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Funktionsweise induktiver Sensoren

Wie funktionieren induktive Sensoren?

Induktive Sensoren sind berührungslos wirkende Sensoren, die (leitende) metallische Objekte erkennen. Funktionsweise: Induktive Sensoren arbeiten auf Basis eines magnetischen Feldes, das sich frontseitig am Sensor in einem offenen Magnetkreis ausbildet. Das Erkennungsprinzip beruht auf der Bedämpfung (Abschwächung) des Magnetfeldes durch das angenäherte Metallobjekt. Die Amplitude des internen Schwingkreises wird durch die Bedämpfung reduziert bis eine Schaltschwelle erreicht wird und der Sensor ein Schaltsignal ausgibt.

Das Funktionsprinzip

Das Prinzip der induktiven Sensortechnik basiert auf einem elektromagnetischen Wechselfeld, das über eine Kupferspule erzeugt wird, die in einem offenen Schalenkern aus Ferrit eingebettet ist. Mit Hilfe eines Kondensators wird ein oszillierender Schwingkreis erzeugt. Durch ein elektrisch leitfähiges Metall, das sich in einer bestimmten Reichweite vor dem Sensor befindet, werden die Wirbelströme des Magnetfeldes stark abgeschwächt. Diese Veränderungen der Schwingungsamplitude werden durch den Sensor erkannt und der Sensor schaltet. Die Besonderheit bei bündig einbaubaren Sensoren liegt in einem zusätzlichen äußeren Metallring, der die Spule umfasst. Das Wechselfeld wird dadurch abgeschirmt und nach vorne hin gebündelt.

 

 

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Berücksichtigung von Freizonen

Als Freizonen bezeichnet man Bereiche, die um den Sensor herum von metallischen Werkstoffen freizuhalten sind, um die Funktionsweise des Gerätes nicht zu beeinträchtigen. Bei induktiven Sensoren ist eine Distanz zu einem metallischen Werkstoff vor der aktiven Fläche notwendig, die mindestens das Dreifache des Nennschaltabstandes beträgt. Der korrekte Einbau von nicht bündig einzubauenden Sensoren erfordert zudem, dass sich kein Störmaterial in einem Abstand befinden darf, der den Durchmesser der Detektionsfläche unterschreitet.

 

 

High Resistance, Standard Class, mit Ganzmetallgehäuse oder identischer Schaltabstand bei allen Metallen?

Der Schaltabstand induktiver Sensoren

Der Abstand, bei dem induktive Sensoren schalten wird als sogenannter Schaltabstand bezeichnet. Je nach angenähertem Metall ist für die meisten induktiven Sensoren ein Korrekturfaktor zu berücksichtigen, der den Schaltabstand verringert. Folgende Tabelle gibt die Faktoren für unterschiedliche Metalle der meisten induktiven Sensoren an:
Werkstoff
Faktor
Bsp. Schaltabstand
Stahl
1,00
6,00 mm
Gusseisen
0,93 ... 1,05
5,58 ... 6,30 mm
Edelstahl
0,60 ... 1,00
3,60 ... 6,00 mm
Nickel
0,65 ... 0,75
3,90 ... 4,50 mm
Messing
0,35 ... 0,50
2,10 ... 3,00 mm
Aluminium
0,30 ... 0,45
1,80 ... 2,70 mm
Kupfer
0,25 ... 0,45
1,5 ... 2,70 mm
Seit einiger Zeit gibt es sogenannte Faktor-1-Sensoren, die für alle Metalle einen identischen Schaltabstand (Faktor 1) aufweisen. Die Schaltfrequenz von induktiven Sensoren liegt meist im Bereich zwischen einigen hundert bis einigen tausend Schaltungen pro Sekunde. Induktive Sensoren haben damit eine sehr schnelle Reaktionszeit und können zum Beispiel für Drehzahlüberwachung eingesetzt werden.
„Induktive Sensoren sind berührungslos wirkende Sensoren, die metallische Objekte erkennen.“

Vorteile von induktiven Sensoren:

  • Kompakte Bauweise
  • Hohe Schutzart (bis IP69k)
  • Große Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen
  • Hohe Zuverlässigkeit
  • Hohe Schaltfrequenzen
  • Hohe Messgenauigkeit
  • Berührungslose Arbeitsweise
  • Lange Lebensdauer

Nachteile von induktiven Sensoren:

  • Es werden ausschließlich Metalle erfasst
  • Relativ geringer Schaltabstand
  • Störung durch Magnetfelder

Anwendungen von induktiven Sensoren:

  • Positionskontrolle
  • Stallantriebe
  • Werkzeugmaschinen
  • Hydraulikaggregate
  • uvm.

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