DYS+ Campus ist kostenlos und ohne Werbung. Projekt mit einer Spende unterstützen

Physik

Sensoren: aus Messgrößen werden Signale

Ein Sensor wandelt eine Messgröße wie Temperatur oder Helligkeit in ein elektrisches Signal um.

  • ca. 11 Minuten
  • Klasse 9
  • Niveau: Standard

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.

Beispiele für Sensoren.
SensorMessgrößeWas ändert sich?
Heißleiter (NTC)TemperaturWiderstand sinkt bei Wärme
Fotowiderstand (LDR)HelligkeitWiderstand sinkt bei Licht
DrucksensorDruckSignal ändert sich mit dem Druck

Das Signal eines Lichtsensors

  1. Gegeben: 6 V, fester Widerstand 1000 Ω, Fotowiderstand im Dunkeln 9000 Ω.
  2. Gesamtwiderstand: 10 000 Ω. Strom: 6 V : 10 000 Ω = 0,0006 A.
  3. Spannung am Sensor: 0,0006 A · 9000 Ω = 5,4 V.
  4. 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

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.

  1. Rechne den Gesamtwiderstand.
  2. Rechne den Strom I = U : R.
  3. Rechne die Spannung am Sensor U = I · R.
  4. Vergleiche hell und dunkel.

Mit einem Bild erklärt

ZustandWiderstand des FotowiderstandsSpannung am Sensor
dunkel9000 Ω5,4 V
hell1000 Ω3 V

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Was macht ein Sensor?
Zeig mir den ersten Schritt

Was geht in den Sensor hinein, was kommt heraus?

Lösung ansehen

Lösung: Er wandelt eine Messgröße in ein elektrisches Signal um.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Wie ändert sich der Widerstand eines Fotowiderstands (LDR), wenn es heller wird?
Zeig mir den ersten Schritt

Denke an die Tabelle.

Lösung ansehen

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.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Welcher Sensor reagiert auf Wärme?
Lösung ansehen

Lösung: der Heißleiter (NTC)

Frage 2 Ein einfacher Sensor wie ein Heißleiter liefert direkt einen Wert in Grad Celsius.
Lösung ansehen

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.

Lösung ansehen

Lösung: 3

Die Spannung teilt sich zu gleichen Teilen auf: 6 V : 2 = 3 V.

Frage 4 Wo steckt ein Lichtsensor?
Lösung ansehen

Lösung: in einer Straßenlampe mit Dämmerungsschalter

Geschafft

Sensoren machen Messgrößen elektrisch auswertbar. Meist ändert sich der Widerstand, und daraus entsteht eine Spannung.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Sensoren, Signale und Funk

Kurz erklärt, 52 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

PDF, 427 KB

Übungsheft herunterladen (PDF, 427 KB)

Das Heft ist für alle kostenlos – auch wenn gerade kein Geld dafür da ist. Wer es einrichten kann, unterstützt DYS+ Campus mit einem selbst gewählten Betrag. Freiwillig unterstützen