Grundlagen Induktiv
Grundlagen zu induktiven Sensoren
Ein induktiver Sensor besteht aus einer Spule mit einem Ferrit-Kern, einem Oszillator, einem Demodulator, einer Signalauswertung und einem Schaltverstärker.
(Blockschaltbild eines induktiven Sensors)
Der Oszillator erzeugt in der Spule ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses Feld tritt aus der Spule in Form von Feldlinien aus, wobei das Feld durch den Ferrit-Kern gebündelt und ausgerichtet wird. Wenn die austretenden Feldlinien Metall durchsetzen, werden in diesem Metall Wirbelströme induziert und dadurch dem Feld Energie entzogen. Der Energieverlust bewirkt eine Bedämpfung, der Grad der Bedämpfung ist dabei ein Maß für den Abstand des Sensors von dem zu erkennenden Metall. Die Signalauswertung erfasst die Bedämpfung des Oszillators. Übersteigt die Bedämpfung ein bestimmtes Maß, dann wird der Schaltverstärker aktiviert und ändert seinen Ausgangszustand z.B. von Aus" auf Ein". Entfernt sich das Metall wieder aus diesem Erfassungsbereich des Sensors, dann nimmt der Schaltverstärker wieder seinen ursprünglichen Zustand ein.
Induktive Sensoren erfassen alle Metalle, unabhängig ob sie sich bewegen oder nicht. Die Sensoren arbeiten rückwirkungsfrei. Induktive Sensoren sind aufgrund ihrer hohen Betriebsreserve unempfindlich gegen Ablagerungen auf der aktiven Fläche wie z. B. Metallspäne. Für den industriellen Einsatz bieten die Sensoren nahezu ideale Voraussetzungen, sie sind berührungslos, bieten eine verschleißfreie Arbeitsweise, hohe Schaltfrequenzen und Schaltgenauigkeiten sowie einen hohen Schutz gegen Vibrationen, Staub und Feuchtigkeit.
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Analoge induktive Sensoren arbeiten nach dem Prinzip des induktiven Schwingkreises. Im Gegensatz zu den klassischen schaltenden Sensoren verarbeiten diese Sensoren den Energieentzug aus dem elektromagnetischen Feld zu einem stetigen, nahezu linearen Ausgangssignal. Durch interne Beschaltung liefern analoge Sensoren direkte oder inverse Kennlinien mit Strom- oder Spannungsausgang. Im industriellen Umfeld haben sich 4 ... 20 mA als Stromwerte und 0 ... 10 V als Spannungswerte durchgesetzt. Mit dem Einzug der Mikrokontroller in die Sensorik sind aber auch vielfältige Variationen in Beschaltung und Signalaufbereitung denkbar.
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Ringsensoren nutzen den physikalischen Effekt der Güteveränderung eines Resonanzschwingkreises, der durch Wirbelstromverluste in leitfähigen Materialien hervorgerufen wird. Es können somit alle leitfähigen Objekte detektiert werden. Ein Oszillator im Sensor erzeugt ein hochfrequentes, elektromagnetisches Wechselfeld. Durch die rotationssymmetrische Spulenanordnung bildet sich ein nahezu homogenes Feld. Der Ferritkern und das Gehäuse des Sensors bündeln die Feldlinien des Wechselfeldes in der Ringmitte. Tritt Metall in den Sensor ein, entstehen Wirbelströme, die dem Wechselfeld Energie entziehen. Dadurch kommt es zu einer Bedämpfung und einer Spannungsänderung im Oszillator. Die Elektronik im Sensor wertet die Spannungsänderung aus. Digitale Ringsensoren werden in statische Sensoren (normale Empfindlichkeit) und dynamische Sensoren (hohe Empfindlichkeit) untergliedert. Solang sich Metall im Sensorbereich befindet, erzeugt der statische Sensor ein dauerhaftes Signal. Erst nach Entnahme des Metalls fällt das Signal wieder ab.
Statische Sensoren erkennen ruhende und bewegte Teile. Dynamische Sensoren erzeugen bei der Detektion von Metall lediglich einen kurzen Impuls. Sie detektieren Metalle nur dann, wenn diese sich im Sensorbereich bewegen, verfügen aber über eine deutlich höhere Empfindlichkeit. Analoge Ringsensoren erzeugen wie statische Sensoren ein dauerhaftes Signal, das von der Größe und der Lage des Metalls im Sensor abhängig ist. Je größer das Metallteil ist, desto größer ist die Ausgangssignal des Sensors.
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