Funktionsweise von induktiven Sensoren
Induktive Sensoren erfassen metallische Objekte berührungslos und messen den Abstand zwischen Sensor und Messobjekt durch elektromagnetische Induktion. Dazu wird ein Strom durch eine Spule geleitet, wodurch ein elektromagnetisches Feld um die Spule erzeugt wird. Nähert sich ein elektrisch leitfähiges Objekt wie beispielsweise Stahl oder Aluminium dem Magnetfeld, wird dieses verändert. Der induktive Sensor erkennt die Änderung des Magnetfeldes und wertet diese aus, um festzustellen, ob sich ein metallischer Gegenstand in der Nähe befindet oder nicht.
Verschiedene Schaltausgänge
Am digitalen Schaltausgang liegt ein Signal an sobald der Sensor ein elektrisch leitendes Objekt erkannt hat. Über einen Analogausgang kann die Entfernung als proportionales Spannungssignal ausgegeben werden – entweder als Stromwert von 4 mA … 20 mA oder als Spannungswert von 0 V … 10 V. Bei induktiven Sensoren, die über eine IO-Link Schnittstelle verfügen, sind die Schaltausgänge (NPN, PNP oder Gegentakt) als Öffner oder Schließer sowie die Schaltabstände konfigurierbar.
Schaltabstände bei induktiven Sensoren
Der Schaltabstand ist der Abstand, bei dem eine Norm-Messplatte, die sich der aktiven Fläche des induktiven Sensors nähert, einen Signalwechsel bewirkt. Die Norm-Messplatte ist eine geerdete, quadratische Platte aus Stahl mit einer Dicke von d = 1 mm. Bewegt sich ein Objekt von der aktiven Fläche weg, bleibt der Sensor länger geschalten. Im Gegensatz schaltet der Sensor kürzer, wenn sich das Objekt auf die aktive Fläche zubewegt. Die Differenz zwischen dem Ein- und Ausschaltpunkt in Prozent bezogen auf den Schaltabstand wird als Schalthysterese bezeichnet. Der Schaltabstand wird weiter in die Größen Nennschaltabstand (Sn), Realschaltabstand (Sr), Nutzschaltabstand (Su) und Arbeitsabstand (Sa) unterteilt.
Korrekturfaktor 1
Einfluss von verschiedenen Materialien auf den Schaltabstand
Der Korrekturfaktor eines induktiven Sensors bezieht sich auf den angegebenen Schaltabstand für ein Objekt aus Stahl (EN 60947-5-2). Soll ein Objekt aus einem anderen Werkstoff detektiert werden, muss der Schaltabstand um den angegebenen Korrekturfaktor angepasst werden. Induktive Sensoren mit Korrekturfaktor 1 weisen für alle Metalle den gleichen Schaltabstand auf. Der Korrekturfaktor 1 ist von großer Bedeutung in Anwendungen, bei denen das Material des zu erfassenden Objektes variieren kann. Bei induktiven Sensoren ist der Korrekturfaktor im Datenblatt angegeben.
Schaltfrequenz bei induktiven Sensoren
Die Schaltfrequenz entspricht der maximal möglichen Anzahl von Schaltvorgängen pro Sekunde, wenn der Abstand zwischen den zu erfassenden Objekten gleich der Größe des einzelnen Objektes in Hertz (Hz) ist, das heißt bei einem Tastverhältnis von 1:2.
Einbausituationen induktiver Sensoren
Induktive Sensoren werden in einer Vielzahl an Anwendungsbereichen eingesetzt und ermöglichen eine zuverlässige Detektion kleinster Teile sowie eine sichere Erkennung von Endpositionen. Da die induktiven Sensoren auf elektrisch leitfähige Objekte und Materialien reagieren, muss beim Einbau genügend Abstand zu metallischen Objekten eingehalten werden, um ein ungewolltes Schalten des Sensors zu vermeiden. Die Einbaubedingungen sind dem Datenblatt des jeweiligen Sensors zu entnehmen.
Bündige Sensoren
Bündige Sensoren können ohne Überstand in elektrisch leitende Materialien montiert werden, da sie einen Metallring um den Sensorkopf haben, der den Sensor vor Einflüssen durch das umliegende Material schützt. Diese Abschirmung bewirkt eine Reduktion des elektromagnetischen Feldes und somit einen geringeren Schaltabstand. Der bündige Einbau schützt den Sensor vor Beschädigungen und verhindert, dass vorbeifahrende Objekte am Sensor hängen bleiben. Dadurch eignen sie sich besonders für enge Einbausituationen.
Nicht bündige Sensoren
Bei nicht bündigen Sensoren ist die aktive Fläche nicht von einem Metallgehäuse umgeben. Dadurch wird das erzeugte Magnetfeld nicht durch das Gehäuse abgeschirmt und es kann sich ein größeres Feld aufbauen. Induktive Sensoren mit nicht bündigem Einbau haben den größten Schaltabstand, stehen jedoch deutlich aus der umgebenden Fläche hervor. Der bündige Einbau von diesen Sensoren ist nur in Materialien möglich, die nicht leitend sind.
weproTec und Alternativfrequenz
weproTec ist die Abkürzung für wenglor proximity switch technology, eine von wenglor patentierte Technologie für induktive Sensoren. Induktive Sensoren mit weproTec können sehr nah nebeneinander oder gegenüberliegend im Abstandsbereich B1 montiert werden. In diesem Bereich beeinflussen sich die Sensoren gegenseitig nicht. Dies wird erreicht, indem sich die Sensoren miteinander synchronisieren und zeitversetzt zueinander pulsen.
Alternativfrequenz ist eine einfachere Form der weproTec-Technologie, bei der eine alternative Arbeitsfrequenz parametriert werden kann. Dadurch stören sich zwei Sensoren in unmittelbarer Nähe nicht gegenseitig, wenn bei einem die Alternativfrequenz aktiviert ist und beim anderen nicht aktiviert ist. Sie arbeiten jeweils mit einer anderen Arbeitsfrequenz.
Übersicht der induktiven Sensoren
Unterschied zwischen induktiven Sensoren und optoelektronischen Sensoren
Sowohl induktive Sensoren als auch optoelektronische Sensoren ermöglichen dank ihrer unterschiedlichen Funktionsprinzipien und damit einhergehenden Vorteilen eine breite Einsatzvielfalt, die den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht wird.
