Induktive und kapazitive Näherungssensoren

Die Welt wird dank des anhaltenden Aufstiegs des Internets der Dinge immer vernetzter. Im Kern dieser aufstrebenden, vernetzten Welt stehen Überwachungssysteme, die Arrays von Sensoren nutzen, um mit der umgebenden Umgebung zu interagieren. Überwachungssysteme finden sich in industriellen Umgebungen, die Produktqualität und Prozesseffizienz überwachen, und sogar in Badezimmern, die es ermöglichen, dass Wasserhähne ohne Berührung ein- und ausgeschaltet werden. Für diese Objekterkennungsfähigkeiten können Sie Näherungsschaltern danken.

Näherungssensoren variieren in der Art und Weise, wie sie funktionieren. Diese kontaktlosen Sensoren verwenden ein akustisches (ultraschallbasiertes) Signal, um zu bestimmen, wann ein Objekt im Sichtfeld des Sensors ist, oder sie nutzen auf irgendeine Weise das elektromagnetische Feld. Gängige Näherungssensoren verwenden Infrarotlicht, um ein Objekt zu erkennen, während andere die Selbstkapazität oder Induktivität eines Objekts nutzen, um ein elektrisches Signal zu erzeugen.

Anwendungen von Näherungssensoren

Induktive und kapazitive Näherungssensoren arbeiten nach einem ähnlichen Konzept wie kapazitive Touchsensoren. Diese Sensoren erkennen nahe Objekte, indem sie eine Störung im umgebenden elektromagnetischen Feld messen. Im Gegensatz zu traditionellen Sensoren, die einen mechanischen Schalter oder Hebel benötigen, können Näherungssensoren ein Objekt genau erkennen, ohne Kontakt zu benötigen. Ein für kurze Reichweite ausgelegter oder eingestellter Näherungssensor kann auch als Berührungsschalter verwendet werden.

Näherungssensoren eignen sich ideal für den Einsatz in schmutzigen oder nassen Umgebungen dank ihres kontaktlosen Betriebsmodus. Sie sind weniger empfindlich gegenüber Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen und Lärm, und ihre auf Festkörper basierende interne Schaltung macht sie in Anwendungen, in denen Vibrationen traditionelle Kontaktschalter stören können, einsetzbar. Daher haben Näherungssensoren eine lange funktionale Lebensdauer und sind aufgrund des Fehlens mechanischer Teile und des fehlenden physischen Kontakts mit dem Zielobjekt sehr zuverlässig.

Induktive und leitfähige Näherungssensoren

Außerhalb des Bereichs der Ultraschall- oder Infraroterfassung sind die gängigsten Näherungssensoren:

• Induktive Näherungssensoren: Diese Sensoren werden für die kontaktlose Erkennung von Metallgegenständen, sowohl ferromagnetischen als auch nicht-ferromagnetischen, verwendet und nutzen eine Spule und ein Wechselstromsignal, um ein oszillierendes elektromagnetisches Feld in der Nähe des Sensorelements zu erzeugen. Wenn ein Metallgegenstand in der Nähe ist, induziert die Spule einen Wirbelstrom, der dann eine Rück-EMK in der Spule induziert, was die Feldamplitude dämpft. Der Anstieg oder Fall einer solchen Oszillation wird mit einem Schmitt-Trigger-Schaltkreis identifiziert. Die Empfindlichkeit dieser Sensoren hängt vom spezifischen erkannten Metall ab.
• Kapazitive Näherungssensoren: Diese Sensoren werden zur Erkennung von leitfähigen oder isolierenden Objekten verwendet, was sie viel flexibler als induktive Näherungssensoren macht. Diese Sensoren arbeiten, indem sie die Impedanz des Sensors messen, während ein hochstabiles oszillierendes Signal durch das Sensorelement propagiert. Wenn ein Objekt in die Nähe gebracht wird, haben das Objekt und das Sensorelement eine gewisse gegenseitige Kapazität, die die Impedanz des Sensorelements ändert. Diese Änderung der Impedanz kann auch mit einem Schmitt-Trigger, ADC oder einem anderen Schwellenwertschaltkreis erkannt werden.

Ein kapazitiver Näherungssensor

Auswahl eines Näherungssensors

Näherungssensoren oder -schalter können für eine genaue Funktion entweder in einer Hochgeschwindigkeitsumgebung oder in einer Niedriggeschwindigkeitsumgebung konzipiert werden. Sie können analoge oder digitale Ausgänge liefern und verwenden typischerweise eine Betriebsspannung von 0 bis 10 V DC bei niedrigem Strom. Bei der Auswahl eines Näherungssensors sollten einige Punkte beachtet werden:

• Zu detektierendes Material: Verschiedene Näherungssensoren sind für die Erkennung unterschiedlicher Materialien optimiert. Induktive Sensoren werden typischerweise gewählt, um zwischen Metallen und Nichtmetallen zu unterscheiden.
• Bauform und Erfassungsdistanz: Diese Sensoren gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Diese Sensoren können auch abgeschirmt oder ungeschirmt sein. Ein ungeschirmter Näherungssensor bietet in der Regel eine längere Reichweite, während ein abgeschirmter Sensor in der Regel eine bündige Montage ermöglicht.
• Empfindlichkeit: Dies bezieht sich hauptsächlich auf die Empfindlichkeit des Schwellenwertkreises und die Stärke des AC-Signals, das im Sensorelement verwendet wird. Wie oben erwähnt, hängt die Empfindlichkeit auch vom zu detektierenden Material ab.

Omron, E2J Serie

Die Omron E2J ist eine Reihe von kapazitiven Sensoren mit zwei Hauptvarianten: Omron E2J-W20MA und der Omron E2J-W10MA. Der E2J-W10MA bietet eine einstellbare Erfassungsdistanz von 4 bis 10 mm, während der E2J-W20MA eine einstellbare Erfassungsdistanz von 8 bis 20 mm unterstützt. Beide haben eine Ansprechfrequenz von 70 Hz und eine IP66-Bewertung. Die typische Stromversorgung für die Sensoren beträgt 24 V DC, und wenn sie an einer Roboterhand oder in einem Handhabungssystem montiert sind, können Sie damit LCDs, Wafer, PDPs und andere Produkte erkennen.

Omron E2J-W20MA kapazitiver Näherungssensor. Aus dem E2J-W20MA Datenblatt.

Omron, TL-N20MD

Der Omron TL-N20MD induktive Näherungssensor bietet eine Erfassungsdistanz von 20 mm. Die Ansprechfrequenz beträgt 300 Hz, und er unterstützt eine Stromversorgung von 12 bis 24 V DC. Mit einer Betriebstemperatur von -25 bis 70°C (ohne Vereisung oder Kondensation) und einer IEC 60529 IP67-Bewertung kann dieser Näherungssensor für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, die eine hohe Erfassungsdistanz erfordern. Andere Modelle mit geringerer Erfassungsdistanz sind ebenfalls verfügbar, obwohl diese Modelle eine längere Ansprechzeit haben.

Omron TL-N20MD induktiver Näherungssensor. Aus dem TL-N20MD Datenblatt.

Omron, E2K-C25ME1

Auf der Suche nach Näherungssensoren mit hoher Erfassungsdistanz bietet der Omron E2K-C25ME1 ein ungeschirmter kapazitiver Näherungssensor, der eine genaue Objekterkennung bis zu 25 mm ermöglicht. Er unterstützt eine breite Palette von Versorgungsspannungen von 10 bis 40 V DC. Die Antwortfrequenz beträgt 70 Hz und der Sensor ist nach IP66 bewertet. Der Omron E2K-C25ME1 findet seinen Einsatz in Anwendungen, die eine hohe Erfassungsdistanz und schnelle Reaktionszeit erfordern.

Omron E2K-C25ME1 kapazitiver Näherungssensor. Aus dem E2K-C25ME1 Datenblatt.

Näherungssensoren werden weiterhin eine wichtige Rolle in einer sich entwickelnden Reihe von Anwendungen spielen. Die hier gezeigten Näherungssensoren sind nur einige Beispiele für die Optionen, die Sie auf dem Markt finden können. Sie können die Komponenten, die Sie für die Objekterkennung und andere Anwendungen benötigen, in unserem Part Selector Guide finden.

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