2.6.1 Sensoren mit Widerstandsänderungen
Viele physikalische Größen beeinflussen den Widerstand eines elektrischen Bauelements und werden dadurch erfaßbar. Der elektrische Widerstand eines Leiters ist von seinem Material, von seinem Querschnitt und von der Länge abhängig.
Die wichtigsten Sensoren dieser Art sind Widerstandssensoren, potentiometrische Sensoren, Widerstandsthermometer und Dehnungsmessstreifen. Ein einfacher Widerstandsensor ist der Schalter in einem elektrischen Stromkreis. Ein geöffneter Schalter stellt einen sehr großen (unendlichen) Widerstand dar, ein geschlossener Schalter ist ein sehr kleiner (kein) Widerstand. Beispiele an Druckweiterverarbeitungsmaschinen sind vielfach vorhanden. Der Widerstandssensor wird besonders bei Schutzvorrichtungen verwendet. So schneidet der Planschneider nur, wenn die Zweihand-Schnittauslösung (Schalter) gedrückt ist. Da auch der Klebstoff zwischen den Elektroden den elektrischen Strom leitet, lässt sich das Vorhandensein ausreichenden Klebstoffs im Klebstoffbehälter kontrollieren. Bei ungenügendem Füllstand (unendlicher Widerstand) erlischt die Lampe.
Ein Dehnungsmessstreifen ist ein elektrisch leitender Draht, der sich aufgrund mechanischer Einflüsse (Druck, Zug, Torsion) dehnt und damit seinen Widerstand verändert. Durch Dehnung wird der Draht verlängert und gleichzeitig im Querschnitt verkleinert. Meist kommen Folien-Dehnungsmessstreifen zum Einsatz, bei denen ein metallisches Messgitter in einem galvanischen Verfahren auf eine Trägerfolie aufgetragen wird. Um kleine Baulängen von wenigen Millimetern zu erhalten, sind die Leitungswege mäanderförmig aufgebracht, und zwar in Längsrichtung sehr dünn und in den Umkehrschleifen, also in Querrichtung, sehr breit. Durch die Mäanderform erreicht man eine große wirksame Leiterlänge. Die Widerstandsänderung ist bei der Dehnung in Längsrichtung entsprechend hoch und bei etwaigen Querdehnungen sehr gering. Die Messstreifen müssen mit großer Sorgfalt auf das Messobjekt geklebt werden und erhalten zum mechanischen Schutz einen Kitt oder eine Metallkapsel. Der Sensor wird z. B. zur Luftdrucküberwachung an Druckweiterverarbeitungsmaschinen eingesetzt.
Kraftmessdosen mit Dehnungsmessstreifen enthalten je zwei Dehnungsmessstreifen, die auf Stauchung und auf Zug reagieren. Die Dehnungsmessstreifen sind auf einen Druckkörper aufgeklebt und erlauben Kräftemessungen bis über 1000 kN. Sie werden z. B. zur Kraftmessung an Prägepressen und als Wägezellen für elektronische Waagen verwendet.
Unter Temperatureinfluss ändert sich der Widerstandswert von Metallen und Halbleitern. Diese Eigenschaft wird beim Widerstandsthermometer ausgenutzt. Durch Messen des Widerstandes wird über eine geeichte Skala die Temperatur bestimmt.
Um Messfehler zu vermeiden, wird meist ein zweiter Sensor außerhalb des Messobjekts angebracht. An Druckweiterverarbeitungsmaschinen werden solche Messeinrichtungen zur Temperaturregelung (Sollwertgeber) bei der Hotmelt-Klebung verwendet, in Temperaturregelkreisen oder zur Feuchte- und Temperaturbestimmung in einem Papierstapel.
Der potentiometrische Sensor ermöglicht das Messen eines zurückgelegten Weges. Durch mechanisches Verschieben oder Verändern des Potentiometerabgriffs ändert sich die Spannung. Der Weg kann durch eine Spannungsmessung bestimmt werden. In der Druckweiterverarbeitung wird der potentiometrische Sensor verwendet, z. B. zur Steuerung des Sattels beim Planschneider.