Richtige Auswahl der Sensoren

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Moderne Sensoren unterscheiden sich in ihrem Prinzip und ihrer Struktur erheblich voneinander. Wie man je nach konkretem Messzweck, Messobjekt sowie Messumfeld den richtigen Sensor auswählt, ist die erste Frage, die bei der Messung einer Größe zu beantworten ist. Sobald der Sensor festgelegt ist, können auch die dazugehörigen Messverfahren und Messgeräte bestimmt werden. Der Erfolg der Messergebnisse hängt in hohem Maße davon ab, ob die Wahl des Sensors angemessen ist. 1. Auswahl der Empfindlichkeit: In der Regel ist es wünschenswert, dass die Empfindlichkeit des Sensors innerhalb seines linearen Bereichs so hoch wie möglich ist. Denn nur bei hoher Empfindlichkeit ist der Wert des Ausgangssignals, der der Veränderung des zu messenden Wertes entspricht, groß genug, was die Signalverarbeitung erleichtert. Es ist jedoch zu beachten, dass der Sensor eine hohe Empfindlichkeit aufweist. Auch externe Störgeräusche, die nichts mit der gemessenen Größe zu tun haben, können eindringen und vom Verstärkungssystem verstärkt werden – was wiederum die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt. Daher muss der Sensor selbst einen hohen Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, um Störsignale von außen so weit wie möglich zu reduzieren. Die Empfindlichkeit des Sensors ist Richtungsabhängig. Wenn das zu messende Objekt ein einrichtungsspezifischer Vektor ist und hohe Anforderungen an seine Richtung gestellt werden, sollten Sensoren gewählt werden, die in anderen Richtungen eine geringe Empfindlichkeit aufweisen ； Wenn das zu messende Objekt ein mehrdimensionaler Vektor ist, sollte die Kreuzempfindlichkeit des Sensors möglichst gering sein. 2. Bestimmung der Sensorart entsprechend dem Messobjekt und der Messumgebung: Um eine konkrete Messung durchzuführen, muss zunächst berücksichtigt werden, welches Prinzip hinter dem Sensor steht. Dies kann nur nach Analyse mehrerer Faktoren festgelegt werden. Denn selbst bei der Messung derselben physikalischen Größe stehen verschiedene Sensortypen zur Auswahl. Welcher Sensortyp am geeignetsten ist, hängt von den Eigenschaften der zu messenden Größe sowie von den Einsatzbedingungen des Sensors ab. Dabei müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden: Die Größe des Messbereichs ； Anforderungen an das Volumen des Sensors am zu prüfenden Ort ； Ist die Messung kontaktbasiert oder kontaktlos? ； Methoden zur Übertragung von Signalen, kabelgebunden oder kontaktlos ； Herkunft des Sensors, inländisch oder importiert, ob der Preis erschwinglich ist, oder ob er selbst entwickelt wird. Nach Berücksichtigung der oben genannten Fragen kann festgelegt werden, welche Art von Sensor verwendet werden soll, anschließend werden die konkreten Leistungsmerkmale des Sensors betrachtet. 3. Frequenzantwortseigenschaften: Die Frequenzantwortseigenschaften des Sensors bestimmen den messbaren Frequenzbereich. Es müssen Bedingungen gewährleistet werden, unter denen die Messungen innerhalb des zulässigen Frequenzbereichs ohne Verzerrungen erfolgen können. In der Praxis weist die Reaktion des Sensors immer eine gewisse Verzögerung auf – je kürzer diese Verzögerungszeit ist, desto besser. Je höher die Frequenzantwort des Sensors ist, desto breiter ist das messbare Signalfrequenzbereich. Aufgrund der strukturellen Eigenschaften weisen mechanische Systeme jedoch eine große Trägheit auf; daher liegt die Frequenz der von Sensoren messbaren Signale bei niedrigeren Werten. Bei dynamischen Messungen sollten die Antworteigenschaften an die Eigenschaften des Signals angepasst werden – sei es im stationären, transienten oder zufälligen Zustand – um übermäßige Fehler zu vermeiden. 4. Linearitätsbereich: Der Linearitätsbereich eines Sensors bezeichnet den Bereich, in dem die Ausgabe proportional zur Eingangsspannung ist. Theoretisch bleibt die Empfindlichkeit in diesem Bereich konstant. Je breiter der lineare Bereich des Sensors ist, desto größer ist sein Messbereich und es kann eine gewisse Messgenauigkeit gewährleistet werden. Bei der Auswahl eines Sensors sollte man zunächst prüfen, ob das Messbereich des Sensors den Anforderungen entspricht, nachdem die Art des Sensors bereits festgelegt wurde. Tatsächlich kann jedoch kein Sensor eine absolute Linearität gewährleisten; seine Linearität ist ebenfalls relativ. Wenn die erforderliche Messgenauigkeit relativ gering ist, kann man Sensoren mit geringen nichtlinearen Fehlern innerhalb eines bestimmten Bereichs annähernd als linear betrachten – das bringt erhebliche Vorteile für die Messung mit sich. 5. Stabilität: Die Fähigkeit eines Sensors, seine Leistung über einen gewissen Zeitraum hinweg unverändert zu halten, wird als Stabilität bezeichnet. Zu den Faktoren, die die langfristige Stabilität eines Sensors beeinflussen, gehören neben der Struktur des Sensors selbst vor allem die Umgebungsbedingungen, unter denen er eingesetzt wird. Daher muss ein Sensor, um eine gute Stabilität zu haben, über eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umwelt verfügen. Bevor ein Sensor ausgewählt wird, sollte seine Einsatzumgebung untersucht werden. Anschließend sollte je nach konkreter Einsatzumgebung der geeignete Sensor gewählt werden – oder geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um den Einfluss der Umgebung zu verringern. Für die Stabilität der Sensoren gibt es quantitative Kennzahlen. Nach Ablauf der Nutzungsdauer sollte der Sensor vor erneutem Einsatz neu kalibriert werden, um festzustellen, ob sich seine Leistung verändert hat.