Sensoren

• beschränkter Einbauraum --> Miniaturisierung
• hoher allgemeiner Kostendruck --> Massenfertigung
• Sekundärfunktionen --> harte Betriebsbedingungen
• Sicherheit --> zuverlässig, langlebig
• hohe Temperaturen am Einbauraum --> hoher Temperaturenbereich
• Robustheit ggü. chem. und mechan. Belastungen
• Elektromagnetische Störungen --> Verpolung

resistive Effekte (elektrischer Widerstand)

• Temperaturabhängigkeit von metallischen und halbleitenden Materialien

induktive Effekte (Induktionsgesetz)

• Induktionsspannungssensoren (generatorisch): Bewegung im Magnetfeld

kapazitive Effekte (Influenz)

• Kapazitätsänderung durch Plattenabstand und Überdeckungsgrad

ladungserzeugende Effekte

• piezoelektrischer Effekt (Quarz, Piezokeramik)

spannungserzeugende, galvanische Effekte

• Hall-Effekt

fotoelektrische und faseroptische Effekte

• Fotozellen, Fotodioden, Fototransistoren

Wärmetönungseffekte (thermische Effekte)

Wellenausbreitungseffekte

Allgemein

abhängig von Sensorart

Analog

• Signalpegel – Spezifikation der minimalen und maximalen Werte
• Signalströme – Spezifikation der minimalen und maximalen Werte
• Bandbreite der Signale
• Bauteiltoleranzen
• Toleranzen über Temperatur
• Nichtlineraritäten --> Kennlinie
• Berechnung Toleranzkette --> Diagnose
• Auswirkung möglicher Kurzschlüsse oder Unterbrechungen --> Diagnose: Wie ändert sich das Signal bei einem Kurzschluss gegen Masse?

Digital

• Spannungspegel – logisch 1 und logisch 0
• Anstiegs- und Abfallzeiten
• Toleranzen

Drehzahlsensor

• induktiver Geber: aus Dauermagnet weichmagnetischem Polstift und Induktionsspule
• ferromagnetisches Zahnrad --> induzierte Spannung proportional zur Änderung des Magnetflusses
• sinusähnlicher Spannungsverlauf --> Drehzahl ergibt sich aus Abstand der Nulldurchgänge

Drehzahl/Phasensensor - Hall-Effekt

• Halbleiter-Plättchen von Strom I durchflossen und von Magnetfeld mit Flussdichte B durchflossen --> Lorentzkraft wirkt auf Ladungsträger
• diese werden senkrecht zur Strom und Magnetfeldrichtung abgelenkt --> elektrisches Wuerfeld und Potenzialdifferenz an den Längsseiten

Hall-Phasensensor - Nockenwelle

• arbeitet nach Differenzialprinzip
• zwei räumlich (radial/axial) versetzt angeordnete Hall-Elemente liefern ein Ausgangssignal, das dem Flussdichteunterschied zwischen zwei Orten proportional ist
• notwendig: zweispurige Lochblende oder Zweispurimpulsrad

Temperatur (Ansaugluft, Öl, Kühlmittel) - Heissleiter (NTC)

• Temperaturabhängigkeit elektrischer Widerstandswerkzeuge mit negativem Temperaturkoeffizient (NTC)
• die Zahl der freien Ladungsträger nimmt mit steigender Temperatur zu --> Eigenleitfähigkeit nimmt zu
• solange Heißleiter elektrisch wenig belastet ist, gleicht seine Eigentemperatur der Außentemperatur

Temperatur Abgas - Kaltleiter

• Widerstandthermometer mit positiven Temperaturkoeffizient --> Widerstand erhöht sich mit steigender Temperatur
• in der Praxis fast ausschließlich Platin als Werkstoff für Messwiderstände

Potentiometrische Winkelsensoren - Fahrpedal-, Bremspedalgeber und DK-Stellung

• ratiometrische Schnittstellen (Unabhängigkeit des digitalisierten Signal von Versorgungsspannung)
• durch Gestaltung der Widerstandsbahnen sind unterschiedliche KL realisierbar
• Redundanz
• Überlastungsschutz: Vorwiderstände
• Vorteile: preiswert, robust ggü. Störungen, großer Messeffekt, keine Elektronik erforderlich, weiter Temperaturbereich
• Nachteile: Verschleiß und Messfehler durch Abrieb, Abheben des Schleifers bei Vibration und Beschleunigung, relativ groß (begrenzt miniaturisierbar)

Hallgeber (Prinzip) -Fahrpedal-, Bremspedalgeber und DK-Stellung

• Drehbarer Permanentmagnet, nicht beweglichen weichmagnetischen Magnetkern und Hall-Element
• je weiter der Magnet gedreht wird, desto größer wird der Magnetfluss durch das Hall-Element --> Betrag des Flusses ist ein Maß für Verdrehwinkel
• Hallspannung wird nicht an SG weitergegeben, sonder Wandlung in PWM-Signal
• Vorteile: verschleißfrei, robust ggü. Vibration und Beschleunigung
• Nachteil: teurer als potentiometrische Verfahren

Saugrohrdruck (Lastsignal)

• Wandlung Druck in elektrische Spannung --> Änderung des Widerstandes von mehreren zu einer Brücke verschalteten Dehnmesstreifen (piezoresistiv)
• Manifold Pressure (MAP), auch Umgebungsdruck: Ansaugluftdrucksensor um Saugrohrunterdruck nach DK zu bestimmen (Messbereich: 0,2-1-1 bar) --> zusammen mit Ansauglufttemperatur kann Luftmasse bestimmt werden

Luftmassensensor mittels Heißfilm oder Hitzedraht-Anemometer

• Anforderung: Fluss zwischen 400 und 1200 kg/h, Genauigkeit zwischen 2...3%, durch zyklische Öffnen und Schließen der Ventile pulsiert der Luftmassenstrom

1. Hitzedraht
   • basiert auf Wirkung des Wärmetransports zwischen einem erwärmten Körper und dem ihn umgebenden Medium
   • Luftstrom an beheizten Draht --> dieser Draht wird durch ihn durchfließenden Strom auf Übertemperatur ggü. Ansaugluft gehalten --> Heizstrom ist ein Maß für die vom Motor angesaugte Luftmasse
   • Heizstrom wird in einem Widerstand in ein Spannungssignal umgewandelt
   • ein zusätzlich eingebauter Temperatursensor sorgt dafür, dass das Ausgangssignal nicht von Ansauglufttemperatur abhängt
   • Pt-Draht ist sowohl Heizelement und Temperatursensor - muss nach Abschalten Zündung freigeglüht werden (ca. 1000°C)
2. Heißfilm
   • vereinigt sämtliche Messelemente und Elektronik auf einem Substrat
   • Ausgangssignal ist Temperaturdifferenz vor und nach Heizelement --> vorzeichenrichtig

Sauerstoffsensor

• Lambda-Bestimmung durch Restsauerstoffgehalt im Abgas
• Nernst-gleichung
• Zweipunktlambdasonde
• Breitband-Lambdasonde
  • Messung auch außerhalb von Lambda = 1 - Bereich genau --> eindeutig stetiges elektrisches Signal
  • Regelkonzept auch für fette/magere Gemische --> LSU (Lambda-Sonde-Universal)
  • Gas gelangt durch Gaszutrittsloch und Diffusionsbariere in den Messbereich --> Nernstzelle vergleicht Gas mit Referenzluft
  • Pumpspannung kann Sauerstoff aus Abgas in Diffusionsspalt (auf lambda=1durch ELEKTRONIK geregelt) hinein oder hinaus pumpen
  • bei mageren Gemisch pumpt die Regelung O2 nach außen --> positiver Strom
  • bei fetten Gemisch wird SAuerstoff in den Messraum gepumpt --> negativ
  • der Pumpstrom ist proportional der O2-Konzentration im Abgas und so ein nichtlineares Maß für lambda

Beschleunigungssensor - Klopfsensor (Vibrationssensor)

• Wirkprinzip: piezoelektrischer Effekt - durch Stauchen oder Strecken entlang bestimmter Kristallachsen werden elektrische Ladungen induziert (Verschiebung der positiven und negativen Ionen im Kristall durch Krafteinwirkung --> an den Stirnflächen entstehen elektrische Felder <-- auch umgekehrter Effekt bei Anlegen einer Spannung
  1. Longitudinal Effekt
  2. Transversal
  3. Schub