Arten

Man unterscheidet grob zwischen induktiven Näherungssensoren und induktiven Näherungschaltern, wobei die Wirkweise auf dem gleichen induktiven Wirbelstromprinzip beruht. Es bestehen für deratige Messwertaufnehmer verschiedene Namen, bspw. induktive Näherungssensoren, Wirbelstromsensoren oder schlicht Induktivsensoren. Diese werden vielfach aquivalent für beide Arten genutzt, obwohl erhebliche Unterschiede in Aufbau, Einsatz und nicht zuletzt den Kosten bestehen.

Induktive Näherungssensoren werden zum Messen eines Abstands zu einem Messobjekt mit leitender Oberfläche genutzt. Sie werden häufig an das Material angepasst und in verhältnismäßig kleiner Stückzahl für spezifische Aufgaben produziert.

Induktive Näherungsschalter hingegen messen die Anwesenheit eines Objekts in einem gewissen Abstand zum Sensor, nicht jedoch den tatsächlichen Abstand. Wegen der Vielzahl und Häufigkeit dieser Anwendungen handelt es sich hierbei um ein Massenprodukt.

MESSOTRON beschäftigt sich ausschließlich mit Näherungssensoren, und hierbei insb. mit Varianten für den Hochtemperatureinastz in der industriellen Maschinenüberwachung bzw. dem Condition Monitoring.

 

Wirkprinzip

Wirbelstromsensoren, oder auch induktive Näherungssensoren genannt, nutzen den physikalischen Effekt der Güteveränderung eines Resonanzschwingkreises, dem durch Wirbelstromverluste in leitfähigen Materialien Energie entzogen wird. Dabei ist der Energieentzug des Messkreises in einem definierten Bereich linear zum Abstand des Sensors von der Messoberfläche bzw. dem sogenannten Target-Material.

Der induktive Näherungssensor bildet hierbei zusammen mit einem Kondensator einen LC-Schwingkreis, der von einem Oszillator zu hochfrequenten Schwingungen, bspw. 1 MHz, angeregt wird. Durch die elektrischen Schwingungen wird am Kopf des Näherungssensors ein elektromagnetisches Wechselfeld ausgesendet.

Wird ein elektrisch leitfähiges Objekt in das elektromagnetische Feld gebracht, entstehen in der Oberfläche des Objekts Wirbelströme, die dem Feld Energie entziehen und die Schwingung dämpfen. Die Veränderung der Schwingungsamplitude wird von einer speziellen Elektronik (Wirbelstromkonverter) ausgewertet und in ein zum Abstand proportionales Ausgangssignal umgewandelt.

Der im Messobjekt erzeugte Wirbelstrom ist sehr klein und erzeugt keine nennenswerte Erwärumg oder magnetische Beeinflussung des Materials. Induktive Näherungssensoren arbeiten berührungslos, verschleißfrei und sind in entsprechend gekapselter Ausführung unempfindlich gegenüber Vibrationen, Feuchtigkeit und Verschmutzungen.

 

Einsatzgebiete

Induktive Näherungssensoren eignen sich für zahlreiche anspruchsvolle industrielle Anwendungen zur Positionsbestimmung und Abstandsmessung, insb. im Bereich der Maschinenüberwachung von rotierenden Wellen bspw. von Turbinen, Pumpen, Gebläsen, Lüfter, Wlazwerken und anderen Großmaschinen. Sie haben eine hohe Dynamikbandbreite, arbeiten vollständig brührungsfrei und lassen sich problemlos in verschiedenen Medien wie Schmiermittel oder Öl und sogar unter Druck einsetzen.

Im Gegensatz zu den kontinuierlich messenden Näherungssensoren werten induktive Näherungsschalter nur das Vorhandensein eines Objektes aus. Sie kommen in fast jedem industriellen Umfeld zum Einsatz, bspw. in Produktion, Prüfung und der Automation. Aus der Messaufgabe der reinen Anwesenheitsprüfung ergeben sich unzählige Einsatzfelder, weshalb Näherungsschalter ein günstiges Massenprodukt darstellt.

 

Auswerte-Elektronik / Konverter

Wirbelstromsensoren benötigen für den Betrieb eine Elektronik. Diese kann im Sensor integriert sein oder separat daran angeschlossen werden. Die separate Einheit wird als Konverter bezeichnet.
Die Elektronik versorgt die Spule im Sensor mit einem hochfrequenten Wechselstrom und wandelt das Ausgangssignal des Sensors in ein abstandsproportionales Signal um.
Da Sensor, Kabel und Elektronik eine aufeinander abgestimmte Einheit bilden, kann man die Elektronik nicht einfach austauschen oder das Kabel kürzen.

 

Messbereich des Sensors

Der Messbereich des Sensors definiert den gültigen Abstandsbereich des Sensors zur Bauteiloberfläche.

 

Schaltschwellen

Bei einigen Auswerte-Elektroniken können Schaltschwellen eingestellt werden um z.B. Alarm auszulösen.

 

Mindestabstand

Als Mindestabstand (auch als "Spalt" oder "Luftspalt" bezeichnet) wird der Abstand zwischen Sensorkopf und dem nächsten Punkt des Messobjekts bezeichnet. Der Mindestabstand ist bei der Montage zu beachten, um Beschädigung des Sensors zu vermeiden und eine einwandfreie Messfunktion zu gewährleisten

 

Linearität

Die Angabe zur Linearität bezieht sich immer auf ein aufeinander abgestimmtes Wirbelstrom-Sensor-System bestehend aus Sensor und Elektronik.

 

Referenz- / Targetmaterial

Bei Wirbelstromsensoren sind die gemessenen Ausgangswerte stark abhängig von Art, Beschaffenheit (innere Struktur), Größe und Geometrie des zu erfassenden Materials. Jeder Sensor wird an das zu messende Objekt angepasst.


Niedertemperatur-Sensoren MNS:
Die Niedertemperatur-Sensoren MNS mit integrierter Elektronik werden werksseitig an ein genau definiertes Objekt angepasst. Hierbei wird als Referenzmaterial Stahl vom Typ ST37 verwendet. Als Normmessplatte dient eine Quadratische Messplatte aus Stahl (St37) mit einer Dicke von 1mm und geglätteter Oberfläche. Die Länge des Quadrates ist gleich dem Durchmesser der aktiven Fläche.
Die Kenndaten der Sensoren gelten für das genannte Referenzmaterial, andere Materialien bzw. Objektabmessungen können zu Abweichungen in den Kenndaten führen (z.B. Messbereich, Linearität) und müssen durch Korrekturfaktoren ausgeglichen werden. Typische Korrekturfaktoren für induktive Geräte sind z.B.: St37 = 1; V2A ca. 0,7; Ms ca. 0,4; Al ca. 0,3; Cu ca. 0,2


Hochtemperatur-Sensoren MNH:
Bei den Hochtemperatur-Sensoren MNH bilden Sensor, Kabel und Elektronik eine Einheit.
Hierbei ist für die Anpassung an andere Objektmaterialien oder -geometrien optional
- beim MNHCON ein werksseitiger Sonderabgleich möglich oder
- beim MNHµCON eine Anpassung über Software direkt vor Ort.

 

Länge des Anschlusskabels

Die Länge des Anschlusskabels stellt bei separater Auswerte-Elektronik eine nicht zu vernachlässigende Einflussgröße auf das Messergebnis dar, da sich der Kabelwiderstand auf die Gesamtdämpfung auswirkt.

 

Wirbelstrommesskette

Die Wirbelstrommesskette von Messotron besteht aus einem Wirbelstromsensor, einem Kabel und einem Konverter. Da alle drei Elemente schon vom Werk aus aufeinander abgestimmt sind und die Linearisierungskurve bereits im Konverter hinterlegt ist, kann die Messkette sofort eingesetzt werden (ready to use).

 

Betriebsspannung

Spannungsbereich, in dem der Näherungssensor sicher arbeitet.

Wirbelstromsensoren mit integrierter Elektronik werden mit Gleichspannung betrieben. Hierbei dürfen die Maximal- und Minimalwerte auch durch die Restwelligkeit nicht überschritten werden.

 

Bündiger Einbau

Die aktive Fläche des Sensors kann bündig abschließend in Metall eingebaut werden.

 

Nichtbündiger Einbau

Die aktive Fläche des Sensors muss von einem metallischen Freiraum umgeben sein.

 

Sensor-Frequenz

Die Sensor-Frequenz ist die Frequenz der Speisespannung des Wirbelstromsensors.

 

Dynamikbereich

Schnellste (sinus-förmige) Abstandsänderung (Maximale Anzahl von Signalwechseln) am Ausgang innerhalb einer Sekunde. Die angegebenen Werte werden in einem genormten Messverfahren nach IEC 947-5-2 ermittelt.

 

Grenzfrequenz

Anderer Begriff für Dynamikbereich.

 

Messgeschwindigkeit

Anderer Begriff für Dynamikbereich.

 

Schaltfrequenz

Anderer Begriff für Dynamikbereich.

 

Verpolungsfest

Ein interner Schutz bewahrt den Schalter bei Vertauschen der Anschlussleitung vor Zerstörung.

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