Sensoren: aus Messgrößen werden Signale
Ein Sensor wandelt eine Messgröße wie Temperatur oder Helligkeit in ein elektrisches Signal um.
Das lernst du heute
- Ich kann erklären, was ein Sensor macht.
- Ich kenne Sensoren für Wärme und Licht.
- Ich kann ein Sensorsignal mit einer Reihenschaltung erzeugen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Reihenschaltung und Parallelschaltung, Der elektrische Widerstand
Ein Sensor misst eine Größe und gibt ein elektrisches Signal ab. Er wandelt also eine Messgröße in ein Signal um. Ein Temperatursensor reagiert auf Wärme. Ein Lichtsensor reagiert auf Helligkeit. Ein Drucksensor reagiert auf Druck. Beim Heißleiter (NTC) sinkt der Widerstand, wenn es wärmer wird. Beim Fotowiderstand (LDR) sinkt der Widerstand, wenn es heller wird. So wird aus Licht oder Wärme eine Änderung des Widerstands. Diese Änderung macht man als Spannung messbar. Dafür schaltet man den Sensor in Reihe mit einem festen Widerstand. In der Reihenschaltung teilt sich die Spannung im Verhältnis der Widerstände auf. Beispiel: Eine Quelle hat 6 V. In Reihe liegen ein fester Widerstand von 1000 Ω und ein Fotowiderstand. Im Dunkeln hat er 9000 Ω. Zusammen sind das 10 000 Ω. Der Strom ist 6 V : 10 000 Ω = 0,0006 A. Am Fotowiderstand liegen 0,0006 A · 9000 Ω = 5,4 V. Bei Helligkeit hat er nur 1000 Ω. Der Strom ist 6 V : 2000 Ω = 0,003 A, am Sensor liegen 3 V. Das Signal ändert sich also mit dem Licht. Das Gerät dahinter wertet es aus. Sensoren stecken in Rauchmeldern, Handys, Autos und Heizungen.
| Sensor | Messgröße | Was ändert sich? |
|---|---|---|
| Heißleiter (NTC) | Temperatur | Widerstand sinkt bei Wärme |
| Fotowiderstand (LDR) | Helligkeit | Widerstand sinkt bei Licht |
| Drucksensor | Druck | Signal ändert sich mit dem Druck |
Das Signal eines Lichtsensors
- Gegeben: 6 V, fester Widerstand 1000 Ω, Fotowiderstand im Dunkeln 9000 Ω.
- Gesamtwiderstand: 10 000 Ω. Strom: 6 V : 10 000 Ω = 0,0006 A.
- Spannung am Sensor: 0,0006 A · 9000 Ω = 5,4 V.
- Bei Helligkeit (1000 Ω) sinkt sie auf 3 V.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Ein Sensor ist ein Fühler.
Er wandelt Wärme oder Licht in ein Signal um.
Das Signal wertet ein Gerät aus.
Ein Beispiel
Die Straßenlampe geht abends von allein an. Ein Lichtsensor merkt, dass es dunkel wird, und schaltet sie ein.
Schritt für Schritt
Du berechnest das Signal eines Sensors.
- Rechne den Gesamtwiderstand.
- Rechne den Strom I = U : R.
- Rechne die Spannung am Sensor U = I · R.
- Vergleiche hell und dunkel.
Mit einem Bild erklärt
| Zustand | Widerstand des Fotowiderstands | Spannung am Sensor |
|---|---|---|
| dunkel | 9000 Ω | 5,4 V |
| hell | 1000 Ω | 3 V |
Zur Grundlage zurück
- Reihenschaltung und Parallelschaltung – Du kennst die Reihenschaltung und die Spannungsaufteilung.
- Der elektrische Widerstand – Du kennst den Widerstand.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Was geht in den Sensor hinein, was kommt heraus?
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Lösung: Er wandelt eine Messgröße in ein elektrisches Signal um.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Zeig mir den ersten Schritt
Denke an die Tabelle.
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Lösung: Er sinkt.
Tipp: Fester Widerstand plus Sensor in Reihe: Ändert der Sensor seinen Widerstand, ändert sich die Spannung an ihm.
Merksatz: Sensor: wandelt eine Messgröße in ein elektrisches Signal um. NTC: wärmer, weniger Widerstand. LDR: heller, weniger Widerstand.
Typischer Fehler: Viele denken, ein Sensor messe die Temperatur oder das Licht direkt in Grad Celsius oder Lux, der Einheit für die Helligkeit. Er liefert nur ein elektrisches Signal. Erst die Kalibrierung ordnet ihm einen Wert zu.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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Lösung: der Heißleiter (NTC)
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Lösung: Stimmt nicht
Frage 3 Eine Quelle mit 6 V liegt an einem Widerstand von 1000 Ω und einem Sensor mit 1000 Ω in Reihe. Wie groß ist die Spannung am Sensor in V?
Zeig mir den ersten Schritt
Beide Widerstände sind gleich groß.
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Lösung: 3
Die Spannung teilt sich zu gleichen Teilen auf: 6 V : 2 = 3 V.
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Lösung: in einer Straßenlampe mit Dämmerungsschalter
Geschafft
Sensoren machen Messgrößen elektrisch auswertbar. Meist ändert sich der Widerstand, und daraus entsteht eine Spannung.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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