Basistechnologie
Les 4.1: sensoren
Na deze les kun je:
uitleggen wat een sensor is en welke eigenschappen een goede sensor moet hebben;
beschrijven welke typen sensoren er bestaan, wat deze meten en hoe deze kunnen
worden ingezet in de huiselijke situatie;
eenvoudige praktische vraagstukken met betrekking tot gebruik van sensoren in
de huissituatie oplossen;
Voorbereiding:
Een sensor is een instrument dat een gemeten grootheid (input) omzet in outputsignaal. Het
outputsignaal kan op zijn beurt weer leiden tot een handeling of actie via een actuator. Een sensor
kan daardoor worden vergeleken met een zintuig.
Een sensorsysteem kan je dus opdelen in:
1. input
2. sensor
3. outputsignaal
4. actuator
Een sensorsysteem kun je gebruiken om iets te meten, zoals in het voorbeeld van de thermometer
en de gassensor. We spreken van een meetsysteem.
Input sensor output actuator.
Je kunt het ook inpassen als onderdeel van een controlesysteem. Bij een controlesysteem wordt de
input continu gemeten en bijgesteld. De output van de sensor bepaalt daarbij hoe de te meten
grootheid wordt aangepast door de actuator.
Je kunt hierbij bijvoorbeeld denken aan een thermostaat: de thermometer (sensor) in de
thermostaat meet de temperatuur (input) en zet deze om in een digitale waarde (output). Ligt deze
waarde onder de ingestelde temperatuur dan zal de sensor een signaal naar de CV-ketel (actuator)
sturen om te gaan stoken. Hierdoor neemt de temperatuur in huis toe. De toegenomen temperatuur
wordt vervolgens weer waargenomen door de sensor en kan weer tot nieuwe aanpassingen leiden.
Deze termen beschrijven de kwaliteit van toepasbaarheid van een sensor:
- gevoeligheid (sensitiviteit)
- herhaalbaarheid/ reproduceerbaarheid
- respons-tijd
- levensduur
- bereik
- uitwisselbaarheid
- selectiviteit
- drift
Hoofdstuk 1 van natuurkunde:
Het onderzoeken van de natuur gebeurt in de natuurwetenschappen. Vakken als biologie,
natuurkunde en scheikunde vallen onder de natuurwetenschappen:
- de biologie onderzoekt alles wat leeft in de natuur, zoals bacteriën, planten, dieren en
mensen de natuur zonder leven wordt onderzocht door de natuurkunde en de scheikunde.
, - De scheikunde of chemie onderzoekt veranderingen in de natuur die blijvend zijn een
voorbeeld van een scheikundig proces is het verbranden van een stof. Van de as van
verbrand papier kun je niet opnieuw papier maken
- De natuurkunde of fysica onderzoekt veranderingen die niet blijvend zijn. Een voorbeeld van
een natuurkundig proces is het bewegen van een elektromotor. Je kunt de motor
aanschakelen, maar ook weer uitzetten.
Bij kwantitatief onderzoek meet je hoeveelheid of aantallen. Belangrijk is dat je eerlijk onderzoek
doet. Bij eerlijk onderzoek verander je maar één ding. Wat je verandert, is je ingestelde variabele,
wat je vervolgens meet is je gemeten variabele.
Veel toepassingen ontstaan via een proces dat we ontwerpen noemen. Ontwerpen doe je om een
probleem op te lossen. Een voorbeeld: de verlichting van een fiets vereist extra zwaar trappen
vanwege de dynamo. Het ontwerpproces kun je in vijf stappen verdelen:
1. Het probleem omschrijven en eisen aan de oplossing formuleren
2. Zo veel mogelijk verschillende oplossingen bedenken
3. Het beste ontwerp kiezen
4. Een prototype (of model) van je ontwerp maken
5. Je prototype testen en zonodig verbeteren
Bij een onderzoek meet je vaak de grootte of waarde van iets.
- Iets wat je meet is de grootheid; lengte tijd en temperatuur
- Om een grootheid te kunnen meten, moet je en maat hebben waarin je de grootheid
uitdrukt. Deze maat is je eenheid; meter, seconde en graad Celsius.
Internationaal zijn er afspraken gemaakt over de eenheden die we bij verschilende grootheden
gebruiken. Dit samenhangende stelsel van eenheden heet het SI-stelsel (systeme international).
In de natuurwetenschappen kun je door te meten bij een grootheid bepalen hoeveel eenheden de
grootheid bevat. Dat levert een getal op. Dat getal is de waarde van de meting.
Meetinstrumenten kun je verdelen in analoge en digitale instrumenten. Een analoog meetinstrument
is een instrument waarin een wijzer of iets dergelijks een aanwijzing geeft op een schaalverdeling.
Een digitaal meetinstrument geeft een getal weer.
Een serie metingen geef je weer in een tabel. In een tabel zet je de boven elke kolom de grootheid en
(tussen haakjes) de eenheid, kan ook in grafiek of diagram. Het verband tussen de grootheden is dan
een lineair verband (als de punten bijna op een recht lijn liggen teken je de lijn met een liniaal).
Als de lijn ook nog door de oorsprong gaat, zijn de grootheden rechtevenredig. Dat betekent dat als
de ene grootheid n-maal zo groot wordt, wordt de andere grootheid ook n-maal zo groot en
omgekeerd.
Les 4.1: sensoren
Een sensor meet een grootheid en zet deze om in een signaal dat wordt weergegeven of tot actie
leidt.
Input sensor (black box, kastje waar sensor in zit)
Soorten signalen:
- Analoog (klok met wijzers)
- Digitaal (discreet, precies)
Les 4.1: sensoren
Na deze les kun je:
uitleggen wat een sensor is en welke eigenschappen een goede sensor moet hebben;
beschrijven welke typen sensoren er bestaan, wat deze meten en hoe deze kunnen
worden ingezet in de huiselijke situatie;
eenvoudige praktische vraagstukken met betrekking tot gebruik van sensoren in
de huissituatie oplossen;
Voorbereiding:
Een sensor is een instrument dat een gemeten grootheid (input) omzet in outputsignaal. Het
outputsignaal kan op zijn beurt weer leiden tot een handeling of actie via een actuator. Een sensor
kan daardoor worden vergeleken met een zintuig.
Een sensorsysteem kan je dus opdelen in:
1. input
2. sensor
3. outputsignaal
4. actuator
Een sensorsysteem kun je gebruiken om iets te meten, zoals in het voorbeeld van de thermometer
en de gassensor. We spreken van een meetsysteem.
Input sensor output actuator.
Je kunt het ook inpassen als onderdeel van een controlesysteem. Bij een controlesysteem wordt de
input continu gemeten en bijgesteld. De output van de sensor bepaalt daarbij hoe de te meten
grootheid wordt aangepast door de actuator.
Je kunt hierbij bijvoorbeeld denken aan een thermostaat: de thermometer (sensor) in de
thermostaat meet de temperatuur (input) en zet deze om in een digitale waarde (output). Ligt deze
waarde onder de ingestelde temperatuur dan zal de sensor een signaal naar de CV-ketel (actuator)
sturen om te gaan stoken. Hierdoor neemt de temperatuur in huis toe. De toegenomen temperatuur
wordt vervolgens weer waargenomen door de sensor en kan weer tot nieuwe aanpassingen leiden.
Deze termen beschrijven de kwaliteit van toepasbaarheid van een sensor:
- gevoeligheid (sensitiviteit)
- herhaalbaarheid/ reproduceerbaarheid
- respons-tijd
- levensduur
- bereik
- uitwisselbaarheid
- selectiviteit
- drift
Hoofdstuk 1 van natuurkunde:
Het onderzoeken van de natuur gebeurt in de natuurwetenschappen. Vakken als biologie,
natuurkunde en scheikunde vallen onder de natuurwetenschappen:
- de biologie onderzoekt alles wat leeft in de natuur, zoals bacteriën, planten, dieren en
mensen de natuur zonder leven wordt onderzocht door de natuurkunde en de scheikunde.
, - De scheikunde of chemie onderzoekt veranderingen in de natuur die blijvend zijn een
voorbeeld van een scheikundig proces is het verbranden van een stof. Van de as van
verbrand papier kun je niet opnieuw papier maken
- De natuurkunde of fysica onderzoekt veranderingen die niet blijvend zijn. Een voorbeeld van
een natuurkundig proces is het bewegen van een elektromotor. Je kunt de motor
aanschakelen, maar ook weer uitzetten.
Bij kwantitatief onderzoek meet je hoeveelheid of aantallen. Belangrijk is dat je eerlijk onderzoek
doet. Bij eerlijk onderzoek verander je maar één ding. Wat je verandert, is je ingestelde variabele,
wat je vervolgens meet is je gemeten variabele.
Veel toepassingen ontstaan via een proces dat we ontwerpen noemen. Ontwerpen doe je om een
probleem op te lossen. Een voorbeeld: de verlichting van een fiets vereist extra zwaar trappen
vanwege de dynamo. Het ontwerpproces kun je in vijf stappen verdelen:
1. Het probleem omschrijven en eisen aan de oplossing formuleren
2. Zo veel mogelijk verschillende oplossingen bedenken
3. Het beste ontwerp kiezen
4. Een prototype (of model) van je ontwerp maken
5. Je prototype testen en zonodig verbeteren
Bij een onderzoek meet je vaak de grootte of waarde van iets.
- Iets wat je meet is de grootheid; lengte tijd en temperatuur
- Om een grootheid te kunnen meten, moet je en maat hebben waarin je de grootheid
uitdrukt. Deze maat is je eenheid; meter, seconde en graad Celsius.
Internationaal zijn er afspraken gemaakt over de eenheden die we bij verschilende grootheden
gebruiken. Dit samenhangende stelsel van eenheden heet het SI-stelsel (systeme international).
In de natuurwetenschappen kun je door te meten bij een grootheid bepalen hoeveel eenheden de
grootheid bevat. Dat levert een getal op. Dat getal is de waarde van de meting.
Meetinstrumenten kun je verdelen in analoge en digitale instrumenten. Een analoog meetinstrument
is een instrument waarin een wijzer of iets dergelijks een aanwijzing geeft op een schaalverdeling.
Een digitaal meetinstrument geeft een getal weer.
Een serie metingen geef je weer in een tabel. In een tabel zet je de boven elke kolom de grootheid en
(tussen haakjes) de eenheid, kan ook in grafiek of diagram. Het verband tussen de grootheden is dan
een lineair verband (als de punten bijna op een recht lijn liggen teken je de lijn met een liniaal).
Als de lijn ook nog door de oorsprong gaat, zijn de grootheden rechtevenredig. Dat betekent dat als
de ene grootheid n-maal zo groot wordt, wordt de andere grootheid ook n-maal zo groot en
omgekeerd.
Les 4.1: sensoren
Een sensor meet een grootheid en zet deze om in een signaal dat wordt weergegeven of tot actie
leidt.
Input sensor (black box, kastje waar sensor in zit)
Soorten signalen:
- Analoog (klok met wijzers)
- Digitaal (discreet, precies)
