Bevor wir uns näher mit dem Unterschied zwischen induktive Sensoren und kapazitive Sensorenist es zunächst wichtig, genau zu wissen, was ein Näherungsschalter ist. Ein Näherungsschalter, auch Näherungssensor genannt, ist ein Sensor, der die Anwesenheit von Objekten in der Nähe erkennen kann, ohne dass ein physischer Kontakt erforderlich ist. Dieser Sensor funktioniert nach folgendem Prinzip: Es wird ein elektromagnetisches Signal ausgesendet, und es wird auf Veränderungen im Rücksignal geachtet. Wenn der Sensor ein Objekt erkennt, wird das Rücksignal kürzer sein als wenn er kein Objekt erkennt.
Der Hauptvorteil eines berührungslosen induktiven/kapazitiven Sensors im Vergleich zu einem kontaktbasierten Sensor ist seine längere Lebensdauer. Dies liegt daran, dass aufgrund des fehlenden Kontakts zwischen dem Sensor und dem Objekt keine Beschädigungen und kein Verschleiß auftreten können. Der Unterschied zwischen induktiven und kapazitiven Sensoren liegt in dem Material, das der Näherungssensor erkennen kann. Ein kapazitiver Näherungssensor kann beispielsweise für ein Kunststoffobjekt geeignet sein; ein induktiver Näherungssensor benötigt immer ein Objekt aus Eisenmetall.
Neben dem Material des Objekts sind die folgenden Fragen für die Auswahl des richtigen Sensors wichtig:
Ein induktiver Näherungsschalter ist ein Sensor, der zur Erkennung von metallischen Gegenständen eingesetzt wird. Dies geschieht auf eine Art und Weise, die nicht von der Form oder Farbe des Objekts beeinflusst werden kann. Ein wichtiges Merkmal der induktiven Sensoren ist, dass sie billig und zuverlässig sind.
Induktive Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der Induktionsänderung. Was bedeutet das genau? Der Sensor erzeugt mit Hilfe der elektromagnetischen Spule, die sich im Kopf des Sensors befindet, ein Magnetfeld. In der Praxis bedeutet dies, dass sich die so genannte Impedanz in der Spule ändert, wenn ein Metallobjekt in die Nähe eines induktiven Sensors kommt. Die Änderung dieser Impedanz hängt von der Entfernung zwischen dem Metallobjekt und dem Sensor ab.
Ein wesentlicher Vorteil induktiver Sensoren besteht darin, dass sie unempfindlich gegenüber nichtleitenden Materialien wie Kunststoff, Gummi und Stein sind. Außerdem sind die Sensoren dadurch unempfindlich gegen äußere Umwelteinflüsse wie Staub- und Schmutzansammlungen, die den Sensorkopf bedecken können, oder das Eindringen von (Sonnen-)Licht, das bei anderen Sensoren eine Fehlerkennung auslösen kann.
Der am häufigsten verwendete induktive Sensor hat eine runde Konstruktion, ein M18-Gehäuse mit M12-Stecker und einen Schaltabstand von 8 mm. Beispiele sind:
Hinweis! Induktive Sensoren haben einen so genannten Reduktionsfaktor. Um zu verstehen, was das bedeutet, muss man sich die Funktionsweise des induktiven Sensors vergegenwärtigen: Der Impedanzunterschied in der Spule ermöglicht es dem Sensor, das Metallobjekt zu erkennen. Allerdings leitet nicht jede Art von Metall die Energie des vom Sensor erzeugten elektromagnetischen Feldes gleich gut! Daher wird ein sogenannter Reduktionsfaktor verwendet, der für jedes Metall und jeden Sensor unterschiedlich ist.
Der zu einem Metall gehörende Reduktionsfaktor bestimmt die Leistung des Sensors und beeinflusst seinen effektiven Messbereich. Fragen Sie einen unserer Experten danach! Nachstehend finden Sie eine Tabelle mit dem Reduktionsfaktor pro Metallart:
Die Angaben sind Richtwerte und können je nach Sensormodell und Material variieren. Bitte fragen Sie bei unsere Experten! (Quelle: MD - Gesamtkatalog.)
Kapazitive Sensoren können sowohl metallische als auch nicht leitende Materialien erkennen. Man kann an Viskose denken, aber auch an wässrige Flüssigkeiten wie (Erd-)Öl und Wasser oder alle Arten von Feststoffen wie Kunststoffe, Edelstahl, Messing, Pappe und tierische Materialien wie Leder. Dies sind nur einige der vielen möglichen Stoffe.
Die Erkennung von Flüssigkeiten oder Gütern kann z. B. für das Vorhandensein von Getreide in einem Futtersilo verwendet werden, denken Sie an eine Füllstandsmessung oder Voll- und Leermeldungen. Form und Farbe des zu erfassenden Objekts haben keinen Einfluss auf das Ergebnis. Beispiele für kapazitive Näherungsschalter sind:
Die Funktionsweise von kapazitiven Sensoren ist fast die gleiche wie die von induktiven Sensoren. Durch ein aktives kapazitives Feld (auch Dielektrikum genannt) "wacht" der Sensor. Wenn sich dieses Feld ändert, wird der Sensor dies erkennen. In vielen Fällen ist die Luft die Konstante; wenn sich ein Objekt dem Sensor nähert, ändert sich das kapazitive Feld. Das Objekt, das den Sensor passiert, hat eine höhere Dichte als Luft, so dass der Sensor umschaltet.
Sowohl bei induktiven als auch bei kapazitiven Sensoren gibt es zwei Arten der Befestigung: verkettet und nicht verkettet. Je nach Sensor und Anwendung kann die Art der Befestigung unterschiedlich sein. Die Art der Befestigung wirkt sich auf den Erfassungsbereich des Sensors und den Zeitpunkt der Erfassung eines Objekts aus.
Bei der Kompaktmontage schließt der Sensor bündig mit der Montagefläche ab. Wenn der Sensor nicht geklebt ist, ragt der Sensorkopf über die Montagefläche hinaus. Für die Erkennung hat dies direkte Konsequenzen: Ein Sensor mit konkaver Montage erkennt nur Objekte, die direkt vor dem Sensorkopf erscheinen. Bei einer nicht-knöchernen Montage wird ein Objekt auch von der Seite erkannt. Daher hat dieser Sensor einen größeren Erfassungsbereich, ist aber in Bezug auf den Erfassungspunkt weniger genau.
Um einen besseren Einblick in die Anwendbarkeit eines Sensors zu geben und die Auswahl zu erleichtern, finden Sie im Folgenden industrielle Anwendungen und Beispiele.
Um den Unterschied zwischen induktiven und kapazitiven Sensoren zu erläutern, finden Sie hier weitere Informationen zu induktiven Sensoren. Wie bereits erwähnt, ist ein induktiver Sensor, der auch als Näherungsschalter bezeichnet wird, eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Lösung zur Feststellung einer Position oder Endlage. Es sind daher eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen denkbar, wie z.B.:
Hierfür wird häufig ein kompakter M18-Sensor mit 8 mm Schaltabstand verwendet. Zum Beispiel: AK1/AP-3H.
Im Folgenden werden einige spezifischere Anwendungen von induktiven Sensoren beschrieben.
In Anwendungen mit hohen Hygienestandards übernehmen induktive Näherungsschalter den Übergang zwischen Produktions- und Reinigungsprozessen. Der Sensor schaltet zum Beispiel, wenn Reinigungsmittel oder Zutaten zugeführt werden.
Durch die Erkennung des Unterschieds zwischen diesen beiden Materialien werden die Inhaltsstoffe oder Reinigungsmittel nicht während des falschen Prozesses von der Maschine zugeführt. Vielmehr sorgt der Sensor dafür, dass das Ventil zum richtigen Zeitpunkt geöffnet oder geschlossen bleibt.
Ein Sensor, der hier nützlich ist, ist der PFM1/BP-3H aus der PFM-Serie von Mikrodetektoren. Mit einem Dichtungsgrad von IP69K und eins ECOLAB-Zertifizierung ist dies ein Sensor, der speziell für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie entwickelt wurde.
Die Positionierung von Objekte oder Verpackungen auf ein Förderband ist ein einfacher Prozess, der jedoch hohe Präzision erfordert. Mithilfe von induktiven Sensoren kann eine zuverlässige und Erkennung und konsistente Ausrichtung herbeigeführt werden. Das Ergebnis besteht aus weniger Verschwendung und Prozessunterbrechungen.
Ein geeigneter induktiver Sensor ist der AE1/AP-3A von Micro Detectors. Erfassungsbereich von 2 mm und einer festen Kabelverbindung ist es eine zuverlässige Lösung für die Erkennung in Bestückungsanwendungen.
Verschiedene Bauteile bilden den Antrieb eines Transportsystems. Dazu gehören Zahnräder. Mithilfe der konsistenten und synchronisierten Erfassung der Zähne kann der Antrieb der Zahnräder leichter ineinander greifen.
Für diese Anwendung ist die AK1/AP-1H von Micro Detectors ist ideal geeignet. Zahnräder werden von diesem induktiven Sensor einwandfrei erkannt, so dass ihre Drehung überwacht werden kann.
Robuste Anwendungen können für Sensoren anstrengend sein. Induktive Sensoren werden in solchen Anwendungen oft komplett aus Metall gefertigt. Dies wird auch als "Full Body INOX" bezeichnet. Diese sind korrosionsbeständig und unempfindlich gegenüber vielen industriellen (aggressiven) Chemikalien.
Ein gutes Beispiel für diese Art von Sensoren ist der M18-Sensor, der vollständig aus Edelstahl 316 besteht und die Schutzklassen IP67, IP68 und IP69K aufweist: FMK6/BP-3H.
Im Folgenden werden einige spezifische Anwendungen von kapazitiven Sensoren aufgeführt.
Kapazitive Sensoren eignen sich hervorragend zur Bestimmung und Überwachung des Füllstands in einem Tank oder Becken. Der Sensor kann von außen erkennen, ob ein Tank ausreichend oder unzureichend gefüllt ist. Damit steht die Information zur Verfügung, ob die Zufuhr zum Tank/Silo/Becken gestartet oder gestoppt werden soll.
Ein kapazitiver Näherungsschalter, der hier verwendet werden kann, ist der C18P/BP-1E von Micro Detectors Dieser Sensor kann neben Flüssigkeiten auch andere Materialien erkennen. Innerhalb eines Schaltbereichs von 8 mm.
Eine weitere Anwendung ist die Meldung, ob eine Flasche auf einem Förderband gefüllt ist, zum Beispiel mit Softdrinks. Durch diese Messung können Flaschen, die nicht vollständig gefüllt sind, aus dem Prozess entfernt werden. Ziel ist es hier oft, die Qualität des gelieferten Produkts sicherzustellen.
Ein geeigneter Sensor für diese Anwendung ist der C18P / BP-2E. Es handelt sich um einen kapazitiven Sensor mit 12 mm Schaltabstand.
Kapazitive Näherungssensoren werden auch zum Erkennen und Zählen von z. B. Glas, Papier, Pappe, Kunststoff oder Holz verwendet. Dies ist möglich, weil der Sensor im Gegensatz zum induktiven Näherungssensor mehr als eine Art von Material erkennen kann. Nehmen wir die Erkennung von Kunststoffgehäusen auf einem Förderband.
Ein geeigneter Sensor ist der C30P/BP-2E von Micro Detectors in einem Gehäuse der Größe M30 und einer Reichweite von 25 mm. Damit lassen sich sowohl kleinere als auch größere Verpackungen erkennen.
