Was ist ein Näherungssensoren?
Ein Näherungssensor ist ein Sensor, der die Kontaktstelle ein- bzw. ausschaltet, wenn das zu erfassende Objekt o. Ä. in die Nähe kommt, ohne dass ein physischer Kontakt besteht. Im Gegensatz zu mechanischen Schaltern zeichnen sich Näherungssensoren dadurch aus, dass sie keinen physischen Kontakt mit dem zu erfassenden Objekt herstellen, um den Kontaktpunkt ein- oder auszuschalten.
Bei Näherungssensoren gibt es im Wesentlichen drei Erfassungsmethoden: induktiv, kapazitiv und magnetisch. Diese Erkennungsmethoden ermöglichen eine Erkennung ohne Kontakt mit dem zu erkennenden Objekt. Näherungssensoren sind berührungslos und können daher ohne Gefahr der Beschädigung oder Abnutzung des zu erfassenden Objekts eingesetzt werden.
Einsatzgebiete von Näherungssensoren
Näherungssensoren werden eingesetzt, um die An- oder Abwesenheit von Werkstücken und deren Positionierung in verschiedenen Produktionsbereichen zu erkennen. Denn Näherungssensoren zeichnen sich in der Regel durch berührungslose und relativ kurze Tastabstände bei der Erfassung von metallischen und nichtmetallischen Objekten aus.
Kapazitive Näherungssensoren werden dagegen auch eingesetzt, wenn es beispielsweise darum geht, die Menge einer Flüssigkeit oder eines Pulvers in einem Tank zu erfassen oder eine Flüssigkeit durch ein Sprühgerät abzugeben. Dies liegt daran, dass kapazitive Näherungssensoren sowohl Flüssigkeiten und Pulver als auch Metalle und Nichtmetalle erkennen können, im Gegensatz zu den Personen, die induktive und magnetische Näherungssensoren vorwiegend erfassen.
Arten von Näherungssensoren
Näherungssensoren sind Sensoren, die das zu erfassende Objekt nicht berühren. Wenn sich das zu erfassende Objekt dem Näherungssensor nähert, gibt es Energie ab, die je nach Sensortyp auf unterschiedliche Weise erfasst wird.
Näherungssensoren können Objekte erkennen, indem sie die zu diesem Zeitpunkt reflektierte Energieänderung in ein elektrisches Signal umwandeln. Näherungssensoren lassen sich daher je nach Erfassungsmethode grob in drei Haupttypen einteilen.
1. Induktive Näherungssensoren
Bei induktiven Näherungssensoren werden Magnetfelder und induzierte Ströme zur Erkennung von Objekten verwendet. In der Erfassungsspule des Näherungssensors wird ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt.
Kommt ein metallisches Objekt wie Eisen, Kupfer, Aluminium oder Messing in die Nähe dieses Magnetfeldes, wird durch elektromagnetische Induktion ein induzierter Strom erzeugt. Aufgrund des Widerstands des metallischen Erfassungsobjekts kommt es dann zu einem Energieverlust. Induktive Näherungssensoren erfassen die durch diesen Strom verursachten Änderungen der Impedanz der Sensorspule.
2. Magnetische Näherungssensoren
Magnetische Näherungssensoren nutzen die Kraft eines Magneten, um Objekte zu erkennen. Das Sensorelement eines magnetischen Näherungssensors besteht aus einem Magneten und einem Reedschalter.
Wenn sich ein Magnet oder ein ferromagnetisches Objekt der Erfassungseinheit des Sensors nähert, öffnet und schließt sich der Reedschalter des magnetischen Näherungssensors und erfasst so das Objekt.
3. Kapazitive Näherungssensoren
Kapazitive Näherungssensoren nutzen Kapazitätsänderungen, um Objekte zu erkennen. Der Sensorteil eines kapazitiven Näherungssensors ist mit einer Messelektrode ausgestattet.
Die Kapazitätsänderung zwischen der Elektrode und dem zu erkennenden Objekt tritt auf, wenn sich das zu erkennende Objekt der Messelektrode nähert. Kapazitive Näherungssensoren können Flüssigkeiten und Pulver sowie Metalle und Nichtmetalle erkennen, indem sie die erzeugte Kapazitätsänderung erfassen.
Weitere Informationen über Näherungssensoren
1. Fehlfunktionen von Näherungssensoren
Bei der Verwendung von Näherungssensoren können verschiedene Fehlfunktionen auftreten, z. B. dass das erkannte Objekt nicht richtig erkannt wird oder dass es nicht aus dem erkannten Zustand zurückkehrt. Ein besonderes Problem, das in den letzten Jahren zugenommen hat, sind Fehlfunktionen von Näherungssensoren in Smartphones.
Viele Smartphones sind so konzipiert, dass sich der Bildschirm ausschaltet, wenn das Telefon bei der Annahme eines Anrufs nahe ans Ohr gehalten wird. Der Näherungssensor ermöglicht das Ausschalten des Bildschirms. Der Grund dafür ist, dass der Näherungssensor die Nähe eines erkennbaren Objekts (in diesem Fall das Gesicht oder das Ohr einer Person) erkennt. Bei einer Fehlfunktion des Näherungssensors schaltet sich der Bildschirm daher auch dann nicht aus, wenn sich das Gesicht in der Nähe befindet oder wenn das Telefon nicht telefoniert.
Spezifische Ursachen für eine Fehlfunktion des Näherungssensors sind
- Schmutz oder Ablagerungen im Sensorbereich
- Klappern bei der Ausgabe
- Einfluss von umgebendem Metall
- Starke Erschütterungen
- Fehlerhafte Verdrahtung
Näherungssensoren zeichnen sich dadurch aus, dass der Sensorteil leicht von der Umgebung beeinflusst werden kann. Aus diesem Grund muss der Sensorteil des Näherungssensors sicher und sauber gehalten werden und frei von Fremdkörpern sein. Auch Geräusche, wie z. B. Rattergeräusche, können sich nachteilig auswirken, weshalb Maßnahmen wie eine gründliche Erdung oder das Einsetzen von Isolatoren bei der Verkabelung erforderlich sind.
2. Erfassungsbereich von Näherungssensoren
Der “Erfassungsabstand” eines Näherungssensors ist der Abstand zwischen der Referenzposition und der Signalerfassung, wenn das erfasste Objekt in einer bestimmten Weise und unter bestimmten Bedingungen bewegt wird. Seine Länge variiert je nach Spezifikation, wobei einige der längsten Werte bis zu 30 mm betragen.
Die Umgebung, in der Näherungssensoren eingesetzt werden, ist jedoch nicht immer ideal. Beispielsweise können Näherungssensoren, die an Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, durch umgebendes Metall, Späne, Kühlmittel usw. beeinträchtigt werden. Der Erfassungsabstand kann auch durch den Einfluss von Temperatur und Spannung in der Umgebung des Näherungssensors verringert werden.
Der “Einstellabstand” ist der Abstand, bei dem der Näherungssensor unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen stabil eingesetzt werden kann. Der Einstellabstand wird in der Regel mit 70-80 % des Erfassungsabstands angegeben. Bei der Auswahl von Näherungssensoren müssen der für die Objekterkennung erforderliche Erfassungsabstand und die Umgebung, in der sie installiert werden sollen, berücksichtigt werden.