Berührungslose Sensortechnik und ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten

Digitalisierung : Berührungslose Sensortechnik und ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten

Ohne berührungslose Sensortechnik wären viele Prozesse im industriellen Bereich nicht mehr denkbar. Sensoren sind wichtige Schnittstellen zur Außenwelt und funktionieren nach einem speziellen Prinzip.

Zunehmende Digitalisierung in der Industrie

Für die Digitalisierung in der Industrie sind Sensoren unabdingbar, da sie zwar unscheinbare, aber enorm wichtige Aufgaben übernehmen. Auch im täglichen Alltag sind wir von Sensoren umgeben. Automatische Türen, Rauchmelder sowie die moderne Technik in Smartphones und Autos und viele weitere Bereiche funktionieren mithilfe moderner Sensortechnik. Dabei muss allerdings zwischen verschiedenen Arten und Funktionsweisen von Sensoren unterschieden werden. Ultraschallsensoren sind Bauteile, die auch als Aufnehmer, Messefühler und Detektor bekannt sind. Sie sind in der Lage, bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften sowie die stoffliche Beschaffenheit in ihrer Umgebung qualitativ oder quantitativ als Messgröße zu erfassen. Die Ultraschallsensoren senden Schallwellen im Bereich des hochfrequenten Ultraschallbereichs aus. Diese werden vom Zielobjekt reflektiert und danach vom Sensor wieder empfangen. Aufgrund der Laufzeit dieses Vorgangs wird anschließend die Entfernung berechnet. Auf diese Weise können mit diesen Sensoren sowohl Abstände gemessen und die Positionen beliebiger Objekte erfasst werden. Der Ultraschallsensor zählt aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten als optimales Instrument für zahlreiche Mess- und Kontrollaufgaben im Industriebereich sowie in anderen Branchen. Im Gegensatz zu Produkten anderer Unternehmen sind Ultraschallsensoren dieses Herstellers mit Keramik beschichtet. Die Keramikbeschichtung sorgt für ein verbessertes Übertragungsverhalten der Sensoren beim Senden und Empfangen von Signalen. Das Produktportfolio dieses Herstellers für berührungslose Sensortechnik und Bedienelemente besteht aus 20 eigenständigen Produktgruppen, darunter schwerpunktmäßig Maschinensicherheit, Sensoren sowie Joysticks, Fahrzeugkomponenten und Niveaugeber. Zu den häufig von Sensoren gemessenen physikalischen Eigenschaften zählen Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Helligkeit, Beschleunigung sowie die Wärmemenge.

Sensoren als Messfühler unterschiedlicher Eigenschaften

Mithilfe von Sensoren messbare chemische Eigenschaften sind unter anderem Ionenstärke, pH-Wert und elektrochemisches Potenzial. Für die Messung unterschiedlicher Eigenschaften werden verschiedene Sensoren benötigt, sodass es zahlreiche verschiedene Sensoren und unterschiedliche Einsatzgebiete für die jeweiligen Messfühler gibt. Der Unterschied zwischen aktiven und passiven Sensoren besteht darin, ob für die Messung elektrische Hilfsenergie benötigt wird oder nicht. Als aktive Sensoren werden deshalb jene bezeichnet, die zunächst durch Anlegen einer Versorgungsspannung aktiviert werden müssen, um anschließend ein Ausgangssignal zu generieren. Diese Sensoren senden Energie aus und messen dadurch die Reaktion ihrer Umgebung. Zu diesen Sensoren gehören beispielsweise die Laserscanner. Passive Sensoren arbeiten hingegen ohne Versorgungsspannung, indem die Energie in der Umgebung genutzt wird. Darüber hinaus gibt es weitere übliche Klassifikationen, die bei der Kategorisierung von Sensoren verwendet werden. Zur Messung von Temperatur, Geschwindigkeit oder dem Ladezustand eingebauter Batterien werden interne Sensoren eingesetzt, während externe Sensoren zur Abstandsbestimmung zu anderen Objekten dienen und die Messwerte mithilfe von Ultraschall, Infrarot oder ähnlichen Technologien generieren. Der entscheidende Unterschied zwischen den Sensoren ist jedoch das vom Sensor verwendete Messprinzip. In der Sensortechnik gibt es zahlreiche verschiedene Messprinzipien. Die jeweilige Vorgehensweise erfordert abhängig von der Anwendung entweder induktive, resistive, kapazitive, optoelektrische, piezoelektrische, elektrochemische oder magnetoelastische Sensoren. Darüber hinaus zählen auch Magnetfeldsensoren und Temperatursensoren zur Gruppe der Sensoren.

Bindeglieder zwischen Datenverarbeitung und System-Außenwelt

Die Sensorik bezeichnet weltweit die Anwendung von Sensoren zur Messung verschiedener chemischer und physikalischer Eigenschaften. Das als Messwert-Aufnehmer bezeichnete technische Bauteil misst dabei stets einen Ist-Wert und leitet diesen an eine Datenverarbeitung weiter. Die Verarbeitung der dadurch gewonnenen Daten geschieht entweder manuell durch eine entsprechend geschulte Person oder durch ein digitales Datenverarbeitungssystem. Letzteres kommt vor allem bei der Nutzung von Sensoren im industriellen Bereich zur Anwendung. Der Sensor befindet sich immer an einer geeigneten Messstelle und stellt dadurch die Verbindung zwischen der Datenverarbeitung und der Außenwelt eines Systems dar. Darüber hinaus ist ein Sensor immer Bestandteil von einem Regelkreis. Der Regelkreis ist wiederum ein sich selbst steuerndes System, das permanent einen Ist-Wert mit einem Soll-Wert abgleicht. Sobald der gemessene Ist-Wert zu stark vom Soll-Wert abweicht, werden vom System selbständig Gegenmaßnahmen ergriffen. Die moderne Messtechnik zählt aufgrund stetiger technischer Fortschritte und sinkender Herstellungskosten bei Bauteilen inzwischen zum Wachstumsmarkt. Die Sensorüberwachung mithilfe von Sensorsystemen ist sowohl in größeren Produktionsbetrieben wie Raffinerien und kleineren Industrieunternehmen üblich. Zur Sensorik zählen sowohl Einheiten, die ein analoges Signal aussenden, als auch Einheiten, die binäre Signale senden. Moderne Sensorik gilt als Voraussetzung für die Funktion vieler Applikationen in der Industrie und Forschung. Als Anknüpfungspunkte zwischen der realen und der digitalen Welt gehören Sensoren zu den wichtigsten Gliedern bei der Umsetzung bestimmter industrieller und innerbetrieblicher Prozesse. Beim Ausfall eines Sensorsystems im industriellen Einsatz ist deshalb mit gravierenden Folgen zu rechnen. Um die Folgen eines Ausfalls des Sensorsystems zu minimieren, bestehen bei den meisten Unternehmen, die Sensortechnik verwenden, bestimmte Notfallpläne. Mit spezifischen Tests wird versucht, Systemprobleme rechtzeitig zu erkennen. Da immer mehr Industriebereiche automatisiert werden, steigt der Bedarf an effizienter Sensortechnik. Pro Maschine werden daher meist mehrere Sensoren eingesetzt. Modernste Sensorik findet man auch im Bereich Gesundheit und Wellness. Zur Überwachung der Körperchemie werden derzeit in den USA spezielle Biosensoren als neue Generation gewebeintegrierter Sensoren entwickelt.

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