Für alle Entscheidungsprozesse muss man die Informationen über den Zustand des Systems, seiner Umgebung und Außenbedingungen kennen. Diese Informationen werden einem Menschen durch seine Sinne vermittelt. In der technischen Praxis besorgen dies Fühler der physikalischen Größen, die als Wandler oder Sensoren bezeichnet werden. Sie messen eine gewisse physikalische oder technische Größe und wandeln sie in ein Signal um. Der physische Träger der Information überträgt sie über größere Entfernungen. Diese Informationen werden dann in Mess- und Steuersystemen weiter verarbeitet und ausgewertet, die dann mit einem anderen Signal Aktoren aktivieren. Der Träger eines solchen Signals kann ein Feststoff (ein mechanischer Teil), Gas, Flüssigkeit, aber am häufigsten ein elektrisches Signal sein, das am besten verarbeitet und über große Entfernungen übertragen werden kann.
Ein Sensor ist im Prinzip ein Messgerät, das die Messgröße entweder in eine logische Eins oder eine logische Null oder in eine entsprechende elektrische Größe umwandelt.
Wichtige Parameter der Sensoren sind Empfindlichkeit und Messumfang. Sensoren müssen so entworfen werden, dass sie die Messgrößen selbst nicht beeinflussen. Sie werden immer kleiner ausgeführt und besitzen eine höhere Empfindlichkeit. Der technologische Fortschritt ermöglicht die Herstellung mikroskopischer Sensoren, wie Mikrosensoren mittels der MEMS-Technologie (engl. MicroElectroMechanical Systems). Meistens erzielen Mikrosensoren eine viel höhere Geschwindigkeit und Empfindlichkeit im Vergleich zu makroskopischen Sensoren. Neu sind auch die mittels der NEMS-Technologie (engl. NanoElectroMechanical Systems) hergestellten Sensoren.
In Gebäuden werden Sensoren verwendet, welche Eingangsinformationen für den logischen Kreis oder endlichen Automaten sicherstellen. Es handelt sich im Wesentlichen um:
In Gebäuden werden auch Sensoren eingesetzt, welche die ermittelte physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandeln. Dieses Signal stellt dann einen Eingang für Regler dar. Gemäß dem physikalischen Messprinzip gibt es die folgenden Typen der Sensoren:
Der elektrische Widerstand aller Stoffe ändert sich abhängig von der Temperatur. Dieses Prinzip wird zur Temperaturmessung mit einem Widerstandsthermometer genutzt. Weil ein Widerstandsthermometer ein passives Mitglied des elektrischen Kreises ist, soll er an eine Spannungsquelle angeschlossen werden.
Der Widerstandsthermometer ist im Prinzip ein Draht- oder Schichtwiderstand. Die geeigneten Materialien für die Herstellung von Widerstandsthermometern sind Nickel (Ni) oder Platin (Pt). Die Kennzeichnung des Widerstandthermometers besteht aus dem entsprechenden chemischen Symbol und einer Nummer, z. B. Pt100 bedeutet, dass es sich um einen Platin-Sensor handelt, der bei 0°C den elektrischen Widerstand von 100 Ω hat.
Die Änderung des elektrischen Widerstandes ist bei diesen Metallen direkt proportional zur Temperatur. Im Fall des Platins entspricht die Änderung der Temperatur von 3°C der Änderung des Widerstandes um 1 Ω. Im Fall des Nickels ist die Änderung doppelt, d. h. die Änderung der Temperatur von 3°C entspricht der Änderung des Widerstandes um 2 Ω. Der Anwendungsbereich für Platinthermometer reicht von -220 °C bis 900 °C und für Nickelthermometer von -60 °C bis 180 °C.
Der thermoelektrische Effekt nutzt die thermoelektrische Spannung, die durch Umwandlung der Wärme an der Stelle der Verbindung von zwei Metallen entsteht. Diese Verbindung von zwei unterschiedlichen Metallen wird als Thermoelement bezeichnet und es handelt sich um einen aktiven Sensor (er ist selbst eine Spannungsquelle).
Die zwei Metalle sind entweder Eisen (Fe) - Konstantan (Legierung von üblicherweise 55 % Kupfer und 45 % Nickel) für die Temperaturmessung von -220°C bis 750°C oder Platin (Pt) – Rhodium (Rh) für die Temperaturmessung von 0°C bis 1 600°C. Wegen des großen Messbereiches und der Möglichkeit der Messung von hohen Temperaturen finden Thermoelemente ihre Anwendung bei der Temperaturmessung in Kraftwerk-Brennkammern. Weil die erzeugte Spannung sehr gering ist (in der Größenordnung von einigen μV/K), wird ein Verstärker verwendet.
Wenn kein weiteres Thermoelement verwendet wird, wird der Sensor mit Leitern aus dem gleichen Material und der Kompensationswiderstand in den Kreis angeschlossen.
Zur Messung wird die Vergleichseinheit angewendet. Es handelt sich um ein zweites Thermoelement, das umgekehrt angeschlossen und im Raum mit der Referenztemperatur (z. B. 20°C) angeordnet wird. Dann wird der Unterschied zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur der gemessenen Stelle festgestellt. Weiter werden ein Verstärker und ein Wandler der Spannung in Strom angeschlossen (siehe Abb. 6.1).
Es handelt sich wieder um die Messung des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur, aber in diesem Fall werden Halbleitermaterialien verwendet. Der Anwendungsbereich liegt zwischen -50°C und 180°C. Diese Sensoren werden als Thermistoren bezeichnet. Es gibt zwei Typen: NTC (engl. negative temperature coefficient) und PTC (engl. positive temperature coefficient). NTC-Thermistoren, die aus einem dotierten Halbleiter hergestellt werden, haben einen negativen Trend der Charakteristik - dies bedeutet, dass ihr elektrischer Widerstand mit der steigenden Temperatur sinkt. PTC-Thermistoren, die aus reinem Silizium hergestellt werden, haben im Gegenteil dazu einen positiven Trend der Charakteristik - ihr elektrischer Widerstand steigt mit der steigenden Temperatur.
Der Vorteil solcher Sensoren besteht in der schnelleren Reaktion auf eine Änderung und in der (etwa 20mal) höheren Empfindlichkeit im Vergleich zu Sensoren der Widerstandsthermometer.
Die Messergebnisse werden von der Anordnung des Sensors stark beeinflusst. Auch hängt die Temperaturmessung vom Typ des Mediums ab. Vor allem muss sich man bewusst werden, dass die Messung nicht von den vielen Außenbedingungen beeinflusst werden darf. Es handelt sich z. B. um eine Abkühlung des Thermometers, um den Einfluss durch Sonnenschein und um ungeeignete Platzierung in der Strömung des Mediums usw.
Geräte zur Druckmessung werden als Manometer bezeichnet. Sie stellen den Druck indirekt fest - den Druck wird in Kraft umwandelt. Diese Kraft führt zur Verschiebung der Messflüssigkeit oder Verformung des flexiblen Elementes. Bei dem flexiblen Element kann die Änderung seiner elektrischen oder optischen Eigenschaften oder seine relative Verschiebung gemessen werden. Die Größe des Drucks entspricht dann der Änderung der Position oder der Verformung des flexiblen Elementes.
Zurzeit wird Druck am häufigsten mittels Verformung einer Membrane gemessen, die mit einem Dehnmessstreifen ausgestattet wird.