Näherungsschalter
Induktiver Näherungsschalter
Definition
Ein induktiver Näherungsschalter ist ein berührungsloser Sensor, der auf Metalle (elektrisch leitfähige Materialien) in seinem Messfeld reagiert. Das Grundprinzip dieser induktiven Sensoren besteht darin, dass die Induktivität oder ihre Qualität durch eine Änderung der Position in Bezug auf ein leitendes und/oder ferromagnetisches Teil verändert wird. Die Induktivität der Spule hängt vom Quadrat der Windungszahl und dem magnetischen Widerstand des Kreises ab, wie die folgende Formel zeigt: L=N^2/Rm .Wobei L ist die Induktivität, Rm der Widerstand des magnetischen Kreises und N die Windungszahl. Die Abbildung 1 zeigt einen Überblick über einen induktiven Näherungsschalter, der für das Projekt Ampel-Demonstrator Erweiterung verwendet wurde
Aufbau und Funktionsweise
Aufbau
Der induktive Sensor besteht aus den folgenden Komponenten:
• Die Spule
• Ferritkern
• Oszillator
• Komparator
• Endstufe
Die Spule und der Ferritkern bilden einen LC-Schaltkreis. Wenn dieser LC-Schwingkreis von einem Oszillator gespeist wird, erzeugt er ein Magnetfeld. Abbildung 2 zeigt, wie der induktive Sensor aufgebaut ist.
Funktionsweise
Die Funktionsweise des Sensors beruht auf dem Induktionsgesetz. Da an der Spule ein magnetisches Feld erzeugt wird, beobachtet man auch einen magnetischen Fluss ᴪ. Der magnetische Fluss ᴪ ist das Skalarprodukt aus der magnetischen Feldstärke B und der Oberfläche A. Mathematisch kann man es auch in dieser Form schreiben ᴪ =B×A×cosα .Wobei α der Winkel zwischen B und A ist. Wenn man also ein Metall in die Nähe des aktiven Bereichs des Sensors bringt, beobachtet man eine Deformation des magnetischen Feldes. Diese Deformation bzw. das Bedämpfen führt zur Erzeugung einer elektrischen Spannung Ui, die als induzierte Spannung bezeichnet wird, gemäß der Formel: Ui= - dᴪ/dt Durch die Veränderung des Magnetfeldes erfährt die Spule eine Impedanzänderung. Ist das Bedämpfen bzw. die Deformation so groß, dass die Schwingungsamplitude einen gewissen Wert überschreitet, spricht ein Komparator an und gibt über die Endstufe ein Ausgangssignal aus.
Kapazitiver Näherungsschalter
Definition
Kapazitive Näherungssensoren (KAS) sind berührungslose Schalter. Sie erkennen leitfähige und nicht leitfähige Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Holz, Flüssigkeiten, Pasten und Schüttgut. Es ist sogar möglich, Messungen durch nichtleitende Materialien hindurch durchzuführen. So ist es z. B. möglich, Flüssigkeiten durch Kunststoffwände hindurch zu erkennen. Der Kondensator bildet die technische Grundlage für die Funktionsweise kapazitiver Sensoren.Sie arbeiten wie die induktiven Sensoren berührungslos, kontaktlos und rückwirkungsfrei.