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Aus dem Bereich der Industrie sind induktive Sensoren heute gar nicht mehr wegzudenken, da sie die ideale Voraussetzung für eine berührungslose, verschleißfreie Arbeitsweise bieten und dafür somit sehr viel besser als beispielsweise mechanische Schalter geeignet sind. Hohe Schaltfrequenzen und Schaltgenauigkeit kommen zu diesen Punkten noch dazu.

Auch im Bereich der Automobilindustrie ist der praktische Anwendungsbereich induktiver Sensoren keine Ausnahme. Unter einem induktiven Sensor muss man sich einen berührungslosen Schalter vorstellen, bei dem ein Korrekturfaktor angegeben wird, der dafür verantwortlich ist, die Reduzierung des Schaltabstandes zu unterschiedlichen Objekt-Wertstoffen zu bewerten. Eine lockere Einleitung zu diesem Thema findet man unter anderem auf: http://de.wikipedia.org/wiki/Induktiver_Sensor.

 

Sensor erkennt Magnetfeld

Induktive Sensoren werden auch als induktive Näherungsschalter bezeichnet. Eingesetzt werden sie, um elektrisch und magnetisch leitfähige Objekte zu detektieren, oder aber zur Abstandsmessung. Damit der induktive Sensor überhaupt funktionieren kann, wird an seinem Kopf ein Magnetfeld erzeugt. Dieses wird dann durch eintretende (in manchen Fällen eisenhaltige) Metalle beeinflusst, woraufhin der Sensor die Veränderungen des Magnetfelds erkennt und die Anwesenheit eines Objekts sowie den entsprechenden Abstand innerhalb des Ansprechbereiches melden kann.

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Es wird ein zum Objektabstand proportionales analoges Signal ausgesendet. Was die Arbeit des induktiven Sensors auszeichnet, ist, dass er berührungslos, kontaktlos und rückwirkungsfrei arbeitet. Er ist besonders für elektrisch leitfähige Materialien geeignet, also zum Beispiel für Stahl, Messing oder Aluminium. Er verspricht eine hohe Auflösung, eine kurze Ansprechzeit, ist nicht anfällig für Verschmutzungen, preisgünstig und durch seine kleine Bauform äußerst praktisch. Dass er nur elektrisch leitfähige Materialien erfassen kann, ist natürlich andererseits auch als Nachteil zu beschreiben, da er so schließlich nur eingeschränkt nutzbar ist. Weitere Vorteile sind aber beispielsweise, dass er unempfindlich auf Vibrationen, Staub oder Feuchtigkeit reagiert und so in vielen Bereichen und Situationen einsetzbar ist.

Doch wie genau arbeitet der induktive Sensor denn nun eigentlich? Zunächst wird durch eine Magnetspule ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugt. Hinzu kommt ein Objekt aus magnetisch oder elektrisch leitendem Material, das das Magnetfeld deformiert. Aus dieser Deformation entsteht eine Veränderung der Impedanz der Magnetspule, was durch induzierte Wirbelströme im Objekt hervorgerufen wird. Diese wirken dem Magnetfeld entgegen. So wird die abstandsabhängige Impedanz-Änderung elektronisch in ein Schaltsignal umgewandelt.

 

3 Elemente für den Sensor

Was der induktive Sensor benötigt, um überhaupt funktionieren zu können, sind im Allgemeinen drei Elemente. Zunächst besteht er aus einem Oszillator mit selbstschwingendem System. Das kann zum Beispiel ein harmonischer Oszillator wie eine Feder sein. Hinzu kommt eine Auswerteeinheit, auch Komparator genannt. Diese vergleicht die verschiedenen Stromwerte miteinander. Zu guter Letzt fehlt noch die Ausgabeeinheit (auch Endstufe genannt). Sie ist der Verstärker in diesem Fall und gibt am Ende das elektrische Signal aus.

Der Oszillator beginnt zu schwingen, wenn eine Spannung an ihn angelegt wird. So entsteht ein hochfrequentes Magnetfeld an der Kopfseite des Sensors. Nähert sich nun ein metallisches Objekt, dann wird der erwähnte Wirbelstrom im Objekt induziert. Dieser entzieht dem Magnetfeld Energie und der Oszillator wird gedämpft, denn seine Schwingungsamplitude wird kleiner. Also ändert sich auch die Stromaufnahme.

Nun kommt der Komparator ins Spiel, der die unterschiedlichen Stromwerte vergleicht und sie an die Endstufe weitersendet. Es wird ein elektrisches Ausgangssignal geliefert und der Oszillator beginnt erneut zu schwingen, wenn das elektrisch leitende Objekt wieder entfernt wird. Beispiele für verschiedene Varianten gibt es unter: http://www.ssensor.eu/ipf/INDUKTIV_KAPACITIV/Hasab_2400_induktiv.pdf.

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