Sensoril für den Hauptwaschgang

Elektronik ohne Sensoren ist wie Mondschein ohne Sonate. Nett, aber irgendetwas fehlt. Natürlich kann man einen Taster oder Schalter auch als Sensor ansehen, gemeint ist hier aber die Aufnahme und Verarbeitung analoger Signale.

Auch einfache Sensoren können komplex sein. Hier betrachten wir zunächst Sensoren, die eine Einwirkung für die sie kompetent sind, in eine Widerstandsänderung umsetzen. Das Bild zeigt einen Zug-/Druck-/Flex-Sensor, zwei Potenziometer, einen lichtabhängigen Widerstand sowie einen temperaturabhängigen Widerstand. Potenziometer lassen sich in ihren unterschiedlichen Formen als Sensoren gebrauchen. Beispielsweise lassen sich Drehwinkel über Drehpotenziometer erfassen. Schiebepotenziometer eignen sich zum Erfassen von Strecken oder in Verbindung mit einer Feder für die Erfassung von Kräften.

Widerstandsbasierte Sensoren finden meist in Verbindung mit Spannungsteilern Einsatz. Die folgende Abbildung zeigt den Einsatz eines lichtempfindlichen Widerstands (LDR) als Steckbrettaufbau.

Vor dem Einsatz in einem eigenen Aufbau bietet sich das Studium des Datenblattes / der Datenblätter der zu verwendenden Bauteile an. Neben dem lichtempfindlichen Widerstand werden anwendungsabhängig auch lichtabhängige Dioden (Photodiode) oder Transistoren (Phototransistor) verwendet.

Datenblätter von lichtabhängigen Widerständen:

PFW205 Serie

NSL-19M51

Für die eigene Anwendung interessieren neben den leicht nachzumessenden Widerständen bei Dunkelheit und sehr hellem Licht auch die relative Empfindlichkeit des Sensors gegen unterschiedlich farbigem Licht und Temperatur. Lichtabhängige Widerstände werden zur Raucherkennung, im Rahmen automatischer Beleuchtung, Steuerung der Chargenzählung, Einbruchmeldeanlagen, Lichtwarnanlagen in Dunkelkammern etc. eingesetzt.

In Schaltplänen verwendetes Symbol: Der obige Steckplatinenaufbau zeigt einen LDR in einem Spannungsteileraufbau gemeinsam mit einem 10k Widerstand. Bei starkem Lichteinfall wird der LDR zunehmend niederohmig. Damit sinkt das Potenzial des Spannungsteilers am Übergangspunkt zwischen dem 10k-Widerstand und LDR ab. Beträgt das Potenzial an dieser Stelle weniger als 1,2 V, reicht es nicht, um die LED zu starten. Der zur Anode der LED führende 1k-Widerstand dient nur zu Strombegrenzung für die LED. Falls es zu einer Verpolung im Aufbau kommen sollte (+ und – werden falsch angeschlossen), bleibt die LED geschützt.

Die genaue Dimensionierung der Widerstände hängt insbesondere von den Kenndaten des verwendeten lichtabhänggigen Widerestands ab. Dieser sollte also nicht ungeprüft verwendet werden.

Umkehrung des Anwendungsfalls. Durch einfachen Austausch zweier Bauteile lässt sich die Schaltung so verändern, dass die LED bei Dunkelheit leuchtet und bei Licht erlischt. Was geschieht, wenn statt einer weißen Lichtes eine LED zur Beleuchtung des Sensors verwendet wird, die blaues, grünes oder rotes Licht aussendet? Bei gleicher Leistungsabgabe sollten heutige LEDs eine etwa gleiche Lichtabgabe besitzen. Ein Aufbau zur Prüfung der farbabhängigen Empfindlichkeit des Sensors in demnach mit einfachen Mitteln zu realisieren (Ein Blick ins Datenblatt ist bequemer und führt auch zum Erfolg). Angenommen, das Auslösen einer lichtgesicherten Alarmanlage sollte vermieden werden, könnte dieses Wissen von Vorteil sein.

Der oben gezeigte FlexSensor besitzt einen Ruhewiderstand von 25kOhm. Er wird zur Winkelmessung, Dehnungsmessung in Anwendungen der Robotik, Spielen (Nintendo Power Glove), medizischen Apparaten, Musikinstrumenten etc. eingesetzt. Der Widerstand des FlexSensors steigt mit zunehmender Biegung. Eine Anleitung zur Verwendung mit dem Arduino gibt Sparkfun in seinem Hookup Guide.