Berührungslose Sensoren: Betrieb und Vorteile beim Einsatz

Wie funktionieren berührungslose Sensoren und welche Vorteile bieten sie für den Anwender?

Je nach beabsichtigtem Zweck arbeiten Sensoren auf der Grundlage verschiedener Prinzipien wie Leitfähigkeit, Druck, Beschleunigung oder chemischer Zusammensetzung. Dieser Blog konzentriert sich auf berührungslose Sensoren, untersucht, was diese Gruppe besonders macht, wie sie funktionieren und welche spezifischen Vorteile sie bieten.

Traditionell setzen Sensoren physischen Kontakt ein, um die gewünschte Größe zu messen, was eine mechanische Interaktion zwischen dem Sensor und dem Bauteil beinhaltet. Beispiele für diese Sensorart sind Temperatursensoren (Thermoelemente), Dehnungsmessstreifen, Drucksensoren und taktile Sensoren.

Diese sogenannten Kontaktsensoren sind zuverlässig und genau, haben jedoch den Nachteil, dass sie im Laufe der Zeit aufgrund des Kontakts verschleißen. Dies kann zu einer Verringerung von Genauigkeit und Zuverlässigkeit führen. Darüber hinaus eignen sich diese Kontaktsensoren nicht für die Messung von sich bewegenden Objekten oder Substanzen, bei denen der Kontakt unerwünscht ist, wie gefährliche, giftige oder aggressive Substanzen, oder wenn das Ziel einfach nicht im Erfassungsbereich des Sensors liegt.

Berührungslose Sensoren

Für spezielle Anwendungen bieten berührungslose Sensoren eine Lösung. Sie vermeiden Verschleiß, indem sie keinen physischen Kontakt haben, und nutzen Prinzipien wie Wärme- und Lichtstrahlung, Gravitation, Beschleunigung, Schall, Magnetismus und elektrische Felder.

Induktive Sensoren

Induktive Sensoren erzeugen ein Hochfrequenz-Elektrofeld. Wenn Metall in dieses Feld eintritt, bilden sich Wirbelströme, die das Feld dämpfen. Je näher das Metall am Sensor ist, desto höher ist die Dämpfung. Diese Art von Sensor wird hauptsächlich zum Erkennen von Metallen in kurzen Entfernungen verwendet.

Kapazitive Sensoren

Ein kapazitiver Sensor funktioniert ähnlich wie ein induktiver Sensor, verwendet jedoch einen Hochfrequenz-Oszillator, der durch einen Kondensator ein Elektrofeld erzeugt. Dieses Feld ändert sich, wenn sich eine Substanz nähert, wodurch diese Sensoren für die Detektion sowohl leitfähiger als auch nichtleitender Materialien geeignet sind. Anwendungen sind u.a. Touchscreens.

Magnetischer Sensor

Magnetische Sensoren arbeiten auf der Grundlage des magnetischen Felds, das zwischen dem Sensor selbst und einem Permanentmagneten aufgebaut ist. Das Feld ändert sich, wenn sich ein Objekt zwischen dem Sensor und dem Magneten bewegt. Diese Sensoren werden für magnetische Türschalter und Kompassnadeln verwendet. Zusätzlich gibt es magnetische berührungslose Sensoren, die die Ausrichtung eines Permanentmagneten in einer bestimmten Entfernung vom Sensor bestimmen.

Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren gehören auch zu den  berührungslos messende Sensoren, die auf hochfrequenten Schallwellen basieren und erfassen die Zeit, die diese Wellen benötigen, um von einem Objekt zurückzuprallen. Mit diesen berührungslosen Sensoren können Entfernungen gemessen und die Anwesenheit erkannt werden.

Infrarotsensoren

Infrarot ist thermische Strahlung, und Infrarotsensoren werden verwendet, um die Anwesenheit oder Bewegung von Objekten zu erkennen. Die aktive Form sendet Infrarotstrahlung aus und reagiert auf die von einem Objekt reflektierte Strahlung. Die passive Form reagiert auf die von einem Objekt abgegebene Infrarotstrahlung. Infrarotsensoren können Bewegungen erkennen und werden zur Schätzung von Entfernungen verwendet.

Lasersensoren

Zur Messung von Entfernungen oder zur Detektion von Objekten senden Lasersensoren einen fokussierten Laserstrahl aus. Es gibt verschiedene Lasersensoren, einige basieren auf der Zeit, die der Strahl benötigt, um zurückzukehren. Andere werden zur Erzeugung von Projektionen oder zur Festlegung eines bestimmten Sicherheitsniveaus verwendet: Das Unterbrechen des Strahls (oder eines gesamten Vorhangs) bedeutet, dass etwas oder jemand einen Bereich betritt, in den er nicht eintreten sollte, was zu einer Sicherheitssteuerung führt, um die relevante Anwendung zu stoppen oder zu sichern. Eine erhebliche Einschränkung von Lasersensoren ist, dass die reflektierende Oberfläche und der Empfänger empfindlich gegen Verschmutzung sind.

Beschleunigungssensoren

Beschleunigungen, die durch Schwerkraft oder Bewegung entstehen, erzeugen eine G-Kraft, die ohne Kontakt mit Beschleunigungssensoren gemessen werden kann. Diese Art von berührungslosem Sensor kann als Niveau, Beschleunigungsmesser oder Neigungssensoren verwendet werden, die bei einer bestimmten G-Kraft umschalten. Zusätzlich zu ihrer berührungslosen Natur bieten diese Sensoren den Vorteil, dass der Designer die Freiheit hat, den Sensor an jedem Ort zu montieren. Anwendungen dieser Sensoren finden sich u.a. auf dem Markt für mobile Maschinen.

DIS berührungslose Sensoren

DIS bietet zwei Arten von berührungslosen Sensoren an: die QG-Serie Inclinometer, Neigungsschalter und Beschleunigungsmesser sowie die QR-Serie Winkelsensoren. 

QG-Serie Sensoren

Die QG-Serie Sensoren umfasst Inclinometer, die Neigungen in 1 oder 2 Achsen messen, sowie Neigungsschalter und Beschleunigungsmesser, die Beschleunigungen in 1, 2 oder 3 Achsen messen. Ein Neigungsschalter wird bei einem bestimmten Winkel relativ zum Horizont aktiviert und fungiert im Wesentlichen als Inclinometer mit einem Schaltausgang.

Alle Typen basieren auf der robusten MEMS-Technologie, bei der Kapazitätsunterschiede innerhalb eines mikromechanischen Sensorschips in eine analoge Spannung umgewandelt werden. Diese Spannung ist proportional zur Beschleunigung, der der Sensor ausgesetzt ist. Das modulare Design ermöglicht eine einfache Anpassung der Sensoren an spezifische Anforderungen.

QR-Serie Winkelsensoren

Mit der QR-Serie Winkelsensoren ist es möglich, den absoluten Winkel von 0° bis 360° ohne mechanische Endanschläge zu messen. In den Serien QR30N und QR40EMN sind Sensor und Magnet durch einen maximalen Abstand von 10 mm voneinander getrennt. In den Serien QR40 und QR46 ist der Magnet in die drehbare Welle innerhalb des Gehäuses integriert.

Beide Serien sind als absolute Winkelsensoren erhältlich, bei denen der Sensor die genaue Winkelposition beibehält, auch wenn die Anwendung keinen Strom hat. Die QR30-Serie ist auch als inkrementeller Sensor mit einem externen Magneten erhältlich, der bei jeder Winkelrotation eine bestimmte Anzahl von Impulsen erzeugt. Diese berührungslosen Sensoren aus der QR-Serie können als Alternativen zu Potentiometern, teuren optischen Encodern und Drehreglern verwendet werden, insbesondere in der allgemeinen Industrie und in Automobilanwendungen.

Entdecken Sie unseren praktischen Produktselektor!