuern, kommt mindestens ein Sensor zum Einsatz. Ein Beispiel dafür ist die raumtemperaturgeführte Regelung . Hier misst ein Raumtemperaturfühler , wie warm es in einem Führungsraum ist. Steigt die Temperatur in diesem an, senkt die Regelung die Vorlauftemperatur des Heizungswassers ab. Die Anlage liefert dann weniger Wärme und spart Energie. Sinkt die Temperatur im Führungsraum ab, lässt die Reglung die Vorlauftemperatur hingegen ansteigen, um mehr Wärme in das Haus zu bringen.