Erkennungsmethode und Funktion
Für verschiedene Detektionsaufgaben kommen unterschiedliche Sensorfunktionsprinzipien in Frage. Welches Sensorfunktionsprinzip am besten geeignet ist, ergibt sich für den konkreten Anwendungsfall aus verschiedenen Aspekten: Dazu zählen das Material des zu erfassenden Objekts, die Anwendungsumgebung und die Entfernung, aus der die Erfassung erfolgen soll.
Wenn das zu detektierende Objekt aus Kunststoff, Mineralstoff, Glas, Holz oder Papier besteht oder eine ölige bzw. wässrige Flüssigkeit, ein Granulat oder ein Puder ist und dabei der geforderte Detektionsabstand im Bereich weniger Millimeter liegt, so empfiehlt sich der Einsatz eines kapazitiven Sensors.
Kapazitive Sensoren erkennen metallische wie auch nicht metallische Zielobjekte. Je nach Größe und Materialbeschaffenheit des Zielobjekts sowie der Baugröße und der Einbaubedingungen des Sensors, können Schaltabstände von 1 mm ... 50 mm realisiert werden.
Der Sensortyp bietet auch eine „Durchblickerfunktion“ zur Erkennung von wässrigen Medien oder Granulat. In in diesem Fall reagiert der Sensor auf den Inhalt eines dünnwandigen und elektrisch nichtleitenden Behälters aus z. B. Glas oder Kunststoff. Diese Funktion wird möglich durch das Summieren der kapazitiven Einflüsse von Behälterwand und Füllmedium. Der Einsatz des kapazitiven Sensors als Durchblicker erlaubt eine kontaktlose Durchfluss- bzw. Füllstandskontrolle von flüssigen Medien und Schüttgütern.
Besondere technische Eigenschaften kapazitiver Sensoren:
- Detektion elektrisch leitender als auch isolierender Materialien: Eisenmetalle, NE-Metalle, Glas, Holz, Kunststoffe sowie Öl, Wasser und wässrige Lösungen
- einstellbarer Schaltabstand abhängig von Objekt- und Einbaueigenschaften
- „Durchblickerfunktion“ zum Einsatz an dünnen, nichtleitenden Behälterwänden
Zu den typischen Anwendungen zählen:
- Anwesenheitskontrolle von Papier, Holz-, Glas- oder Kunststoffmaterialien
- Füllstandskontrolle flüssiger Medien und Schüttgüter (Wasser, Abwasser, Pellets, Tabletten, Granulate, Toner)
- Durchflusskontrolle an Kunststoffrohren und Schläuchen
Aufgrund der vielfältigen Einsetzbarkeit des physikalischen Wirkprinzips finden sich am Markt entsprechend viele verschiedene Bauformen und Sensorausführungen für spezielle Einsatzbedingungen wieder – etwa NAMUR-Sensoren für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.
Alternativ einsetzbar sind, abhängig von der Anwendung, z. B. auch folgende Sensorfunktionsprinzipien:
- Induktiver Sensor: für die ausschließliche Erfassung von metallischen Objekten.
- Magnetfeldsensor: Objekte, die magnetisch sind oder mit einem Magneten bestückt werden können.
Aufbau eines kapazitiven Sensors
Kapazitive Sensoren arbeiten berührungslos. Sie detektieren Objekte, die sich in ihrem Messfeld befinden, indem sie die Wechselwirkung des Objekts mit dem erzeugten äußeren elektrischen Wechselfeld des Sensors nutzen.
Das Kernstück des kapazitiven Sensors ist eine Elektrode, die ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, das an der aktiven Fläche austritt. Das feste Objekt oder eine flüssige Substanz im Messfeld beeinflusst das elektrische Potenzial des Wechselfelds, bzw. lässt die Kapazität ansteigen. Diese Änderung wird an den Oszillator rückgemeldet. Dadurch ändert sich der Signalpegel am Oszillator. Diese Veränderung des Signalpegels wird gemessen, mit der intern definierten Schwelle verglichen und schaltet bei binären Sensoren über einen Schmitt-Trigger die Ausgangsstufe.
Geschichte der Näherungsschalter
Der erste industrietaugliche Näherungsschalter wurde 1958 von Walter Pepperl und Wilfried Gehl entwickelt und in den Markt eingeführt. Die Entwicklung war seinerzeit von der nahe gelegenen BASF getrieben. Die BASF wollte die sich für die Erfassung von Gütern damals im Einsatz befindlichen mechanischen Schaltkontakte durch berührungslos schaltende Sensoren ersetzen, die keine Schaltfunken verursachten. Dadurch sollte die Explosionsgefahr maßgeblich reduziert werden. Bereits der erste Näherungsschalter war eigensicher nach NAMUR aufgebaut.
Standardisierung
Alle Näherungsschalter von Pepperl+Fuchs wurden und werden gemäß der einschlägigen Norm IEC/EN 60947 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-2: Steuergeräte und Schaltelemente – Näherungsschalter entwickelt, hergestellt und vermarktet.
Für sicherheitsgerichtete Sensoren von Pepperl+Fuchs gilt zusätzlich die einschlägige Norm Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-3: Steuergeräte und Schaltelemente – Anforderungen für Näherungsschalter mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen (PDDB).
