Moderne Automatisierungssysteme sind heute ohne fortschrittliche Näherungssensoren kaum noch vorstellbar. Solche Elemente spielen in vielen Geräten eine Schlüsselrolle, und ihr Einsatz wird nur durch den Einfallsreichtum der Ingenieure begrenzt. Näherungssensoren gibt es in verschiedenen Typen, darunter induktive Sensoren, Laser- und optische Sensoren, Ultraschallsensoren, Magnetsensoren und kapazitive Sensoren. Was sind ihre Eigenschaften und welche Anwendungen gibt es? Informieren Sie sich!
In diesem Artikel erfahren Sie:
- Wie funktioniert ein Näherungssensor?
- Wie funktionieren induktive Sensoren?
- Wie funktionieren Laser- und optische Sensoren?
- Wie funktionieren Ultraschallsensoren?
- Wie funktionieren Magnetsensoren?
- Wie funktionieren kapazitive Sensoren?
Wofür werden Näherungssensoren verwendet?
Das 21. Jahrhundert ist nicht nur von einer rasanten Entwicklung der Computer und IT geprägt, sondern auch von der Automatisierung. Immer fortschrittlichere Geräte benötigen jedoch immer mehr verschiedene Sensortypen. Darunter finden sich sowohl einfache Sensoren , deren Hauptaufgabe die Anwesenheitsanzeige ist, als auch hochentwickelte Sensoren zur Verarbeitung dreidimensionaler Bilder. In der Automatisierung werden jedoch am häufigsten Näherungssensoren eingesetzt. Wozu dienen sie? Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Anwesenheit eines Objekts berührungslos zu signalisieren. Die gängigsten Arten von Näherungssensoren sind unten aufgeführt.
Näherungssensoren bei Onninen
Induktive Sensoren
Die ersten Modelle solcher Sensoren erschienen in den 1960er Jahren und zählen bis heute zu den beliebtesten in Automatisierungssystemen. Solche induktiven Sensoren (z. B. Truck BI2-EG08-AN6X-V1131) eignen sich ideal, wenn ein Metallelement in sehr geringer Entfernung vom Sensor erfasst werden muss. Induktive Näherungssensoren unterscheiden sich in Gehäuse und Typ. Der Aufbau eines jeden induktiven Sensors besteht jedoch aus folgenden Teilen:
- Spule,
- Oszillator,
- Detektionsschaltungen,
- Ausgangsschaltungen.
Wie funktioniert ein induktiver Näherungssensor? Bei solchen Sensoren wird ein von einem Oszillator erzeugter Wechselstrom durch eine Spule geleitet, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird. Die Einbaurichtung der Spule bestimmt die Position der aktiven Sensorfläche. Trifft ein Metallgegenstand auf das Erfassungsfeld des Sensors, erzeugt er ein Magnetfeld, das dem von der Spule erzeugten Feld entgegengerichtet ist. Dadurch verringert sich die Amplitude der Schwingungen, was von der Erfassungsschaltung erkannt wird. Dadurch werden die Ausgangsschaltungen aktiviert. Näherungssensoren dieser Art werden vor allem im Industriebereich eingesetzt.
Die Gehäuse induktiver Sensoren können sehr unterschiedlich sein, am beliebtesten und am häufigsten gekauft sind jedoch zylindrische Sensoren (z. B. XSAV11373 SCHNEIDER). Induktive Näherungssensoren können verschiedene Metallarten erkennen.
Bei der Auswahl eines induktiven Sensors sollten Sie auf folgende Parameter achten:
- Sensorreichweite – wird üblicherweise als maximale Reichweite des induktiven Sensors angegeben. Sie hängt davon ab, aus welchem Metall das erkannte Objekt besteht.
- Hysterese – meist als Prozentwert angegeben und in der Sensorbereichsfunktion enthalten. Dies ist die Entfernungsdifferenz, auf die der induktive Sensor beim Annähern oder Entfernen von der Sensorfläche reagiert. Der Hysteresewert hängt hauptsächlich von Typ und Größe des Sensors ab und überschreitet in der Regel nicht 20 % des Messbereichs.
- Materialfaktor (Reichweitenreduzierung) – Für diesen Sensortyp wird eine Skala von Materialfaktorwerten verwendet. Sie bestimmt die ungefähre Reichweite des induktiven Sensors für ein bestimmtes Material.
- Sensorfläche – Der Aufbau der Sensorfläche ist ebenfalls sehr wichtig. Er bestimmt, ob die Sensorreichweite größer oder kleiner ist. Die eingebaute Fläche eines induktiven Näherungssensors hat in der Regel eine kürzere Reichweite, dafür aber einen präziseren Anschlusspunkt. Ungebaute Sensorflächen hingegen haben eine größere Reichweite, dafür aber einen weniger präzisen Anschlusspunkt.
- Schutzgrad (Zweck und Widerstandsfähigkeit des Sensors) – Definition der Bedingungen, unter denen und wo Näherungssensoren eingesetzt werden können.
Optische und Lasersensoren
Ein weiterer Typ von Näherungssensoren sind fotoelektrische Sensoren, deren Lichtquelle beispielsweise Laserdioden sind (z. B. Banner QS18VP6LAF). Hersteller setzen häufig auf Lichtstrahlmodulation, was Störungen und Energieverbrauch deutlich reduziert. Am häufigsten sind Laser-Näherungssensoren auf dem Markt, bei denen der Sender mit der Lichtquelle kombiniert ist, es gibt jedoch auch Modelle mit separaten Modulen. Dank Lasersensoren können selbst sehr kleine Objekte und deren minimale Bewegungen erkannt werden. Diese Sensoren reagieren sofort und zeichnen sich durch eine sehr große Reichweite aus. Die hohe Empfindlichkeit von Lasersensoren gegenüber Verschmutzung kann jedoch ein Problem darstellen. Auf dem Markt sind Lasersensoren erhältlich, die direkte Reflexion vom Objekt, Reflexion von einem Reflektor am Objekt (das Objekt wird erkannt, wenn es den emittierten Lichtstrahl verdeckt) oder Reflexion von polarisiertem Licht (es reagiert nur auf einen Strahl aus einer vorher festgelegten Richtung, die übrigen Strahlen werden ignoriert) nutzen. Einige Modelle arbeiten mit sogenannten Barrieren (getrennter Sender und Empfänger). Die Objekterkennung erfolgt, wenn dieses den Strahl zwischen zwei Modulen unterbricht. Auf dem Markt sind auch optische Sensoren erhältlich, die anstelle einer Laserdiode LED-Dioden verwenden (z. B. XUX1ARCNT16 SCHNEIDER). Das Funktionsprinzip des optischen Sensors ähnelt dem der Laserversion.
Ultraschall-Näherungssensoren
Ultraschallsensoren sind definitiv eine jüngere Lösung, mindestens 30 Jahre jünger als optische oder induktive Sensoren. Bei Ultraschallsensoren (z. B. Banner QS18UPAQ8) wird eine Ultraschallwelle in Richtung der zu erfassenden Objekte ausgesendet. Trifft diese Welle auf das Objekt, wird sie von diesem reflektiert und kehrt zum Sensor zurück. Das Problem dabei ist jedoch, dass Ultraschall auch von Objekten reflektiert werden kann, die nicht Gegenstand der Messung sind (z. B. Maschinengehäuse). Um die Messung nicht zu verfälschen, wird daher die Zeit zwischen Aussenden und Empfangen der Welle gezählt. Ist diese Zeit kürzer als angenommen, betrachtet der Sensor das Objekt als erfasst; ist sie länger, erfolgte die Reflexion von der Maschine oder Wand. Ultraschall-Näherungssensoren haben viele Vorteile, darunter Unempfindlichkeit gegenüber starker Verschmutzung, Einsatzfähigkeit in Flüssigkeiten und Erkennung unterschiedlichster Objektarten.
Magnetische Näherungssensoren
Magnetsensoren (z. B. Electronic MZ070186) gehören zu den einfachsten Näherungssensoren. Ihr Funktionsprinzip basiert auf der Steuerung von Kontakten unter dem Einfluss eines Magnetfelds, dessen Quelle ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet sein kann. Je nach Sensormodell können die Kontakte für die Leitung kleiner Ströme oder großer induktiver Lasten ausgelegt sein. Im Gegensatz zu anderen Näherungssensoren zeichnen sich Magnetsensoren durch einen einfachen Aufbau aus; es gibt keine ausfallgefährdete Elektronik. Da sich Magnetsensoren durch eine hohe Beständigkeit gegen Staub, hohe Temperaturen und magnetische Vibrationen auszeichnen, können sie auch unter schwierigen Betriebsbedingungen eingesetzt werden.
Solche Näherungssensoren zeichnen sich zudem durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Überlastungen und Überspannungen aus und können in verschiedenen Automatisierungssystemen (z. B. für pneumatische Antriebe) eingesetzt werden. Allerdings muss man mit der geringen Empfindlichkeit solcher Sensoren und der Notwendigkeit des Einsatzes von Magneten oder Elektromagneten rechnen.
Kapazitive Näherungssensoren
Kapazitive Sensoren (z. B. L80. CDWM3020ZPM SELS) können sowohl metallische Objekte als auch andere Arten von Hindernissen (Wasser, Holz, Kunststoff usw.) erkennen. Insbesondere die Fähigkeit, Kunststoffobjekte zu erkennen, macht kapazitive Sensoren in Verpackungsmaschinen beliebt, sie werden aber auch beispielsweise eingesetzt, um zu erkennen, wenn ein Tank mit Flüssigkeit gefüllt wird usw. Dieser Sensortyp funktioniert, indem er die Kapazitätsänderung zwischen Objekt und Sensor misst. Dadurch entsteht ein Kondensator, dessen Kapazität vom Abstand zwischen Objekt und Sensor abhängt. Erscheint ein Objekt im Erfassungsfeld, erhöht sich die Kapazität des Kondensators, was dem Oszillator ein Signal zum Arbeiten gibt. Ob die Frequenz abfällt oder zunimmt, erkennt die Erfassungsschaltung und startet den Verstärker, der die Relaiskontakte versorgt.
Ein großer Vorteil kapazitiver Sensoren ist die einfache Einstellung ihrer Empfindlichkeit (Arbeitsabstand). Diese hängt von der Größe des Sensors sowie dem Material des zu erfassenden Objekts ab.
Darüber hinaus sind kapazitive Sensoren außergewöhnlich resistent gegen Störungen wie Staub, Aerosole in der Luft oder elektromagnetische Störungen. Aus diesem Grund werden kapazitive Näherungssensoren in verschiedenen Branchen eingesetzt – in der Lebensmittelindustrie, der Automobilindustrie sowie in der Lager- und tragbaren Technik.
Näherungssensoren im Onninen-Angebot
Auf dem Markt gibt es verschiedene Arten von Näherungssensoren, und die Hersteller konkurrieren um innovative Designlösungen. So können Sie ganz einfach den passenden Sensor für Ihr Automatisierungssystem auswählen und dessen Möglichkeiten voll ausschöpfen. Wählen Sie Näherungssensoren nach Ihren Wünschen. Zur Auswahl stehen kapazitive Sensoren, induktive Sensoren, Laser- oder optische Sensoren, Ultraschallsensoren und Magnetsensoren. Entdecken Sie das Sortiment an Näherungssensoren beim Elektrogroßhändler Onninen und wählen Sie das passende Produkt für Ihre Bedürfnisse!