Wie funktionieren berührungslose Sensoren, und welche Vorteile bieten sie den Maschinenbauern?

Berührungslose Sensoren: Funktionsweise und Vorteile für Maschinenbauer

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

Traditionell stellen Sensoren einen physischen Kontakt her, um die gewünschte Größe zu messen, was eine mechanische Interaktion zwischen dem Sensor und dem Ziel erfordert. Beispiele für diesen Sensortyp sind Temperatursensoren (Thermoelemente), Dehnungsmessstreifen, Drucksensoren und taktile Sensoren.

Diese so genannten Kontaktsensoren sind zuverlässig und genau, haben aber den Nachteil, dass sie mit der Zeit durch den Kontakt verschleißen. Dies kann zu einer Abnahme der Genauigkeit und Zuverlässigkeit führen. Darüber hinaus sind diese Kontaktsensoren ungeeignet für die Messung von sich bewegenden Objekten oder Substanzen, bei denen ein Kontakt unerwünscht ist, wie z. B. bei gefährlichen, giftigen oder aggressiven Substanzen, oder wenn sich das Messobjekt einfach nicht innerhalb der Reichweite des Sensors befindet.

Berührungslose Sensoren

Für bestimmte Anwendungen bieten berührungslose Sensoren eine Lösung. Sie eliminieren Verschleiß durch fehlenden physischen Kontakt und nutzen Prinzipien wie Wärme- und Lichtstrahlung, Schwerkraft, Beschleunigung, Schall, Magnetismus und elektrische Felder.

Induktive Sensoren

Induktive Sensoren erzeugen ein hochfrequentes elektrisches Feld. Wenn Metall in dieses Feld eintritt, bilden sich Wirbelströme, die das Feld dämpfen. Je näher sich das Metall am Sensor befindet, desto größer ist die Dämpfung. Dieser Sensortyp wird hauptsächlich zur Erkennung von Metallen in kurzen Abständen verwendet.

Kapazitive Sensoren

Ein kapazitiver Sensor funktioniert ähnlich wie ein induktiver Sensor, verwendet aber einen Hochfrequenzoszillator, der über einen Kondensator ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld ändert sich, wenn eine Substanz in die Nähe kommt, so dass diese Sensoren sowohl leitende als auch nicht leitende Materialien erkennen können. Zu den Anwendungen gehören Touchscreens.

Magnetischer Sensor

Magnetische Sensoren arbeiten auf der Grundlage des Magnetfelds, das zwischen dem Sensor selbst und einem Permanentmagneten aufgebaut wird. Das Feld ändert sich, wenn sich ein Objekt zwischen dem Sensor und dem Magneten bewegt. Diese Sensoren werden für magnetische Türschalter und Kompasse verwendet. Außerdem gibt es magnetische berührungslose Sensoren, die die Ausrichtung eines Dauermagneten in einem bestimmten Abstand zum Sensor bestimmen.

Ultraschall Sensors

Die ebenfalls berührungslos arbeitenden Sensoren, die mit Hochfrequenz-Schallwellen arbeiten, messen die Zeit, die diese Wellen brauchen, um von einem Objekt zurückzuprallen. Auf diese Weise können diese berührungslosen Sensoren Abstände messen und Anwesenheit erkennen.

Infrarot-Sensoren

Infrarot ist eine Wärmestrahlung, 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 beliebigen Objekt ausgesandte Infrarotstrahlung. Infrarotsensoren können Bewegungen erkennen und werden zum Schätzen von Entfernungen verwendet.

Laser Sensors

Um Entfernungen zu messen oder Objekte zu erkennen, senden Lasersensoren einen fokussierten Laserstrahl aus. Es gibt verschiedene Lasersensoren, von denen einige auf der Zeit basieren, die der Strahl braucht, um zurückzukehren. Andere werden zur Erzeugung von Projektionen oder zur Festlegung eines bestimmten Sicherheitsniveaus eingesetzt: Die Unterbrechung des Strahls (oder eines ganzen Vorhangs) bedeutet, dass etwas oder jemand in einen Bereich eindringt, in den er nicht eindringen sollte, was eine Sicherheitskontrolle auslöst, um die betreffende Anwendung zu stoppen oder zu sichern. Eine wesentliche Einschränkung der Lasersensoren besteht darin, dass die reflektierende Oberfläche und der Empfänger empfindlich auf Verschmutzung reagieren.

Beschleunigungssensoren

Beschleunigungen, die durch Schwerkraft oder Bewegung entstehen, erzeugen eine G-Kraft, die mit Beschleunigungssensoren berührungslos gemessen werden kann. Diese Art von berührungslosen Sensoren kann als Füllstands-, Beschleunigungs- oder Neigungssensoren verwendet werden, die bei einer bestimmten G-Kraft schalten. Zusätzlich zu ihrer berührungslosen Natur bieten diese Sensoren den Vorteil, dass der Konstrukteur die Freiheit hat, den Sensor an einem beliebigen Ort zu montieren. Anwendungen für diese Sensoren sind auf dem Markt für mobile Maschinen zu finden.

DIS Berührungslose Sensoren

DIS bietet zwei Arten von berührungslosen Sensoren an: die Neigungssensoren, Neigungsschalter und Beschleunigungssensoren der Serie QG und die Winkelsensoren der Serie QR.

Sensoren der Serie QG

Die Sensoren der QG-Serie umfassen Neigungsmesser, 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 funktioniert im Wesentlichen wie ein Neigungsmesser mit einem Schaltausgang.

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

QR-Serie Winkelsensoren

Mit den Winkelsensoren der QR-Serie ist es möglich, absolute Winkeldrehungen von 0° bis 360° ohne mechanische Endanschläge zu messen. Bei den Serien QR30N und QR40EMN sind Sensor und Magnet durch einen maximalen Abstand von 10 mm getrennt. Bei den Serien QR40 und QR46 ist der Magnet in die rotierende Welle im Gehäuse integriert.

Beide Serien sind als absolute Winkelsensoren erhältlich, bei denen der Sensor die exakte Winkelposition auch dann beibehält, wenn die Anwendung ohne Strom ist. Die QR30-Serie ist auch als Inkrementalsensor mit einem externen Magneten erhältlich, der bei jeder Winkeldrehung eine bestimmte Anzahl von Impulsen erzeugt. Diese berührungslosen Sensoren der QR-Serie können als Alternative zu Potentiometern, teuren optischen Encodern und Drehschaltern eingesetzt werden, insbesondere in der allgemeinen Industrie und im Automobilbereich.

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