Summary
# Inleiding tot industriële sensoren en aansturing
Dit hoofdstuk introduceert het concept van sensoren binnen automatiseringsprocessen, hun essentiële functies, en de structuur van de cursus, met een focus op hun bijdrage aan betrouwbaarheid, veiligheid en energiebesparing.
### 1.1 De rol van automatisering en sensoren
Automatisering, hoewel een complex proces dat veel keuzes vereist, is uiteindelijk mensenwerk. Het opleidingsonderdeel "Industriële sensoren en aansturing" richt zich op het waarnemen van de omgeving en het verwerken van signalen, met als doel studenten in staat te stellen weloverwogen keuzes te maken over sensoren voor specifieke situaties en het omzetten van sensorsignalen naar bruikbare uitgangssignalen [19](#page=19) [21](#page=21).
### 1.2 Functie van sensoren
Sensoren, ook wel opnemers of transducers genoemd, meten een fysische grootheid en zetten deze om naar een elektrische grootheid, zoals spanning of stroom. Het resulterende elektrische signaal kan vervolgens verder worden verwerkt door systemen zoals PLC's of pc's. Steeds vaker wordt signaalverwerking, zoals de omzetting van analoge naar digitale signalen, direct in de sensor geïntegreerd [21](#page=21).
De niet-elektrische signalen die sensoren kunnen meten, behoren tot diverse domeinen, waaronder:
* Temperatuur [21](#page=21).
* Druk [21](#page=21).
* Kracht [21](#page=21).
* Debiet [21](#page=21).
* Niveau [21](#page=21).
* Positie [21](#page=21).
* Licht [21](#page=21).
* Straling [21](#page=21).
* pH [21](#page=21).
### 1.3 Het belang van sensoren
"Meten is weten" is een fundamenteel principe waarbij sensoren een cruciale rol spelen. Ze detecteren fysische, chemische of elektrochemische parameters. Een systeem met meer sensoren kan beter reageren op gebeurtenissen in een productieproces, wat leidt tot een hogere betrouwbaarheid en efficiëntie [21](#page=21).
**Voorbeeld:** Op een transportband in een vulinstallatie die 50.000 flessen per uur verwerkt, meten ultrasone sensoren de positie van flessen en de tussenruimte in de flessenstroom. Als de tussenruimte te groot is, wordt de band versneld om een probleemloze vulling en etikettering te garanderen [21](#page=21).
Sensoren fungeren als de verbinding tussen het proces, de machine, de buitenwereld en de elektronische besturing. Ze zijn essentieel voor automatiseringsprojecten en worden gebruikt voor diverse taken zoals signaleren, tellen, bewaken, beveiligen, lezen, meten en herkennen [21](#page=21).
> **Tip:** Een goede basiskennis van verschillende sensortypes, hun toepassingen, en hoe ze aan te sluiten en in te stellen, is onmisbaar voor iedereen die zich bezighoudt met automatisering. Kortom, sensoren zijn de primaire informatiebronnen voor automatisering [22](#page=22).
Door sensoren op meerdere plaatsen in een machine te integreren, kunnen processen beter gecontroleerd worden. Hedendaagse sensortechnologie maakt quasi-continue machinebewaking mogelijk, waardoor afwijkende parameters worden geregistreerd nog voordat een storing optreedt. Dit verhoogt de betrouwbaarheid van machines, maakt proactief onderhoud mogelijk en verlengt de levensduur, wat resulteert in een hogere inzetbaarheid en een beter rendement op de investering [22](#page=22).
#### 1.3.1 Veiligheid
Veiligheid is een ander cruciaal aspect waarbij sensortechnologie een belangrijke rol speelt. Sensoren die in machines zijn geïntegreerd, hoe klein ook, vallen onder de verantwoordelijkheid van de machinebouwer. Met de toenemende mate van automatisering groeit ook de vraag naar veiligheidssensoren. Deze sensoren worden de "ogen en oren" van de machine en kunnen in bepaalde gevallen zelfs operators vervangen [22](#page=22).
#### 1.3.2 Energiebesparing
Energiebesparing is een belangrijk aandachtspunt voor industriële bedrijven. Sensortechnologie kan bijdragen aan energiezuinigere aandrijvingen. Hoe meer informatie er wordt verzameld door metingen, hoe efficiënter het productieproces kan worden georganiseerd [22](#page=22).
### 1.4 Leerdoelstellingen
De leerdoelstellingen voor "Industriële sensoren en aansturing" zijn als volgt:
* De belangrijkste principes van sensoren, signaalconditionering en -verwerking, en beeldherkenning uitleggen [22](#page=22).
* Een verantwoorde keuze maken van een geschikte sensor voor een automatiseringsproces [22](#page=22).
* Eigenschappen van een sensor afleiden uit de datasheet [22](#page=22).
* Een sensor op een correcte manier aansluiten [22](#page=22).
### 1.5 Leermateriaal en cursusopbouw
Het leermateriaal omvat een uitgewerkt leerpad met visuele ondersteuning, eenvoudigere schema's, en vraag-antwoord-secties, dat dient als basis voor theorielessen. Daarnaast is er een cursustekst, die gedistribueerd wordt en digitaal beschikbaar is. De cursus bestaat uit 18 uur theorieles, aangevuld met BZL-sessies, en 10 uur laboles waar sensoren praktisch worden aangesloten en uitgetest, inclusief het instellen van parameters en het gebruik van datasheets [23](#page=23).
De cursustekst is opgedeeld in drie delen:
* **Deel I: Keuze van de geschikte sensor** gaat in op factoren zoals de te meten grootheid, omgeving, medium en procesomstandigheden [23](#page=23).
* Hoofdstuk 2: Karakteristieken van sensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 3: Eigenschappen van te onderzoeken media [23](#page=23).
* **Deel II: Werking van sensoren** beschrijft het werkingsprincipe van veelgebruikte sensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 4: Debietsensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 5: Kracht- en druksensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 6: Temperatuursensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 7: Licht- en kleursensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 8: Positiesensoren [23](#page=23).
* Hoofdstuk 9: Niveausensoren [23](#page=23).
* **Deel III: Inbouw van sensoren in een meetsysteem** behandelt de verwerking van meetsignalen, zoals ontstoring, signaalconditionering en -verwerking (filtering, versterking, AD-omzetting), en beeldherkenning [24](#page=24).
* Hoofdstuk 10: Ontstoring [24](#page=24).
* Hoofdstuk 11: Signaalconditionering en -verwerking [24](#page=24).
* Hoofdstuk 12: Intelligente sensoren [24](#page=24).
* Hoofdstuk 13: Beeldherkenning en machine learning [24](#page=24).
Aan het einde van de hoofdstukken bevinden zich opdrachten, verwerkingsvragen en zelftoetsvragen. Opdrachten dienen thuis opgelost te worden, terwijl zelftoetsen studenten helpen hun begrip te controleren [23](#page=23).
Intermezzo's met artikelen over sensoren en hun toepassingen in verschillende talen zijn opgenomen om studenten te laten kennismaken met internationale terminologie. De cursus wordt afgesloten met bijlagen, waaronder de studiefiche, oplossingen voor opdrachten, tips voor zelftoetsen, en een formularium [24](#page=24).
### 1.6 Conclusie
Sensortechnologie is onmisbaar in de moderne machinebouw en zorgt voor grotere betrouwbaarheid, meer veiligheid en efficiënter energieverbruik. Het aantal verkochte sensoren neemt jaarlijks toe. Sensoren meten een fysische grootheid en zetten deze om naar een elektrische grootheid. Zowel de sensoren zelf als de signaalverwerking komen aan bod in dit opleidingsonderdeel [24](#page=24) [25](#page=25).
---
# Karakteristieken en classificatie van sensoren
Dit deel van het studiemateriaal focust op de classificatie van sensoren en hun fundamentele eigenschappen, wat essentieel is voor de selectie van de juiste sensor voor een specifieke toepassing [31](#page=31).
### 2.1 Indeling van sensoren
Sensoren kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld om hun diversiteit te structureren en de keuze ervan te vergemakkelijken. De voornaamste indelingen zijn gebaseerd op de te meten grootheid, het meetprincipe, het uitgangssignaal en de aansluiting [31](#page=31).
#### 2.1.1 Naargelang de fysische meetgrootheid
Sensoren worden gecategoriseerd op basis van het type fysische grootheid dat ze meten. Deze omvatten [31](#page=31):
* **Geometrische of plaatsgrootheden:** Metingen gerelateerd aan positie, beweging en afmetingen, zoals afstand, positie, hoek, snelheid en versnelling [31](#page=31).
* **Dynamometrische grootheden of krachtgrootheden:** Grootheden die kracht, druk, moment of massa betreffen [31](#page=31).
* **Stromingsgrootheden:** Metingen van de flow van vloeistoffen of gassen, zoals massadebiet, volumetrisch debiet en warmtestromen [31](#page=31).
* **Omgevingsgrootheden:** Metingen van omgevingsfactoren, zoals temperatuur, lichtintensiteit, radioactiviteit en pH-waarde [31](#page=31).
#### 2.1.2 Naargelang het fysisch meetprincipe
Deze classificatie groepeert sensoren op basis van het onderliggende fysische principe dat wordt gebruikt om de meting uit te voeren. De belangrijkste typen zijn [31](#page=31):
* **Resistieve sensoren:** Maken gebruik van veranderingen in elektrische weerstand. Voorbeelden zijn rekstrookjes, potentiometrische opnemers en piëzo-resistieve sensoren. De weerstand ($R$) van een geleidend materiaal wordt gegeven door de formule $R = \rho \frac{l}{A}$, waarbij $\rho$ de specifieke weerstand, $l$ de lengte en $A$ de dwarsdoorsnede is [32](#page=32).
* **Potentiometrische sensoren:** De weerstand is evenredig met de lengte, waarbij de te meten grootheid direct de positie van het aftakkingspunt van de potentiometer beïnvloedt [32](#page=32).
* **Rekstrookjes:** Veranderingen in kracht beïnvloeden zowel de lengte als de doorsnede van de geleider [32](#page=32).
* **Piëzo-resistieve sensoren:** De weerstand van een materiaal verandert onder invloed van druk [32](#page=32).
* **Meetbruggen:** De weerstandsveranderingen worden vaak gemeten met behulp van meetbruggen, zoals de Wheatstonebrug [32](#page=32).
* **Gebalanceerde brug:** Vereist aanpassing van een instelbare weerstand ($R_1$) om de brug weer in evenwicht te brengen (nulmethode) [32](#page=32).
* **Ongebalanceerde brug:** Meet de uitgangsspanning ($u_u$) direct, die bij benadering evenredig is met de weerstandsverandering ($\Delta R$) via de formule $u_u \approx u_i \frac{\Delta R}{4R}$ [32](#page=32).
* **Actieve brug:** Gebruikt een verschilversterkerschakeling en resulteert in een uitgangsspanning die een factor 2 groter is dan bij een standaard ongebalanceerde brug [33](#page=33).
* **Capacitieve sensoren:** Kenmerken zich door een eenvoudige mechanische constructie en hoge gevoeligheid, maar vereisen complexere elektronica voor signaal linearisatie. De capaciteit ($C$) van een parallelplatencondensator wordt gegeven door $C = \epsilon_0 \epsilon_r \frac{A}{d}$, waarbij $\epsilon_0$ de permittiviteit van vacuüm, $\epsilon_r$ de relatieve permittiviteit, $A$ de plaat-oppervlakte en $d$ de afstand tussen de platen is. Veranderingen kunnen optreden door variatie in afstand, oppervlakte of het diëlektricum. Methoden voor capaciteitsmeting omvatten brugimpedantiemeting, opamp-circuits, frequentiemeting en tijdsmeting [33](#page=33) [34](#page=34).
* **Inductieve sensoren:** Gebruiken parameters zoals veldsterkte, flux, zelfinductie en wederzijdse inductie die afhankelijk zijn van de constructie van de spoel en de te meten grootheid. Ze kunnen contactloos meten [34](#page=34).
* **Hall-effect sensoren:** Genereren een spanning evenredig met de magnetische veldsterkte [34](#page=34).
* **Magnetische verplaatsingssensoren:** Meten de sterkte van een magneetveld dat afhangt van de afstand, zoals variabele reluctantie- en wervelstroomsensoren [34](#page=34).
* **Transformatorische verplaatsingssensoren:** Omvatten de Lineair Variabele Differentiële Transformator (LVDT) en de inductosyn voor lineaire metingen, en synchro's en resolvers voor hoekmetingen [34](#page=34).
* **Inductieve naderingsschakelaars:** Detecteren geleidende voorwerpen door veranderingen in het elektromagnetisch veld van een spoel [34](#page=34).
* **Optische sensoren:** Werken met een lichtbron, ontvanger en transmissiemedium. Ze zijn gevoelig voor variaties in transmissie, reflectie, absorptie, verstrooiing of breking van licht. Voordelen zijn immuniteit voor elektromagnetische storing en verhoogde veiligheid in explosiegevaarlijke omgevingen. Nadelen zijn gevoeligheid voor omgevingslicht en vervuiling [35](#page=35).
* **Piëzo-elektrische sensoren:** Benutten het piëzo-elektrisch effect waarbij mechanische vervorming een oppervlaktelading genereert die evenredig is met de kracht. De lading ($Q$) gerelateerd aan capaciteit ($C$) en spanning ($U$) is $Q=CU$. Ze zijn robuust en geschikt voor druk- of krachtopnemers, en versnellingsopnemers. Statische metingen zijn niet mogelijk door ladingsverlies, en ze zijn gevoelig voor temperatuurvariaties [35](#page=35) [36](#page=36).
* **Ultrasone sensoren:** Gebruiken geluidsgolven met frequenties hoger dan 18 kHz. Ze bieden betere focusseerbaarheid, onhoorbaarheid en de mogelijkheid om door metaal te meten, wat handig is voor explosieve vloeistoffen en detectie van scheuren. Ze bestaan uit een bron, ontvanger en medium, waarbij piëzo-elektrische kristallen vaak worden gebruikt. Akoestische systemen zijn vaak gebaseerd op looptijdmetingen en zijn gevoeliger voor mediumeigenschappen dan optische systemen [36](#page=36) [37](#page=37).
* **Chemische sensoren:** Meet het signaal op basis van de chemische samenstelling of reactie van het product. Voorbeelden zijn pH-metingen. Deze worden buiten het bestek van dit document behandeld [37](#page=37).
#### 2.1.3 Naargelang het uitgangssignaal
Sensoren kunnen ook worden ingedeeld op basis van het type uitgangssignaal dat ze genereren [37](#page=37).
* **Directe sensoren:** Zetten de meetgrootheid direct om in een stroom- of spanningssignaal, zoals een tachometer die een toerental-evenredige spanning genereert [37](#page=37).
* **Indirecte sensoren:** Converteren de meetgrootheid eerst naar een tussenliggende grootheid die vervolgens wordt omgezet in een elektrisch signaal. Een lichtgevoelige weerstand is een voorbeeld, waarbij de weerstandswaarde eerst gemeten moet worden alvorens omgezet te worden naar een bruikbaar signaal [37](#page=37).
* **Schakelsensoren:** Detecteren of een meetgrootheid een bepaalde drempelwaarde overschrijdt en genereren een digitaal (aan/uit) signaal. Ze werken vergelijkbaar met transistors [37](#page=37).
* **NPN-sensoren:** Schakelen de belasting tussen de sensor en de massa ('sinking'). Een voldoende basisstroom is vereist, met de emittor verbonden aan massa [38](#page=38).
* **PNP-sensoren:** Schakelen de belasting tussen de sensor en de voedingsspanning ('sourcing'). Ze worden geactiveerd door een stroom tegengesteld aan de pijl op het schema, met de emittor verbonden aan de voedingsspanning [38](#page=38).
#### 2.1.4 Naargelang de aansluiting
De manier waarop sensoren worden aangesloten, varieert sterk en kan invloed hebben op de meetnauwkeurigheid [38](#page=38).
* **Draadconfiguraties:** Sensoren kunnen variëren in het aantal uitgangsdraden (bv. tweedraads, driedraads, vierdraads) [38](#page=38).
* **Pt100-voorbeelden:** Een Pt100-temperatuursensor, die een toenemende weerstand heeft met temperatuur (100 $\Omega$ bij 0 °C tot 139 $\Omega$ bij 100 °C) bestaat in 2-, 3- en 4-draadse uitvoeringen [39](#page=39).
* **2-draadse uitvoering:** Meet de weerstand van de sensor plus de weerstand van de kabel, wat onnauwkeurigheid kan veroorzaken [40](#page=40).
* **3-draadse uitvoering:** Meet de weerstand van de sensor plus kabel en de weerstand van de kabel apart, waarna deze van elkaar worden afgetrokken om de sensorweerstand nauwkeurig te bepalen. Dit vereist draden van gelijke lengte en dikte [40](#page=40).
* **4-draadse uitvoering:** Gebruikt een extra paar draden om de spanning over de Pt100 te meten, terwijl een kleine stroom door de sensor wordt gestuurd. Dit compenseert ook de overgangsweerstand aan de klemmen voor zeer nauwkeurige metingen [40](#page=40).
* **Connectoren:** De M12-connector is een veelgebruikt type voor 2- tot 19-draadse aansluitingen [40](#page=40).
* **IO-Link:** Een gestandaardiseerde, bidirectionele communicatie-interface voor sensoren en actuatoren. Het systeem bestaat uit een IO-Link master en een IO-Link device. Meetsignalen worden gedigitaliseerd in de sensor en via een standaardkabel naar de master gestuurd, die ze weer omzet. IO-Link maakt ook externe parametrisering mogelijk. Het werkt met een onafgeschermde 3-draadse kabel, vaak M12. Het ondersteunt zowel binaire schakelsignalen als analoge waarden, en andere informatie zoals parameters en diagnostiek. Een groot voordeel is het eenvoudig herladen van parameters na sensorvervanging [41](#page=41) [42](#page=42) [43](#page=43).
### 2.2 Eigenschappen van sensoren
De kenmerken van een sensor bepalen de prestaties en geschiktheid voor een bepaalde toepassing [43](#page=43).
* **Nauwkeurigheid (Accuracy):** De mate waarin de gemeten waarde overeenkomt met de werkelijke waarde. Een hogere nauwkeurigheid betekent een kleinere mogelijke fout [43](#page=43).
* **Precisie (Precision):** De willekeurige spreiding van gemeten waarden rond het gemiddelde [43](#page=43).
* **Resolutie (Resolution):** Het kleinst mogelijke onderscheid tussen twee verschillende meetwaarden dat een meetsysteem kan detecteren. Resolutie staat los van nauwkeurigheid [43](#page=43).
* **Gevoeligheid (Sensitivity):** Geeft aan in welke mate het uitgangssignaal van de sensor verandert bij een wijziging van de meetgrootheid. Het is de helling van de ijkkromme, uitgedrukt in bijvoorbeeld Volts per graad Celsius ($V/°C$) voor een temperatuursensor [43](#page=43) [44](#page=44).
* **Lineariteit (Linearity):** Een sensor werkt lineair als de ijkkromme een rechte lijn is, waarbij de gevoeligheid constant is [44](#page=44).
* **Bereik (Range):** Het gebied waarbinnen de waarde van de te meten grootheid kan liggen [44](#page=44).
* **Werkingsgebied (Operating range):** Definieert de omgevingsomstandigheden (bv. temperatuur, druk) waarin de sensor betrouwbaar functioneert [44](#page=44).
---
# Eigenschappen van te onderzoeken media en stromingseigenschappen
De keuze van een sensor hangt in grote mate af van de eigenschappen van de te onderzoeken stof en de stromingskarakteristieken [51](#page=51).
### 3.1 Aggregatietoestand
Stoffen kunnen in drie aggregatietoestanden voorkomen: vast, vloeibaar en gasvormig. Deze fasen worden bepaald door de temperatuur en de afstand tussen de moleculen [51](#page=51).
* **Vast:** Een vaste stof heeft bij een gegeven temperatuur een eigen volume en vorm. De moleculen zitten op vaste posities, trekken elkaar aan en bewegen nauwelijks. Bij verhitting kan een vaste stof smelten tot een vloeistof of direct overgaan in gasvorm door sublimatie [51](#page=51).
* **Vloeibaar:** Een vloeistof heeft een eigen volume, maar neemt de vorm van het vat aan. De moleculen bewegen door elkaar, maar blijven redelijk dicht bij elkaar. Bij verhitting kan een vloeistof verdampen tot een gas, en bij verlaging van de temperatuur stollen tot een vaste stof [52](#page=52).
* **Gas:** Een gas past zowel volume als vorm aan het vat aan. De moleculen bewegen vrij en zitten ver van elkaar, waardoor de onderlinge aantrekking minimaal is. Bij sterke afkoeling kan een gas rijpen of desublimeren tot een vaste stof, of condenseren tot een vloeistof [52](#page=52).
Op het kritische punt is er geen verschil meer tussen de vloeistof- en gasfase, waarbij de stof superkritisch wordt [53](#page=53).
### 3.2 Karakteristieken van een stof
Verschillende fysische eigenschappen van stoffen zijn cruciaal voor de sensorselectie [53](#page=53).
#### 3.2.1 Densiteit of dichtheid
De densiteit (of dichtheid) is de massa van een stof per volume-eenheid en wordt uitgedrukt in kg/m³ [53](#page=53).
> **Voorbeeld:** De densiteit van ijzer is 7860 kg/m³, terwijl lucht slechts 1,29 kg/m³ heeft (bij 0 °C en 1 bar) [53](#page=53).
#### 3.2.2 Viscositeit of stroperigheid
Viscositeit beschrijft de stroperigheid of traagvloeibaarheid van een fluïdum, oftewel de weerstand tegen vervorming door schuifspanning. De dynamische viscositeit wordt uitgedrukt in Pa.s, en de kinematische viscositeit in m²/s [53](#page=53).
> **Voorbeeld:** Water heeft een lage viscositeit (1 mPa.s bij 20 °C), terwijl honing een hoge viscositeit heeft (10000 mPa.s) [54](#page=54).
#### 3.2.3 Corrosiviteit
Corrosiviteit is de eigenschap van een stof om andere stoffen waarmee het in contact komt te vernietigen of beschadigen. Dit kan leiden tot brandwonden op de huid of schade bij inademing. Sterke zuren en basen zijn voorbeelden van corrosieve stoffen [54](#page=54).
#### 3.2.4 Conductiviteit of elektrische geleidbaarheid
De conductiviteit (elektrische geleidbaarheid) is het vermogen van een stof om elektrische stroom te geleiden en wordt uitgedrukt in siemens per meter (S/m). Temperatuur beïnvloedt de geleidbaarheid; hogere temperaturen leiden tot hogere geleiding [54](#page=54).
> **Voorbeeld:** Zeewater heeft een veel hogere conductiviteit (54000 μS/cm) dan gedestilleerd water (1 μS/cm) bij 25 °C [55](#page=55).
#### 3.2.5 Relatieve permittiviteit of diëlektrische constante
Permittiviteit beschrijft hoe een medium een elektrisch veld beïnvloedt en is een maat voor het vermogen van een materiaal om te polariseren. De relatieve permittiviteit ($\epsilon_r$) is een dimensieloos getal dat aangeeft hoe veel maal groter de permittiviteit van een stof is vergeleken met vacuüm. Een hogere permittiviteit verhoogt de capaciteit van een condensator, mits het diëlektricum niet geleidt [55](#page=55).
> **Voorbeeld:** Water heeft een hoge diëlektrische constante (78,5), terwijl lucht slechts 1,00056 heeft [55](#page=55).
#### 3.2.6 Abrasiviteit
Abrasiviteit beschrijft het vermogen van een stof om oppervlakken weg te slijten door mechanische werking, vaak door de aanwezigheid van kleine, harde deeltjes. Tandpasta en zandstraalmiddelen zijn voorbeelden van abrasieve materialen [55](#page=55) [56](#page=56).
#### 3.2.7 Percentage vaste stof en grootte van de korrels
De hoeveelheid en grootte van vaste deeltjes in een vloeistof of gas hebben ook invloed op de sensorselectie [56](#page=56).
### 3.3 Stromingseigenschappen
De stromingseigenschappen van een medium zijn van belang bij het meten van debieten. Er wordt onderscheid gemaakt tussen laminaire en turbulente stroming [56](#page=56).
#### 3.3.1 Laminaire stroming
Bij laminaire stroming bewegen de lagen van het medium zich parallel ten opzichte van elkaar. Er is weinig tot geen stroming loodrecht op de hoofdstroom, en deeltjes bewegen in rechte, niet-gemengde stroomlijnen. Dit type stroming komt voor bij hoog-viskeuze vloeistoffen en wordt niet beïnvloed door de ruwheid van de pijpwand [56](#page=56).
#### 3.3.2 Turbulente stroming
Turbulente stroming kenmerkt zich door wervels en veel stroming loodrecht op de hoofdstroom, wat leidt tot menging van deeltjes. Dit type stroming treedt op bij hogere snelheden en lagere viscositeiten, zoals bij water. De ruwheid van de pijpwand heeft hierbij veel invloed op het weerstandsverlies [56](#page=56).
#### 3.3.3 Reynoldsgetal
Het Reynoldsgetal ($Re$) is een dimensieloos getal dat de overgang tussen laminaire en turbulente stroming karakteriseert. Het wordt berekend met de volgende formule [57](#page=57):
$$Re = \frac{v \cdot d_i \cdot \rho}{\eta}$$
Waarbij:
* $v$: stroomsnelheid [57](#page=57).
* $d_i$: inwendige diameter van de pijp [57](#page=57).
* $\rho$: densiteit [57](#page=57).
* $\eta$: viscositeit [57](#page=57).
De overgang van laminaire naar turbulente stroming vindt plaats rond $Re = 2320$. Voor zuiver laminaire stroming geldt $Re < 2000$, en voor zuiver turbulente stroming $Re > 4000$ [57](#page=57).
Debietmeters zijn doorgaans ontworpen voor turbulente stromingen, omdat deze in gesloten leidingen het meest voorkomen (95%). In turbulente stroming is de stroomsnelheid overal gelijk, wat de debietsbepaling vereenvoudigt [57](#page=57).
#### 3.3.4 In- en uitlooplengte
Debietmeters vereisen vaak een specifieke in- en uitlooplengte van rechte buis vóór en na het meetinstrument. Deze lengtes (typisch vijfmaal de buisdiameter voor inloop en tweemaal voor uitloop) zorgen ervoor dat het stromingsprofiel overeenkomt met het profiel waarop de meter is gekalibreerd, wat de meetnauwkeurigheid waarborgt [57](#page=57) [58](#page=58).
### 3.4 Procesomstandigheden
Naast de eigenschappen van de stof en de stroming, hebben ook procesomstandigheden zoals druk en temperatuur invloed op de sensorselectie. Omgevingsfactoren, zoals een explosieve omgeving, beperken de keuze van sensortypes [58](#page=58).
### 3.5 Besluit
De keuze van een sensor is een complex proces dat rekening houdt met diverse factoren: aggregatietoestand, fysische en chemische eigenschappen van de stof, stromingseigenschappen en procesomstandigheden. Er bestaat geen universeel "beste" sensor; de keuze moet altijd specifiek aangepast worden aan de meettoepassing [58](#page=58).
---
# Specifieke sensortypes en hun werkingsprincipes
Debietsensoren meten de flow van vloeistoffen of gassen en kunnen zowel het volumedebiet ($q_V$) als het massadebiet ($q_m$) bepalen. Het verband tussen beide is afhankelijk van de dichtheid ($\rho$) van het medium: $q_m = \rho q_V$. Voor samendrukbare gassen is dit verband complexer en wordt vaak rekening gehouden met de bedrijfstoestand (druk $p$, temperatuur $T$) of het debiet herleid tot normaalvoorwaarden via de universele gaswet: $\frac{pV}{T} = nR$. De meeste debietsensoren meten het volumedebiet, met uitzondering van de Coriolis-massadebietsensor die direct het massadebiet meet [65](#page=65).
### 4.1 Coriolis-massadebietsensor
Deze sensor meet direct het massadebiet door gebruik te maken van het Coriolis-effect. Een vibrerende buis waarin het medium stroomt, veroorzaakt een faseverschuiving tussen de vibraties in het in- en uitgaande deel. Deze faseverschuiving is recht evenredig met de doorstromende massa. Moderne meters zijn vaak dubbel U-vormig om externe trillingen te compenseren [66](#page=66).
* **Voordelen:** Meet direct massadebiet, ongeacht dichtheid of aanwezigheid van luchtbellen; zeer nauwkeurig (tot 0,1%); kan voor hoge drukken (tot 1000 bar) gebruikt worden; heeft geen in- of uitlooplengte nodig [67](#page=67).
* **Nadelen:** Duur [76](#page=76).
### 4.2 Elektromagnetische debietsensor
Deze sensor werkt volgens de wet van Faraday: een geleider (de vloeistof) die door een magnetisch veld beweegt, wekt een elektrische spanning op die evenredig is met de snelheid [67](#page=67).
* **Toepassing:** Enkel bruikbaar voor geleidende vloeistoffen zoals water, melk, of bier [67](#page=67).
* **Opbouw:** Geïsoleerde inox buis met elektroden [67](#page=67).
### 4.3 Meetflens, diafragma en verschildrukmeting
Deze methodes zijn gebaseerd op de wet van Bernoulli en het behoud van energie. Een vernauwing in de leiding (meetflens, diafragma) veroorzaakt een drukverschil ($\Delta p$) dat kwadratisch toeneemt met het volumedebiet ($q_V$). Het debiet kan berekend worden met de formule $q_V = C A_2\sqrt{p_1 - p_2}$, waarbij $C$ een verliescoëfficiënt is, $A_2$ de doorsnede van de vernauwing, en $p_1 - p_2$ het gemeten drukverschil (#page=68, 69) [68](#page=68) [69](#page=69).
* **Diafragma/Meetflens:** Eenvoudig te vervaardigen en installeren, maar veroorzaakt een aanzienlijk blijvend drukverlies en beïnvloedt de meting zelf (#page=69, 75). Vereist in- en uitloop [69](#page=69) [75](#page=75).
* **Stuwbuis:** Robuuster en gestroomlijnder dan een meetflens, resulterend in kleiner drukverlies en betere erosiebestendigheid [70](#page=70).
* **Venturibuis:** Gelijk principe als meetflens en stuwbuis, maar met een geleidelijk versmallende en verbredende pijpdoorgang. Het blijvend drukverlies is hier verwaarloosbaar [70](#page=70).
### 4.4 Turbinedebietmeter
Plaatst een schoepenwiel in de stroming; de rotatiesnelheid is evenredig met de stromingssnelheid [70](#page=70).
* **Nadelen:** Roterende delen vereisen veel onderhoud; nog weinig gebruikt, behalve voor aardgasmetingen (#page=70, 71) [70](#page=70) [71](#page=71).
* **Nauwkeurigheid:** Hoog (tot 0,1%) [75](#page=75).
### 4.5 Ultrasone debietsensor
Deze sensoren kunnen uitwendig op de buis gemonteerd worden zonder het proces te onderbreken [71](#page=71).
* **Werkingsprincipes:**
* **Looptijd:** De looptijd van een ultrasone golf is afhankelijk van de bewegingssnelheid van de vloeistof [72](#page=72).
* **Dopplereffect:** Frequentieverschil tussen uitgezonden en ontvangen signaal hangt af van de relatieve snelheid van de vloeistof [72](#page=72).
* **Voordelen:** Geschikt voor vloeistoffen met vaste deeltjes of corrosieve vloeistoffen; kan uitwendig gemonteerd worden (#page=71, 75) [71](#page=71) [75](#page=75).
* **Nadelen:** Zeer duur. Vereist meerdere geluidspaden voor optimale nauwkeurigheid [72](#page=72).
### 4.6 Vortexdebietsensor
Wanneer een hindernis in een stromend medium wordt geplaatst, ontstaan er wervelingen (vortices) in tegenfase. De frequentie van deze wervelingen is evenredig met de stroomsnelheid [72](#page=72).
* **Voorwaarden:** Minimumsnelheid is vereist om vortices te creëren; viscositeit mag niet te hoog zijn [72](#page=72).
* **Detectie:** Thermistoropnemers (afkoeling), ultrasoonsensoren (wisselend pad), of druksensoren (wisselende druk) [73](#page=73).
* **Nauwkeurigheid:** Typisch 0,75% voor vloeistoffen, 1,5% voor gassen [75](#page=75).
* **Nadelen:** Vereist in- en uitlooplengtes; niet geschikt voor vloeistoffen met grote viscositeit (#page=73, 75) [73](#page=73) [75](#page=75).
### 4.7 Rotameter
Een eenvoudige en goedkope methode die bestaat uit een conische buis met een vlotter. De positie van de vlotter in de buis is een maat voor het debiet [73](#page=73).
* **Voordelen:** Lage kostprijs; kan gebruikt worden in extreme omstandigheden (bv. vloeibare stikstof) (#page=73, 76) [73](#page=73) [76](#page=76).
* **Nadelen:** Beperkte nauwkeurigheid (1% tot 5%); druk en temperatuur beïnvloeden de meting; viscositeitsafhankelijk boven bepaalde waarden (#page=73, 76) [73](#page=73) [76](#page=76).
* **Installatie:** Altijd verticaal te installeren [73](#page=73).
---
## 5. Kracht- en druksensoren
Druk is gedefinieerd als de kracht per oppervlakte-eenheid: $p = \frac{F}{A}$. Bij drukmetingen is het belangrijk om de referentie aan te geven (overdruk, relatieve druk, absolute druk). Druk wordt veelal uitgedrukt in bar of Pascal (Pa). Druksensoren worden ook gebruikt om andere fysische grootheden te meten, zoals temperatuur, niveau en debiet [79](#page=79).
### 5.1 Elastische vervormingssensoren
Deze sensoren gebruiken een meetelement (Bourdonveer, balg, membraan) dat elastisch vervormt onder invloed van druk. De verplaatsing is evenredig met de druk binnen het elastische gebied [79](#page=79).
### 5.2 Piëzo-elektrische druksensoren
Druk op een kristal genereert een potentiaalverschil dat evenredig is met de druk. Geschikt voor dynamische metingen, maar temperatuurgevoelig en vereisen speciale bekabeling en versterkers [79](#page=79) [88](#page=88).
### 5.3 Capacitieve druksensoren
Deze sensoren meten de verandering in capaciteit die ontstaat door druk.
* **Olievrije drukopnemer:** Bestaat uit keramische platen; druk verkleint de afstand tussen de platen, wat de capaciteit verhoogt. Robuust, stabiel, hoge nauwkeurigheid en lage temperatuurcoëfficiënt [80](#page=80) [88](#page=88).
* **Oliegevulde verschildrukopnemer:** Twee meetkamers met olie; drukverhoging aan één zijde verplaatst het membraan, wat leidt tot capaciteitsverandering. Geschikt voor zeer kleine meetbereiken en hoge statische drukken (#page=80, 81, 88) [80](#page=80) [81](#page=81) [88](#page=88).
### 5.4 Resistieve druksensoren (Rekstrookjes)
Deze sensoren maken gebruik van rekstrookjes die de rek (vervorming) van een object meten. De weerstandsverandering ($\Delta R$) van een rekstrookje is gerelateerd aan de rek ($\epsilon$) en de rekfactor ($k$): $\Delta R / R \approx k \epsilon$ (#page=82, 83). Voor metaalrekstrookjes is $k \approx 2$, terwijl voor halfgeleiderrekstrookjes $k$ veel hoger is (orde van 130) vanwege het piëzo-resistieve effect, maar ze zijn wel temperatuurafhankelijk (#page=83, 88) [82](#page=82) [83](#page=83) [88](#page=88).
#### 5.4.1 Brugschakelingen met rekstrookjes
Rekstrookjes worden vaak in een Wheatstone-brugschakeling geplaatst om de weerstandsverandering nauwkeurig te meten en temperatuursinvloeden te compenseren.
* **Kwartbrugschakeling:** Één rekstrookje; gevoelig voor temperatuur [84](#page=84).
* **Halve brugschakeling:** Twee rekstrookjes (één actief, één 'dummy') om temperatuursinvloed te compenseren (#page=84, 85). Kan met twee actieve rekstrookjes een dubbele gevoeligheid geven [84](#page=84) [85](#page=85).
* **Volle brugschakeling:** Vier rekstrookjes; temperatuur gecompenseerd en hogere gevoeligheid (4x die van een kwartbrug) (#page=85, 86) [85](#page=85) [86](#page=86).
**Toepassingen:** Meten van vervormingen, krachten, druk (via drukdozen) [86](#page=86).
---
## 6. Temperatuursensoren
Temperatuur wordt gemeten in graden Celsius (°C), Kelvin (K) of Fahrenheit (°F). De Kelvin-schaal heeft het absolute nulpunt (0 K) als laagste temperatuur [95](#page=95).
### 6.1 Thermokoppel
Bestaat uit twee verschillende metalen; een potentiaalverschil ontstaat over het contactvlak, dat afhankelijk is van de temperatuur [95](#page=95).
* **Werking:** Een temperatuurverschil tussen de 'warme' en 'koude' las genereert een thermospanning. Om een nauwkeurige meting te doen, moet de temperatuur van de koude las bekend zijn (koude-las-compensatie) (#page=96, 97) [96](#page=96) [97](#page=97).
* **Voordelen:** Groot temperatuurbereik (tot 1700 °C) .
* **Nadelen:** Beperkte nauwkeurigheid; vereist referentietemperatuur; lage gevoeligheid (10-50 μV/°C) (#page=96, 104) [96](#page=96).
* **Toepassingen:** Hoge temperaturen, gasboilers (waakvlamdetectie) [98](#page=98).
### 6.2 Thermische weerstanden (Weerstandsthermometer)
Materialen met een grote temperatuurcoëfficiënt waarvan de weerstand verandert met de temperatuur [98](#page=98).
* **Platinaweerstandsthermometer (Pt100):** Meest gebruikt; zeer nauwkeurig en reproduceerbaar; levert een lineair verband tussen weerstand en temperatuur (#page=99, 104) [99](#page=99).
* **Voordelen:** Hoge nauwkeurigheid, stabiliteit, lineaire respons .
* **Nadelen:** Klein temperatuurbereik (tot 850 °C); trage responstijd door grotere afmetingen .
### 6.3 Thermistor
Halfgeleidermateriaal waarvan de resistiviteit sterk afhankelijk is van de temperatuur [100](#page=100).
* **NTC (Negatieve Temperatuurcoëfficiënt):** Weerstand daalt bij stijgende temperatuur.
* **PTC (Positieve Temperatuurcoëfficiënt):** Weerstand stijgt bij stijgende temperatuur.
* **Voordelen:** Grote weerstandsverandering per graad Celsius (100-2000 Ω/°C), waardoor kabelweerstand verwaarloosbaar is .
* **Nadelen:** Minder lineair verband tussen temperatuur en weerstand dan Pt100 (#page=100, 104); fragieler dan thermokoppels [100](#page=100) .
### 6.4 Transistortemperatuursensor
De basis-emittor-spanning van een transistor is temperatuurafhankelijk. Meestal worden twee identieke transistoren gebruikt om de invloed van de collectorstroom te elimineren .
* **Toepassing:** Bewaking van componenttemperatuur in computers .
* **Bereik:** Beperkt temperatuurgebied (-40 °C tot 120 °C) .
### 6.5 Pyrometer (Infraroodmeter)
Meet de hoeveelheid uitgestraalde infraroodenergie van objecten boven het absolute nulpunt .
* **Voordelen:** Zeer kleine responstijd; meting op afstand zonder contact (#page=102, 104) .
* **Nadelen:** Minder nauwkeurig (maximaal 1,0 °C); emissiviteit van het oppervlak is van invloed (#page=102, 104) .
### 6.6 Bimetaalopnemer
Bestaat uit twee metalen met verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten die samen een strip vormen. Temperatuur veroorzaakt kromming .
* **Voordelen:** Niet gevoed te worden, dus werkt bij stroomuitval; eenvoudig (#page=103, 104) .
* **Nadelen:** Relatief traag (responstijd tot 1 minuut) (#page=103, 104) .
---
## 7. Licht- en kleursensoren
Lichtsensoren meten lichtsterkte, verlichtingssterkte of luminantie. Kleursensoren detecteren de kleur van een object door de intensiteit van gereflecteerd licht in verschillende golflengtebereiken te meten .
### 7.1 Lichtgevoelige weerstand (LDR)
De weerstand van een LDR daalt bij toenemende lichtintensiteit.
* **Materiaal:** Meestal cadmiumsulfide .
* **Nadelen:** Trage reactie (grote tijdsconstante); hysteresis; niet geschikt voor nauwkeurige lichtmetingen (#page=109, 117) .
### 7.2 Fotocel
Een vacuüm- of gasgevulde elektronenbuis die werkt op basis van het foto-elektrisch effect. Lichtemissie van elektronen vanuit een kathode naar een anode is evenredig met de lichtsterkte. Tegenwoordig vervangen door fotodiodes en fototransistoren .
### 7.3 Fotodiode
Een diode die in omgekeerde geleiding komt bij blootstelling aan licht. De spanning-stroomkarakteristiek is lichtafhankelijk .
* **Voordelen:** Nauwkeurig, snelle reactie, lineaire karakteristiek (beter dan LDR) (#page=111, 117) .
* **Nadelen:** Zelf geen spanning opgewekt, vereist externe spanningsbron (#page=111, 117). Gevoelig voor specifieke lichtfrequenties (kleuren) .
### 7.4 Fotovoltaïsche cel
Genereert zelf een spanning wanneer licht erop valt; zet lichtenergie om in elektrische energie .
* **Toepassing:** Zonnecellen .
### 7.5 Fototransistor
Een combinatie van een fotodiode en een transistor. Licht op de basis genereert een basisstroom die een grotere collectorstroom regelt .
* **Voordelen:** Hogere gevoeligheid dan fotodiodes door interne versterking .
* **Nadelen:** Gevoelig voor specifieke golflengtes (spectrum); heeft nog steeds een 'dark current' .
### 7.6 Kleursensoren
Gebruiken lichtdetectoren met filters om kleuren te onderscheiden.
* **Principes:**
* **Specifieke kleur belichting:** Object reflecteert licht van dezelfde kleur als de bron.
* **Wit licht belichting:** Gereflecteerd licht wordt gesplitst (RGB) en door detectoren met kleurfilters gemeten.
* **RGB-systeem:** Gebruikt rood, groen en blauw filters. Nadeel: 2/3 lichtverlies (#page=114, 115) .
* **CYMG-systeem:** Gebruikt cyaan, magenta, geel filters; laat meer licht door maar toont minder kleurnuances .
---
## 8. Positiesensoren
Positiesensoren meten de positie of verplaatsing van een object. Benaderingsschakelaars detecteren de aanwezigheid van een object binnen een bepaald bereik (#page=121, 122) .
### 8.1 Inductieve positiesensor
Gebruikt een elektromagnetisch veld om de positie te detecteren .
* **Lineaire Variabele Differentiaaltransformator (LVDT):** Drie spoelen met een beweegbare kern; de spanning in de secundaire spoelen is evenredig met de kernpositie .
* **Voordelen:** Grote levensduur (contactloos), lage temperatuurcoëfficiënt, bestand tegen agressieve media (in bepaalde uitvoeringen) .
* **Gekoppelde inductieve positiesensor met 2 spoelen:** Kernpositie verstoort het brugevenwicht; uitgangsspanning is maat voor de positie .
* **Contactvrije inductieve positiesensor:** Eén spoel; zelfinductie beïnvloed door ferromagnetische metalen in de buurt (#page=130, 140). Gevoeligheid neemt toe bij verkleinen afstand .
### 8.2 Optische positiesensor
Gebruikt een zender (bv. laser) en ontvanger.
* **Laser-positiesensoren:** Hoek van terugkaatsing is maat voor afstand; laserpulsen meten lange afstanden via looptijd. Straal is fijn en zichtbaar .
* **Voordelen:** Kan grote afstanden overbruggen .
### 8.3 Ultrasone positiesensor
Zender en ontvanger gebruiken ultrasone signalen. Positie wordt afgeleid uit de looptijd of faseverschuiving van het signaal .
* **Voordelen:** Kan gebruikt worden bij dunne folies en mist .
* **Nadelen:** Voortplantingssnelheid is temperatuur- en drukafhankelijk .
### 8.4 Magnetostrictieve positiesensor
Gebruikt het fenomeen magnetostrictie. Een stroomimpuls en een magnetisch veld wekken een torsiepuls op. De looptijd van deze puls tot de sensorkop is een maat voor de positie .
* **Voordelen:** Contactloos, slijtagevrij, onderhoudsvrij, hoge nauwkeurigheid, lange levensduur (#page=132, 140) .
### 8.5 Potentiometerpositiesensor
Gebruikt een lineaire potentiometer met een glijcontact mechanisch verbonden met een as. De uitgangsspanning is een functie van de positie van de loper .
* **Voordelen:** Grote gevoeligheid, laag gewicht, bruikbaar met AC en DC .
* **Nadelen:** Wrijving moet overwonnen worden; niet bestand tegen agressieve media; mechanische blokkering bij te grote verplaatsing .
### 8.6 Encoder
Positie-opnemer met discrete outputs (pulsen).
* **Werking:** Een roterende schijf of lineaire meetlat met doorzichtige en niet-doorzichtige strepen wordt afgetast met fotocellen. Het aantal pulsen geeft de verplaatsing aan (#page=133, 134) .
* **Richtingsdetectie:** Twee fotocellen 90° verschoven .
* **Types:**
* **Incrementeel:** Meet verplaatsing tussen twee momenten op basis van aantal pulsen .
* **Absoluut:** Registreert de positie op elk moment via een lichtcode (bv. Gray-code) .
* **Voordelen:** Nauwkeurigheid, digitale output .
### 8.7 Resolver
Bestaat uit twee vaste spoelen en één draaibare spoel. De spanning geïnduceerd in de draaispoel is een functie van de hoek .
* **Toepassing:** Meten van hoekverdraaiingen .
### 8.8 Synchro
Vergelijkbaar met een resolver, maar met drie statorspoelen op 120° verschoven. Geeft een driefasige wisselspanning uit waarvan de amplitude de hoek bepaalt. Meestal vervangen door encoders .
### 8.9 Inductosyn
Heeft een lineaire of roterende uitvoering. Principe gelijk aan resolver, maar met hogere nauwkeurigheid (tot 1 µm voor lineair, 0,05 hoekseconden voor roterend) (#page=138, 139) .
---
## 9. Niveausensoren
Niveausensoren meten het niveau van vloeistoffen of vaste stoffen in tanks of silo's .
### 9.1 Geleidbaarheidsniveauschakelaar
Meet de weerstandsverandering tussen een elektrode en een metalen wand (of tussen twee elektroden) veroorzaakt door de aanwezigheid van een geleidend product .
* **Voordelen:** Eenvoudig, goedkoop, geschikt voor viskeuze of schuimende producten .
* **Nadelen:** Vereist geleidend product; elektroden mogen niet vervuilen .
### 9.2 Trilvork
Een piëzo-elektrisch aangedreven trilvork die op zijn resonantiefrequentie trilt in lucht. Aanraking met een medium dempt de trilling of verandert de frequentie .
* **Voordelen:** Robuust, geschikt voor extreme omstandigheden (turbulentie, bellen, schuim) .
### 9.3 Vlotter
Een vlotter die op het vloeistofniveau rust, beweegt mee met de hoogte. De positie kan een schakelaar bedienen of via een potentiometer worden omgezet in een signaal .
* **Toepassing:** Vloeistoffen .
### 9.4 Hydrostatische niveausensor
Meet de hydrostatische druk van een vloeistofkolom met een relatieve drukopnemer .
* **Voordelen:** Robuust, toepasbaar voor alle vloeistoffen (ook agressieve) .
* **Nadelen:** Resultaat hangt af van de dichtheid van de stof (#page=149, 155) .
### 9.5 Capacitieve niveausensor
Meet de verandering in capaciteit tussen twee elektroden, veroorzaakt door de aanwezigheid van een medium met een andere diëlektrische constante dan lucht. De capaciteit is recht evenredig met de niveauverandering ($\Delta C = 2\pi\epsilon_0 \ln(b/a) (\epsilon_r - 1) \Delta h$) (#page=149, 150) .
* **Toepassing:** Vloeistoffen, poeders, grof stortgoed met hoge diëlektrische constante .
* **Nadelen:** Vereist kalibratie; meetresultaten kunnen beïnvloed worden door luchtvochtigheid .
### 9.6 Ultrasone niveausensor
Meet de looptijd van een ultrasoon signaal van een zender naar de ontvanger nadat het is weerkaatst door het medium. De afgelegde weg is $2\Delta l = c\Delta t$ .
* **Toepassing:** Vloeistoffen en grofkorrelige vaste stoffen .
* **Nadelen:** Voortplantingssnelheid is temperatuur- en drukafhankelijk; stoorecho's moeten gefilterd worden (#page=151, 156) .
### 9.7 Contactloze radarniveausensor (Microgolf)
Meet de looptijd van een microgolfpuls die weerkaatst wordt door het oppervlak van het medium. De voortplantingssnelheid is onafhankelijk van druk, temperatuur, stof of nevel .
* **Toepassing:** Extreme toepassingen (hoge temperatuur/druk), agressieve media, vacuüm, turbulentie (#page=152, 156) .
* **Nadelen:** Product moet een bepaalde diëlektrische constante hebben; duur (#page=152, 156) .
### 9.8 Geleide radarniveausensor
Meet de looptijd van een microgolfpuls die langs een kabel wordt geleid. De golf weerkaatst aan het grensvlak tussen media met verschillende diëlektrische constanten .
* **Voordelen:** Sluit valse echo's uit; ongevoelig voor druk, temperatuur, stof, etc. (#page=153, 156) .
* **Toepassing:** Fijnkorrelige vaste stoffen (tot 20 mm) en vloeistoffen (#page=153, 156) .
* **Nadelen:** Kabel kan aangetast worden door agressieve media .
### 9.9 Peillood
Een geautomatiseerd systeem waarbij een gewicht via een kabel naar beneden wordt gelaten tot het de vaste stof of vloeistof raakt. De spanning op de kabel verandert, waarna het gewicht wordt opgehaald en de lengte van de afgerolde kabel wordt gemeten .
* **Voordelen:** Veilig, onafhankelijk van samenstelling, breed meetbereik, werkt waar andere systemen falen (bv. stoffige, vochtige, onder druk staande producten) (#page=154, 156) .
* **Nadelen:** Semi-continue meting; mechanische slijtage (#page=154, 156) .
---
# Signaalverwerking en intelligente sensoren
Dit document behandelt de integratie van sensoren in meetsystemen, waarbij de focus ligt op ontstoring, signaalconditionering en -verwerking, evoluerend naar intelligente sensoren en de toepassing van beeldherkenning en machine learning.
## 5. Signaalverwerking en intelligente sensoren
### 5.1 Ontstoring
Het succesvol integreren van sensoren in een meetsysteem vereist aandacht voor de mogelijke stoorsignalen die de meting kunnen beïnvloeden. Elektromagnetische storing is met name relevant bij systemen die elektrische meetprincipes of sensoren gebruiken. Het vakgebied Elektromagnetische Compatibiliteit (EMC) biedt inzichten om de onderlinge beïnvloeding van elektrische apparaten te beheersen. Men onderscheidt *inter-EMC* (stoorbronnen buiten het systeem) en *intra-EMC* (stoorbronnen binnen het systeem). Dit hoofdstuk concentreert zich op inter-EMC .
#### 5.1.1 Methoden om stoorsignalen te beperken
Om de invloed van stoorsignalen te beperken, zijn er grofweg drie benaderingen:
* **Stoorsignalen verminderen:** De afstand tussen vermogenkringen en meetsystemen vergroten, omdat wederzijdse inductanties en parasitaire capaciteiten omgekeerd evenredig zijn met de afstand .
* **Afschermen tegen stoorsignalen:** Storing kan op verschillende plaatsen in het sensorsysteem binnendringen: in het meetobject, de sensor zelf, de meetleidingen of de signaalverwerkende apparatuur .
* **Storingen binnenkomend op het object:** Dit heeft niets te maken met EMC van het sensorsysteem zelf .
* **Storingen binnenkomend op de sensor:** Maatregelen omvatten het kiezen van een andere locatie, een ander type sensor, of het afschermen en correct aarden van de sensor .
* **Storingen binnenkomend op de kabel:**
* **Elektrostatische afscherming:** Het gebruik van een geaarde metalen afscherming, zoals bij coaxiale kabels .
* **Elektromagnetische afscherming:** Het gebruik van 'twisted pairs' (getwiste draden) is een veelgebruikte methode om elektromagnetische interferentie te vermijden. De wikkelingen zorgen ervoor dat de lusoppervlakte van de kabel in een homogeen stoorveld gemiddeld nul is, waardoor geen stoorspanning wordt geïnduceerd .
* **Storingen binnenkomend op de signaalverwerkende apparatuur:** Electrostatische afscherming door een geaarde metalen behuizing is hierbij cruciaal. Aandacht voor de kabeldoorvoer en de kwaliteit van connectoren is belangrijk. Bij lange afstanden tussen zender en ontvanger moeten de schermen aan beide kanten geaard worden, maar aardlussen moeten vermeden worden .
* **Elimineren van de invloed van stoorsignalen:**
* **Gebalanceerde en ongebalanceerde verbindingen:** Bij gebalanceerde verbindingen wordt het signaal via twee parallelle, getwiste lijnen verstuurd, waarbij de ene lijn het signaal en de andere het tegengestelde signaal transporteert. Een verschilversterker aan de ontvanger filtert de storing eruit, omdat deze op beide lijnen gelijk inwerkt. Een pseudo-gebalanceerde verbinding stuurt het signaal via één lijn en gebruikt de tweede lijn als referentie, verbonden met de massa aan de zenderzijde .
* **Filters:** Filters zijn effectief als het frequentiespectrum van het meetsignaal verschilt van dat van het stoorsignaal. Ze kunnen laag-, hoog- of banddoorlaatfilters zijn, actief of passief, en van verschillende ordes .
* **Modulatie en demodulatie:** Als het stoorsignaal in hetzelfde frequentiegebied ligt als het meetsignaal, kan modulatie bij de zender en demodulatie bij de ontvanger het meetsignaal verplaatsen naar een ander frequentiegebied, waarna filtering mogelijk wordt .
* **Uitmiddelen:** Geschikt voor ruisonderdrukking bij repetitieve signalen .
### 5.2 Signaalconditionering en -verwerking
Een meetsysteem bestaat uit drie basiscomponenten: de sensor, de signaalconditionering en de signaalverwerking .
* **Sensor:** Zet een fysische grootheid om in een (meestal elektrische) grootheid .
* **Signaalconditionering:** Vormt het sensorsignaal om tot een vorm die geschikter is voor verdere verwerking. Dit kan versterking, niveau-aanpassing, filtering, linearisatie of impedantie-aanpassing omvatten .
* **Signaalverwerking:** Zet het signaal van de signaalconditionering om naar een vorm geschikt voor processturing of visualisatie, zoals een analoog-digitaal-omzetter .
Veelvoorkomende aanpassingen van het sensorsignaal omvatten:
* Wegwerken van stoorinvloeden (bv. compensatie, filtering) .
* Versterken tot een gestandaardiseerd spanningsgebied (bv. 0-10 V) .
* Omvormen naar een gestandaardiseerd stroomgebied (bv. 4-20 mA), geschikt voor lange afstanden .
* Omvormen van analoog naar digitaal signaal (bv. TTL-niveau met specifieke woordlengte) .
* Parallel/serieel omzetting of omgekeerd voor digitale signalen .
#### 5.2.1 Meetbrug
Meetbruggen, zoals de DC-Wheatstonebrug en AC-bruggen, worden gebruikt om weerstanden, capaciteiten, inductanties en frequenties te meten .
* **Gebalanceerde AC-brug:** In evenwicht als `|Z1|*|Z4| = |Z2|*|Z3|` en `fase(Z1) + fase(Z4) = fase(Z2) + fase(Z3)`. Deze is nauwkeurig maar niet geschikt voor automatische metingen .
* **Ongebalanceerde AC-brug:** Zet de impedantieverandering om in een spanningssignaal, wat geschikter is voor automatische metingen .
#### 5.2.2 Demodulatie
Demodulatie haalt de meetinformatie uit een gemoduleerd signaal (bv. een draaggolf). Er zijn drie hoofdtypen :
* **Amplitudedemodulatie:** De meetinformatie is evenredig met de amplitude van het uitgangssignaal ten opzichte van de draaggolf. Dit wordt vaak gevolgd door een laagdoorlaatfilter .
* **Frequentiedemodulatie:** De meetinformatie zit in de frequentie van het uitgangssignaal. Dit kan gerealiseerd worden met een LC-resonantiecircuit dat selectief versterkt op basis van de frequentie .
* **Fasedemodulatie:** De meetinformatie is gecodeerd in de faseverschuiving van het uitgangssignaal ten opzichte van een referentiesignaal. Dit kan bepaald worden met Schmitt-triggers .
#### 5.2.3 Elektronisch filter
Elektronische filters worden gebruikt om dynamische signalen te analyseren op hun frequentie-inhoud en de bandbreedte te beperken vóór digitalisering .
* **Classificatie:**
* **Naar uitgefilterde frequenties:** Laagdoorlaat, hoogdoorlaat, banddoorlaat, bandsperfilter .
* **Naar versterking:** Passief (geen versterking, enkel R, C, L) of actief (met opamp, met versterking) .
* **Naar onderdrukkingsgraad:** Eerste orde (20 dB/decade), tweede orde (40 dB/decade), enz. .
* **Passieve filters:**
* **Eerste orde:** RC-laagdoorlaatfilter en RL-laagdoorlaatfilter. De snijfrequentie ($\omega_c$) is respectievelijk $1/(RC)$ en $R/L$. Hoogdoorlaatfilters worden gevormd door componenten te wisselen .
* **Hogere orde:** Worden gerealiseerd door overdrachtsfuncties van eerste orde te vermenigvuldigen. De amplitudediagrammen worden opgeteld. Een tweede-orde laagdoorlaatfilter kan bijvoorbeeld bestaan uit twee RC-netwerken in serie .
* **Actieve filters:** Gebruiken operationele versterkers (opamps) voor versterking en aanpasbaarheid .
* **Eerste orde:** Tamme integrator (laagdoorlaat) en gedempte differentiator (hoogdoorlaat). Een combinatie hiervan levert een banddoorlaatfilter op .
* **Hogere orde:** Categorieën zoals Butterworth (vlakke doorlaatband), Tschebyscheff (steilere flank, rimpel in doorlaatband), Elliptisch (steilere flank, rimpel in doorlaat- en sperband), en Bessel (lineair fasediagram) .
#### 5.2.4 Versterker
Versterkers worden gebruikt om signalen te versterken, vaak met opamps .
* **Operationele versterker (opamp):** Gebruikt in schakelingen zoals niet-inverterende versterker inverterende versterker sommeerversterker en verschilversterker .
* **Instrumentatieversterker:** Een verbeterde vorm van een verschilversterker met grote nauwkeurigheid en hoge ingangsimpedantie, opgebouwd uit meerdere opamps. Deze biedt een hogere Common Mode Rejection Ratio (CMRR) .
#### 5.2.5 AD- en DA-omzetter
Omvormers tussen analoog en digitaal zijn essentieel omdat sensoren vaak analoge uitgangen hebben en computers digitaal werken .
* **AD-omzetter (Analoog-Digitaal):** Zet een analoog signaal om in een digitale vorm. Dit proces omvat:
* **Bemonsteren (discretiseren in de tijd):** Het vastleggen van signaalwaarden op discrete tijdstippen met een bemonsteringsfrequentie ($f_s$). Het **Nyquist-criterium** stelt dat $f_s > 2 f_{max}$ om aliasing te voorkomen en het signaal volledig te reconstrueren .
* **Kwantiseren (discretiseren in amplitude):** Toekennen van digitale waarden aan de bemonstelde signalen door afronding. De resolutie is het aantal bits ($N$) en het aantal niveaus is $2^N$. De kleinste stap is het Least Significant Bit (LSB) .
* **DA-omzetter (Digitaal-Analoog):** Zet een digitaal signaal om in een analoog signaal, vaak door digitale bitwaarden om te zetten in spanningsniveaus en vervolgens te filteren .
### 5.3 Intelligente sensoren
Intelligente sensoren gaan verder dan alleen meten; ze kunnen data analyseren, beslissingen nemen, hun toestand bewaken, zichzelf ijken en optimaliseren .
#### 5.3.1 Sensor met ingebouwde signaalconditionering en -verwerking
Een steeds groter deel van de signaalconditionering en -verwerking wordt direct in de sensor geïntegreerd, vaak op één siliciumchip. Dit vermindert de gevoeligheid voor storingen en bespaart kosten en montage-tijd .
#### 5.3.2 Sensor met ingebouwde regelaar en sturing
Meer functies, zoals comparatoren, microcontrollers en geheugen (EEPROM) voor kalibratiegegevens, kunnen op de chip worden geïntegreerd. Dit maakt de sensor flexibeler en reduceert het aantal benodigde basistypes .
#### 5.3.3 Sensor met ingebouwde buskoppeling
Voor systemen met veel sensoren is het economisch om ze via een gemeenschappelijke bus aan te sluiten. De sensoren hebben hiervoor een bustransceiver nodig, die vaak ook op de chip geïntegreerd is .
### 5.4 Beeldherkenning en machine learning
De toenemende automatisering drijft de behoefte aan intelligente sensoren, waaronder beeldsensoren. Beeldherkenning maakt automatisering op basis van visuele informatie mogelijk .
#### 5.4.1 Van beeldsensor tot beeldherkenning
* **Beeldbewerking:** Het aanpassen van een beeld (bv. verscherpen, ruis onderdrukken) .
* **Beeldanalyse:** Het extraheren van meetwaarden uit een beeld (bv. aantal bloedcellen) .
* **Beeldherkenning:** Het automatisch interpreteren van een beeld om objecten of patronen te identificeren .
#### 5.4.2 Beeldsensoren
* **CCD (Charged Coupling Device):** Miljoenen lichtgevoelige pixels waarbij de lading per rij in een register wordt uitgelezen. Hoge kwaliteit, maar hogere productiekosten door minder massaproductie .
* **CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor):** Elke pixel heeft eigen elektronica voor signaalomzetting, versterking en ruisreductie op de chip. Lagere kosten, lager energieverbruik en hogere snelheid dan CCD, maar over het algemeen minder gevoelig en lagere resolutie .
* **sCMOS (scientific CMOS):** Een hybride architectuur die voordelen van beide combineert .
#### 5.4.3 Principes van 3D-beeldvorming
* **Gestructureerd licht:** Projectie van patronen (bv. rasters, lijnen) op een object om diepte- en oppervlakte-informatie te berekenen .
* **Stereovision:** Twee camera's nemen gelijktijdig beelden, de afstand wordt berekend door de verschillen te analyseren. Vereist veel rekenkracht .
* **Radar:** Afstandsbepaling op basis van de tijd tussen uitgezonden en teruggekaatst radarsignaal .
* **LIDAR (Light Detection and Ranging):** Werkt als radar, maar gebruikt laserlicht. Kan kleinere objecten detecteren en oppervlaktescans uitvoeren .
* **TOF (Time of Flight):** Een lichtgolf wordt uitgezonden en de tijd die het duurt om terug te reflecteren wordt gemeten, waardoor de afstand per pixel bepaald wordt en een 3D-beeld wordt gevormd .
#### 5.4.4 Karakteristieken van een camera
* **Soort beeld:** 2D, 3D, kleur .
* **Resolutie:** Aantal pixels op de sensor (bv. 1280x1024) .
* **Gevoeligheid:** Aangegeven met ISO-waarde; hogere ISO betekent hogere gevoeligheid maar kan leiden tot meer ruis .
* **Kleurdetectie:** Kleurencamera's produceren meer data en hebben een lagere resolutie en gevoeligheid dan monochrome camera's .
* **Interface en software:** Belangrijk voor beeldverwerking .
#### 5.4.5 Principe van beeldherkenning
Beeldherkenning is complexer dan alleen pixelmanipulatie en vereist een referentiemateriaal. Het proces omvat :
* **Kleurkwantisatie:** Reductie van het aantal kleuren voor snellere analyse .
* **Kleurhistogram:** Globale beschrijving van het beeld op basis van kleuren .
* **Patroonherkenning:** Zoeken naar bekende patronen (bv. korrels, strepen) .
* **Vormbepaling:** Identificeren van objecten op basis van hun grenzen .
* **Vergelijking met referentieset:** Zoeken naar overeenkomsten met een database van objecten .
#### 5.4.6 Artificiële intelligentie, machine learning en deep learning
* **Artificiële Intelligentie (AI):** Overkoepelende term voor systemen die menselijke intelligentie nabootsen, kunnen leren, beslissingen nemen en uitvoeren .
* **Machine Learning (ML):** Een subset van AI die algoritmen ontwikkelt waarmee systemen leren van data zonder expliciete programmering. ML-modellen identificeren patronen en passen zich aan op basis van ervaring. Voorbeelden zijn predictief onderhoud en het automatiseren van aanpassingen in productieprocessen .
* **Deep Learning (DL):** Een gespecialiseerde vorm van ML die neurale netwerken gebruikt (geïnspireerd door het menselijk brein) om zeer complexe patronen te herkennen. Het werkt via iteraties om fouten te reduceren door gewichten aan knooppunten aan te passen. Deep learning wordt toegepast in beeldherkenning, geluidsherkenning, diagnoseondersteuning, games en robotica .
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Sensor | Een apparaat dat een fysische, chemische of elektrochemische parameter detecteert en omzet naar een elektrisch signaal, meestal spanning of stroom. Sensoren worden ook wel opnemers of transducers genoemd. |
| Automatisering | Het proces van het implementeren van technologie om menselijke tussenkomst in het besturen en regelen van processen te minimaliseren of te elimineren, met als doel de efficiëntie, betrouwbaarheid en veiligheid te verhogen. |
| Betrouwbaarheid | De mate waarin een systeem, machine of component consequent de verwachte prestaties levert onder gespecificeerde omstandigheden en gedurende een gespecificeerde tijdsperiode, wat resulteert in minder storingen en stilstand. |
| Veiligheid | Het aspect dat betrekking heeft op het voorkomen van schade, letsel of ongelukken in industriële omgevingen, waarbij sensoren een cruciale rol spelen bij het bewaken en signaleren van gevaarlijke situaties. |
| Signaalverwerking | Het proces waarbij het door een sensor gegenereerde ruwe elektrische signaal wordt gemanipuleerd om nuttige informatie te extraheren, zoals het filteren, versterken, omzetten (bijvoorbeeld analoog naar digitaal) en analyseren ervan. |
| Werkingsgebied | Het bereik van fysische grootheden waarbinnen een sensor zijn metingen nauwkeurig en betrouwbaar kan uitvoeren, gedefinieerd door minimale en maximale grenswaarden. |
| Herhaalbaarheid | De mate waarin een sensor bij opeenvolgende metingen van dezelfde inputwaarde consistente uitgangssignalen levert, wat een indicatie is van de stabiliteit en precisie van de meting. |
| Elektrische grootheid | Een meetbare fysische eigenschap die wordt uitgedrukt in elektrische eenheden, zoals spanning (gemeten in Volt) of stroom (gemeten in Ampère), die door sensoren worden gegenereerd. |
| Fysische grootheid | Een meetbare eigenschap van een object of fenomeen in de natuur, zoals temperatuur, druk, kracht, debiet of positie, die door sensoren kan worden gedetecteerd. |
| Initiële keuze sensor | Het proces van het selecteren van de meest geschikte sensor voor een specifieke automatiseringsapplicatie, gebaseerd op factoren zoals de te meten grootheid, de omgeving en de vereiste nauwkeurigheid. |
| Term | Definitie |
| Nauwkeurigheid | De nauwkeurigheid geeft de juistheid van een meting aan, oftewel de mate van overeenkomst tussen de gemeten waarde en de werkelijke waarde. Hoe hoger de nauwkeurigheid, hoe kleiner de potentiële fout in de meting. |
| Precisie | Precisie verwijst naar de willekeurige spreiding van gemeten waarden rondom het gemiddelde van deze metingen. Een hoge precisie betekent dat de meetwaarden dicht bij elkaar liggen, zelfs als ze niet exact overeenkomen met de werkelijke waarde. |
| Resolutie | De resolutie, ook wel het oplossend vermogen genoemd, is de kleinst mogelijke onderscheiding die een meetsysteem kan maken tussen twee verschillende meetwaarden. De opgegeven resolutie zegt niets over de juistheid van de meting. |
| Gevoeligheid | De gevoeligheid van een sensor beschrijft hoe sterk het uitgangssignaal van de sensor verandert bij een wijziging van de te meten grootheid. Dit wordt vaak uitgedrukt als de helling van de ijkkromme, bijvoorbeeld in Volt per graad Celsius (V/°C) voor een temperatuursensor. |
| Lineariteit | Een sensor werkt lineair wanneer de ijkkromme een rechte lijn is. In dit geval is de gevoeligheid gelijk aan de helling van deze rechte lijn, wat een constante relatie tussen de gemeten grootheid en het uitgangssignaal impliceert. |
| Bereik | Het bereik van een sensor definieert het specifieke interval waarbinnen de waarde van de te meten grootheid moet vallen om betrouwbaar gemeten te kunnen worden. |
| Resistieve sensoren | Deze sensoren maken gebruik van variaties in elektrische weerstand om een grootheid te meten. Voorbeelden zijn rekstrookjes, potentiometrische opnemers en piëzo-resistieve sensoren, waarbij de weerstand verandert door mechanische vervorming of druk. |
| Capacitieve sensoren | Capacitieve sensoren werken op basis van veranderingen in capaciteit. De capaciteit kan variëren door aanpassingen in de afstand tussen de platen, de oppervlakte van de platen, of het diëlektricum tussen de platen, wat wordt gebruikt voor metingen. |
| Inductieve sensoren | Inductieve sensoren maken gebruik van magnetische velden, zelfinductie en wederzijdse inductie om metingen te verrichten. Typische voorbeelden zijn Hall-elementsensoren, magnetische verplaatsingssensoren en transformatorische verplaatsingssensoren. |
| Optische sensoren | Optische sensoren maken gebruik van licht, bestaande uit een lichtbron, ontvanger en transmissiemedium, om eigenschappen zoals verplaatsing, aanwezigheid of kleur te detecteren. Ze kunnen metingen verrichten door veranderingen in transmissie, reflectie of absorptie van licht waar te nemen. |
| Piëzo-elektrische sensoren | Deze sensoren maken gebruik van het piëzo-elektrische effect, waarbij mechanische vervorming een elektrische lading genereert. Ze worden vaak toegepast als druk- of krachtopnemers en kunnen ook als versnellingsopnemer dienen. |
| Ultrasone sensoren | Ultrasone sensoren werken met geluidsgolven op frequenties hoger dan 18 kHz. Deze sensoren zenden ultrasone golven uit en meten de terugkaatsing of de tijd van aankomst om afstanden of aanwezigheid te detecteren. |
| Directe sensor | Een directe sensor zet de te meten grootheid onmiddellijk om in een elektrisch signaal, zoals een stroom- of spanningssignaal. Een tachometer, die een spanning afgeeft evenredig aan het toerental, is een voorbeeld. |
| Indirecte sensor | Bij een indirecte sensor wordt de te meten grootheid eerst omgezet in een andere fysische grootheid, die vervolgens wordt omgezet in een elektrisch signaal. Een lichtgevoelige weerstand die de lichtintensiteit meet en die weerstand omzet in een elektrisch signaal, is hier een voorbeeld van. |
| Schakelsensor | Sensoren die niet bedoeld zijn om een analoog signaal te genereren, maar enkel om te detecteren of een meetgrootheid een bepaalde waarde overschrijdt. Ze produceren een digitaal uitgangssignaal (aan/uit) zodra de ingestelde limiet is bereikt. |
| NPN-sensor | Een type schakelsensor dat een NPN-transistor bevat en ‘sinking’ wordt genoemd, omdat het de belasting tussen de belasting en de massa schakelt wanneer de sensor wordt geactiveerd. |
| PNP-sensor | Een type schakelsensor dat een PNP-transistor bevat en ‘sourcing’ wordt genoemd, omdat het de belasting tussen de belasting en de voedingsspanning schakelt wanneer de sensor wordt geactiveerd. |
| Pt100 | Een veelgebruikte resistieve temperatuursensor waarbij de weerstand van een platina-element toeneemt met de temperatuur. De nauwkeurigheid van de meting hangt af van het aantal draden (2, 3 of 4) dat gebruikt wordt voor de aansluiting. |
| IO-Link | Een gestandaardiseerd, bidirectioneel communicatieprotocol voor sensoren en actuatoren. Het maakt digitale communicatie mogelijk, vervangt analoge signalen en maakt externe configuratie en diagnose van sensoren mogelijk. |
| Aggregatietoestand | De fase waarin een stof voorkomt, zoals gasvormig, vloeibaar of vast. Deze fasen worden bepaald door de temperatuur en de onderlinge afstand van de moleculen, waarbij de chemische samenstelling van de stof onveranderd blijft. |
| Densiteit (of dichtheid) | De massa van een stof per volume-eenheid, uitgedrukt in kilogram per kubieke meter (kg/m³). Dit geeft aan hoe compact de materie in een stof is georganiseerd en is afhankelijk van de aggregatietoestand en temperatuur. |
| Viscositeit (of stroperigheid) | De eigenschap van een fluïdum die de weerstand tegen vervorming door schuifspanning aangeeft; de mate van stroperigheid of traagvloeibaarheid. Wordt uitgedrukt in Pascal-seconde (Pa.s) voor dynamische viscositeit of vierkante meter per seconde (m²/s) voor kinematische viscositeit. |
| Corrosiviteit | De eigenschap van een stof om andere stoffen waarmee het in contact komt te vernietigen of onherstelbaar te beschadigen, zoals het veroorzaken van brandwonden bij contact met weefsel. Dit is een directe fysische reactie van de stof. |
| Conductiviteit (elektrische geleidbaarheid) | De eigenschap van een elektrisch component om elektrische stroom te geleiden. De waarde wordt uitgedrukt in siemens per meter (S/m) en hangt onder andere af van de temperatuur en de aanwezige ionen in het medium. |
| Relatieve permittiviteit (diëlektrische constante) | Een dimensieloos getal dat aangeeft hoe een medium een elektrisch veld beïnvloedt en erdoor beïnvloed wordt, door het vermogen van het materiaal te polariseren. Het is de verhouding van de permittiviteit van de stof tot die van vacuüm. |
| Abrasiviteit | De eigenschap van een materiaal dat schuurmiddel bevat, waardoor het door mechanische beweging oppervlakken kan wegslijten. Dit wordt bepaald door de aanwezigheid van kleine vaste deeltjes met specifieke eigenschappen zoals korrelgrootte en hardheid. |
| Laminaire stroming | Een stromingsprofiel waarbij de lagen van het medium zich parallel aan elkaar voortbewegen zonder significante menging, met deeltjes die in rechte stroomlijnen bewegen parallel aan de pijpas. Komt voornamelijk voor bij hoogvisceuze vloeistoffen. |
| Turbulente stroming | Een stromingsprofiel gekenmerkt door wervelingen en significante stroming loodrecht op de hoofdstroom, wat resulteert in menging van deeltjes. Dit treedt op bij hogere stroomsnelheden en lagere viscositeit. |
| Reynoldsgetal ($Re$) | Een dimensieloos getal dat de overgang tussen laminaire en turbulente stroming karakteriseert. Het beschrijft de relatie tussen stroomsnelheid ($v$), inwendige pijpdiameter ($d_i$), densiteit ($\rho$) en dynamische viscositeit ($\eta$), berekend met de formule $Re = \frac{v d_i \rho}{\eta}$. |
| Massadebiet ($q_m$) | De hoeveelheid massa die per tijdseenheid door een leiding stroomt, uitgedrukt in kg/s. Dit is rechtstreeks meetbaar met een Coriolis-massadebietsensor. |
| Volumedebiet ($q_V$) | De hoeveelheid volume die per tijdseenheid door een leiding stroomt, uitgedrukt in m³/s. Dit is de meest gemeten grootheid door debietsensoren, waarbij het massadebiet berekend wordt door vermenigvuldiging met de dichtheid. |
| Coriolis-effect | Een natuurkundig effect dat optreedt wanneer een object in een roterend of trillend systeem beweegt, wat resulteert in een kracht loodrecht op de bewegingsrichting en de rotatie-as. Dit effect wordt gebruikt in Coriolis-massadebietsensoren om de doorstromende massa te meten. |
| Wet van Faraday | Een natuurkundige wet die stelt dat een verandering in het magnetische veld door een geleider een elektrische spanning opwekt. Dit principe wordt toegepast in elektromagnetische debietsensoren. |
| Wet van Bernoulli | Een principe in de vloeistofdynamica dat stelt dat voor een ideale vloeistof, de som van de statische druk, dynamische druk en potentiële energiedruk constant is langs een stroomlijn. Dit principe wordt gebruikt bij debietsensoren zoals meetflenzen, stuwbuizen en venturibuizen. |
| Continuïteitsvergelijking | Een principe dat stelt dat voor een incompressibele vloeistof, het product van de doorsnede van de leiding en de gemiddelde stroomsnelheid constant is, wat resulteert in $q_V = A \cdot v$. Dit wordt gebruikt in combinatie met de wet van Bernoulli voor debietmetingen. |
| Piëzo-elektrisch effect | Het fenomeen waarbij bepaalde materialen, zoals kristallen, een elektrische lading genereren wanneer ze mechanisch worden vervormd, of omgekeerd, vervormen onder invloed van een elektrisch veld. Dit wordt gebruikt in piëzo-elektrische druksensoren. |
| Capaciteit | De eigenschap van een systeem om elektrische lading op te slaan, bepaald door de geometrie en het diëlektricum tussen geleiders. Capacitieve sensoren meten veranderingen in capaciteit die veroorzaakt worden door druk- of niveauverschillen. |
| Rekstrookje | Een dunne, flexibele weerstandsdraad of -film die op een object wordt gelijmd en diens rek of stuik meesleept. De weerstand van het rekstrookje verandert als gevolg van de mechanische vervorming, wat wordt gebruikt om krachten of drukken te meten. |
| Piëzo-resistief effect | Het fenomeen waarbij de elektrische weerstand van bepaalde materialen (zoals halfgeleiders) verandert onder invloed van mechanische spanning. Dit effect wordt benut in halfgeleiderrekstrookjes. |
| Brugschakeling (Wheatstonebrug) | Een elektronische schakeling die wordt gebruikt om kleine weerstandsveranderingen nauwkeurig te meten. Het wordt vaak toegepast met rekstrookjes om vervormingen om te zetten in een meetbaar spanningssignaal. |
| Thermokoppel | Een temperatuursensor bestaande uit twee verschillende metalen die aan één uiteinde met elkaar verbonden zijn. Een temperatuurverschil tussen de verbindingen genereert een kleine spanning die evenredig is met dit verschil. |
| Weerstandsthermometer (Pt100) | Een temperatuursensor waarvan de elektrische weerstand verandert met de temperatuur. De Pt100, gemaakt van platina, is een veelgebruikte en nauwkeurige weerstandsthermometer. |
| Thermistor | Een temperatuursensor met een hoge temperatuurcoëfficiënt, waarbij de weerstand sterk afhankelijk is van de temperatuur. NTC (negatieve temperatuurcoëfficiënt) en PTC (positieve temperatuurcoëfficiënt) zijn twee typen. |
| Pyrometer (Infraroodmeter) | Een sensor die de temperatuur meet door de hoeveelheid uitgestraalde infraroodenergie van een object te detecteren, zonder fysiek contact te maken. |
| Lichtgevoelige weerstand (LDR) | Een elektronische component waarvan de weerstand afneemt naarmate de hoeveelheid invallend licht toeneemt. |
| Fotodiode | Een halfgeleiderdiode die stroom geleidt wanneer er licht op valt. De geleidende stroom is evenredig met de lichtintensiteit. |
| Fototransistor | Een transistor die stroom geleidt wanneer hij wordt belicht. Het combineert de lichtgevoeligheid van een fotodiode met de stroomversterking van een transistor. |
| Kleursensor | Een sensor die de kleur van een object analyseert door het gereflecteerde licht te meten, vaak met behulp van filters en primaire (RGB) of secundaire (CYMG) kleuren. |
| Lineaire Variabele Differentiële Transformator (LVDT) | Een inductieve positiesensor die de lineaire verplaatsing meet door de magnetische koppeling tussen spoelen te variëren met behulp van een beweegbare kern. |
| Encoder | Een digitale positie-opnemer die beweging omzet in discrete pulsen. Incrementele encoders meten de verplaatsing tussen momenten, terwijl absolute encoders de positie op elk moment vastleggen. |
| Magnetostrictieve positiesensor | Een lineair meetsysteem dat gebruik maakt van het magnetostrictieve fenomeen (vervorming van een materiaal onder invloed van een magnetisch veld) om positie contactloos te meten. |
| Potentiometerpositiesensor | Een positieopnemer gebaseerd op een lineaire potentiometer, waarbij het glijcontact is verbonden met een beweegbare as en de uitgangsspanning afhangt van de positie van de loper. |
| Resolver | Een elektromechanische sensor die hoekverdraaiingen meet door de inductie tussen spoelen te variëren met de positie van een rotor. |
| Synchro | Een roterende transformator die vergelijkbaar is met een resolver en wordt gebruikt om de positie van een rotor te meten. |
| Inductosyn | Een zeer nauwkeurige lineaire of roterende positieopnemer die werkt op basis van inductie, vergelijkbaar met een resolver maar met hogere precisie. |
| Geleidbaarheidsniveauschakelaar | Een niveauschakelaar die werkt door de verandering in elektrische weerstand tussen sensorelektroden te meten wanneer een geleidend product een verbinding tot stand brengt. |
| Trilvork | Een niveauschakelaar die werkt door de resonantiefrequentie van een trilvork te meten. Wanneer de trilvork in contact komt met een medium, verandert de resonantie, wat leidt tot een schakelsignaal. |
| Vlotter | Een niveausensor die rust op het vloeistofoppervlak en meebeweegt met de vloeistofhoogte. De positie van de vlotter kan een schakelaar bedienen of worden omgezet in een elektrisch signaal. |
| Hydrostatische niveausensor | Een sensor die het niveau meet door de hydrostatische druk van de vloeistofkolom te meten, die recht evenredig is met de hoogte van de vloeistof. |
| Capacitieve niveausensor | Een sensor die het niveau meet door de verandering in elektrische capaciteit te meten tussen elektroden. De capaciteit varieert met de hoeveelheid aanwezig medium. |
| Ultrasone niveausensor | Een sensor die het niveau meet door de looptijd van een ultrasoon signaal dat wordt uitgezonden en gereflecteerd door het vloeistof- of vaste stofoppervlak, te bepalen. |
| Radarniveausensor (contactloos) | Een sensor die het niveau meet met behulp van microgolven die worden uitgezonden en gereflecteerd door het oppervlak van het te meten medium. De looptijd of frequentieverandering van de microgolf is een maat voor het niveau. |
| Radarniveausensor (geleid) | Een sensor die het niveau meet door de looptijd van een microgolfpuls te meten die langs een kabel wordt geleid en gereflecteerd wordt aan het grensvlak van het medium. |
| Peillood | Een geautomatiseerd systeem dat een gewicht laat zakken tot het een oppervlak raakt, waarbij de lengte van de afgerolde kabel een indicatie geeft van het niveau. |
| **Ontstoring** | Het proces van het beperken van de invloed van ongewenste signalen (storingen) op een meetsysteem, om de kwaliteit en betrouwbaarheid van de meting te waarborgen. Dit omvat technieken zoals afscherming, aarding en filtering. |
| **Elektromagnetische compatibiliteit (EMC)** | Een vakgebied dat zich bezighoudt met de mate waarin elektrische en elektronische apparaten goed kunnen functioneren zonder elkaar ongewenst te beïnvloeden door hun elektromagnetische velden, stromen en spanningen. |
| **Inter-EMC** | Het onderdeel van EMC waarbij de stoorbronnen zich buiten het beschouwde systeem bevinden. Dit is van belang omdat deze storingen vaak pas in de praktijk optreden en onverwacht kunnen zijn. |
| **Intra-EMC** | Het onderdeel van EMC waarbij de stoorbronnen zich binnen het beschouwde systeem bevinden. Deze problemen worden vaak al door fabrikanten onderkend en opgelost. |
| **Afscherming** | Een methode om stoorsignalen te verminderen door een elektrisch of magnetisch geleidend materiaal rond de componenten te plaatsen, zoals een metalen omhulsel voor kabels of apparatuur. |
| **Geaarde metalen afscherming** | Een afschermingsmethode waarbij een metalen omhulsel, zoals bij een coaxiale kabel, direct verbonden is met de aarde om elektrostatische koppeling te voorkomen en stoorspanningen en -stromen naar de aarde af te leiden. |
| **Twisted pairs** | Een type kabel waarbij de geleiders per paar om elkaar heen zijn gewonden om elektromagnetische interferentie te verminderen. Het principe berust op het principe dat de lusoppervlakte gemiddeld nul is in een stoorveld, waardoor inductie wordt geminimaliseerd. |
| **Gebalanceerde verbinding** | Een transmissiemethode waarbij het signaal via twee transmissielijnen wordt verstuurd; één lijn stuurt het normale signaal door, de andere het tegengestelde signaal. Storingen die op beide lijnen even groot zijn, worden aan de ontvanger met een verschilversterker uitgefilterd. |
| **Pseudo-gebalanceerde verbinding** | Een variant van gebalanceerde verbinding waarbij één transmissielijn het signaal doorstuurt en de andere lijn aan de zenderzijde met de massa wordt verbonden. De ontvanger gebruikt deze nullijn als referentie voor het filteren van stoorsignalen. |
| **Filter** | Een elektronisch circuit dat specifieke frequenties uit een signaal verwijdert of versterkt, om de signaal-ruisverhouding te verbeteren of specifieke componenten te isoleren. |
| **Laagdoorlaatfilter** | Een filter dat frequenties lager dan een bepaalde snijfrequentie doorlaat en frequenties daarboven verzwakt. |
| **Hoogdoorlaatfilter** | Een filter dat frequenties hoger dan een bepaalde snijfrequentie doorlaat en frequenties daaronder verzwakt. |
| **Banddoorlaatfilter** | Een filter dat frequenties binnen een bepaald bereik doorlaat en frequenties daarbuiten verzwakt. |
| **Bandsperfilter** | Een filter dat frequenties binnen een bepaald bereik verzwakt en frequenties daarbuiten doorlaat. |
| **Actief filter** | Een filter dat gebruik maakt van actieve componenten, zoals opamps, om de doorgelaten frequenties te versterken. |
| **Passief filter** | Een filter dat is opgebouwd uit passieve componenten zoals weerstanden, condensatoren en spoelen, en de doorgelaten frequenties niet versterkt. |
| **Modulatie** | Het proces waarbij een meetsignaal wordt overgedragen op een draaggolf of in de eigenschappen van een draaggolf wordt verwerkt, om het signaal te transporteren over een frequentiegebied dat verschilt van stoorsignalen. |
| **Demodulatie** | Het proces van het extraheren van de oorspronkelijke meetinformatie uit een gemoduleerd signaal, om dit weer bruikbaar te maken. |
| **Uitmiddelen** | Een signaalverwerkingsmethode waarbij het meetsignaal wordt gemiddeld over meerdere metingen, wat effectief is voor het onderdrukken van ruis bij repetitieve signalen. |
| **Signaalconditionering** | Het proces van het omzetten van het ruwe signaal van een sensor naar een vorm die beter geschikt is voor verdere verwerking, wat onder andere versterking, filtering en niveauaanpassing kan omvatten. |
| **Signaalverwerking** | Het proces waarbij het gesignaliseerde signaal wordt omgezet in een vorm die geschikt is voor processturing of visualisatie, zoals een analoog-naar-digitaal-omzetting. |
| **Meetbrug** | Een elektronisch circuit, zoals de Wheatstone-brug, dat wordt gebruikt om weerstanden, capaciteiten of inductanties te meten door de balans van de brug aan te passen. |
| **Amplitudemodulatie** | Een vorm van modulatie waarbij de amplitude van de draaggolf proportioneel is aan de meetinformatie. Demodulatie hiervan is bijvoorbeeld mogelijk door fasegevoelige gelijkrichting. |
| **Frequentiedemodulatie** | Een vorm van demodulatie waarbij de meetinformatie is gecodeerd in de frequentie van de draaggolf. Dit wordt vaak toegepast bij metingen gebaseerd op het Doppler-effect. |
| **Fasedemodulatie** | Een vorm van demodulatie waarbij de meetinformatie is gecodeerd in de faseverschuiving van het meetsignaal ten opzichte van een referentiesignaal. |
| **Operationele versterker (opamp)** | Een veelzijdige elektronische component die gebruikt wordt voor diverse signaalverwerkingstaken, zoals versterking, filtering en integratie. |
| **Instrumentatieversterker** | Een verbeterde vorm van een verschilversterker, ontworpen voor hoge nauwkeurigheid en hoge ingangsimpedantie, specifiek voor het meten van kleine verschilspanningen in aanwezigheid van grote common-mode signalen. |
| **Analoog-digitaal-omzetter (ADC)** | Een elektronisch apparaat dat een continu analoog signaal omzet in een discreet digitaal signaal, door middel van bemonstering en kwantisatie. |
| **Digitaal-analoog-omzetter (DAC)** | Een elektronisch apparaat dat een discreet digitaal signaal omzet in een continu analoog signaal. |
| **Bemonstering (sampling)** | Het proces waarbij de waarde van een analoog signaal op discrete tijdstippen wordt vastgelegd om een digitaal signaal te creëren. |
| **Kwantiseren (quantization)** | Het proces waarbij de bemonsterde analoge waarden worden toegekend aan discrete digitale niveaus, wat inherent afrondingsfouten introduceert. |
| **Nyquist-criterium** | Een fundamenteel principe dat stelt dat een signaal volledig gereconstrueerd kan worden uit zijn discrete monsters als de bemonsteringsfrequentie minstens tweemaal zo hoog is als de hoogste frequentie in het signaal ($f_s > 2 f_{max}$). |
| **Aliasing** | Een fenomeen dat optreedt wanneer een analoog signaal wordt bemonsterd met een te lage frequentie, waardoor onjuiste frequenties in het digitale signaal verschijnen die niet uit het oorspronkelijke signaal te herleiden zijn. |
| **Intelligente sensor** | Een sensor die niet alleen meet, maar ook ingebouwde functionaliteit heeft voor signaalconditionering, signaalverwerking, analyse, besluitvorming, zelfkalibratie en zelfoptimalisatie. |
| **Beeldsensor** | Een elektronische component, zoals een CCD of CMOS-chip, die licht omzet in elektrische signalen om een digitaal beeld te creëren. |
| **CCD (Charged Coupling Device)** | Een type beeldsensor waarbij de lading van de pixels rij voor rij naar een register wordt uitgelezen, wat resulteert in een hoge beeldkwaliteit maar complexere productieprocessen. |
| **CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)** | Een type beeldsensor waarbij de omzetting van lichtenergie naar spanning en vervolgens naar digitale informatie op elke pixel apart gebeurt, wat leidt tot lagere kosten en lager energieverbruik, maar mogelijk lagere gevoeligheid dan CCD. |
| **Beeldbewerking** | Manipulatie van een digitaal beeld met als resultaat een nieuw, aangepast beeld, zoals verscherpen, inzoomen of ruis onderdrukken. |
| **Beeldanalyse** | Het proces waarbij een beeld wordt geanalyseerd om meetwaarden of informatie over de beeldinhoud te verkrijgen, zoals het tellen van objecten of het beoordelen van kwaliteit. |
| **Beeldherkenning** | Het geautomatiseerde proces van het identificeren van objecten, patronen of kenmerken binnen een beeld, met als resultaat een interpretatie van de beeldinhoud. |
| **Machine learning (ML)** | Een tak van kunstmatige intelligentie die zich richt op het ontwikkelen van algoritmen waarmee systemen kunnen leren van gegevens zonder expliciet geprogrammeerd te zijn, om patronen te identificeren en voorspellingen te doen. |
| **Deep learning (DL)** | Een gespecialiseerde vorm van machine learning die gebruik maakt van diepe neurale netwerken (met meerdere lagen) om zeer complexe patronen en relaties in data te herkennen. |
| **Neuraal netwerk** | Een computermodel dat geïnspireerd is op de structuur en werking van biologische neurale netwerken, gebruikt voor machinaal leren en deep learning. |
| **Resolutie** | De mate van detail die een digitaal beeld of een sensor kan weergeven, vaak uitgedrukt in het aantal pixels (bij beeldsensoren) of het aantal discrete niveaus (bij omzetters). |
| **Gevoeligheid** | De reactiesnelheid van een sensor of beeldsensor op licht of een andere fysieke grootheid, vaak aangegeven met de ISO-waarde bij camera's. |
| **Gestructureerd licht** | Een 3D-beeldvormingstechniek waarbij een bekend patroon, zoals lijnen of rasters, op een object wordt geprojecteerd. De vervorming van dit patroon wordt geanalyseerd om diepte-informatie te verkrijgen. |
| **Stereovisie** | Een 3D-beeldvormingstechniek die twee camera's gebruikt die op een afstand van elkaar zijn geplaatst. Door de twee beelden te vergelijken, kan de diepte van de scène worden berekend. |
| **LIDAR (Light Detection and Ranging)** | Een afstandmeettechnologie die laserlicht gebruikt om de afstand tot objecten te bepalen door de tijd te meten die het licht nodig heeft om te reflecteren. |
| **TOF (Time of Flight)** | Een principe voor afstandmeting waarbij de tijd wordt gemeten die licht nodig heeft om van de zender naar het object en terug naar de sensor te reizen, om zo de afstand te berekenen. |
| **Common Mode Rejection Ratio (CMRR)** | Een maat voor het vermogen van een differentiële versterker om gelijktijdige signalen op beide ingangen te onderdrukken, terwijl het verschil tussen de ingangen wordt versterkt. |
| **Wheatstone-brug** | Een DC-meetbrug die bestaat uit vier weerstanden en wordt gebruikt om een onbekende weerstand te meten door de brug in evenwicht te brengen. |
| **Bodediagram** | Een grafische weergave van de frequentierespons van een systeem, bestaande uit een amplitudekarakteristiek en een fasekarakteristiek. |
| **Snijfrequentie (cut-off frequency)** | De frequentie waarbij de versterking van een filter is afgenomen tot -3 dB (ongeveer 70,7% van de maximale versterking). |
| **Verschilversterker** | Een versterker die het verschil tussen twee ingangssignalen versterkt. |
| **Sommeerversterker** | Een versterker die de som van meerdere ingangssignalen versterkt. |
| **Inverterende versterker** | Een versterker die het ingangssignaal met een factor versterkt en tegelijkertijd omkeert (faseverschuiving van 180°). |
| **Niet-inverterende versterker** | Een versterker die het ingangssignaal met een factor versterkt zonder de fase ervan te veranderen. |
| **Geleide emissie** | Het ongewenste uitzenden van elektromagnetische storingen via elektrische geleiders. |
| **Gestraalde emissie** | Het ongewenste uitzenden van elektromagnetische storingen in de vorm van elektromagnetische golven. |