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Sensoren - Referat

20060085:ref:Sensoren
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!Induktive Sensoren

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Funktion:
beruht auf der Wechselwirkung metallischer Leiter mit seinem elektromagnetischen Wechselfeld. Im Leiter werden Wirbelströme induziert, die dem Feld Energie entziehen und dadurch die Schwingungen dämpfen. Der folgende Signalauswerter setzt diese Information in ein eindeutiges Schaltsignal um.

Einsatz nur bei metallischen Gegenständen=> daher für unser Projekt ungeeignet!

 

Optische Sensoren

 
Man unterscheidet 3 Grundsysteme:

1. Einweglichtschranke

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Einweglichtschranken bestehen aus getrennten Sender- und Empfängereinheiten, die optisch miteinander verbunden sind und in Spezialfällen als optische Verbindung Lichtwellenleiter benutzen. Objekte, die den Lichtstrahls unterbrechen lösen einen Schaltvorgang aus und werden dann ausgewertet.

2. Reflexionslichtschranke

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Bei Reflexionslichtschranken befinden sich Sender und Empfänger in einem Gehäuse. Ein Triple-Reflektor auf der gegenüberliegenden Seite der Taststrecke wirft das Licht des Sensors wieder zum Empfänger zurück.

Nachteil: geringere Reichweiten erreichbar, da bei doppelten Lichtweg Verluste am Reflektor auftreten.

3. Refelxionslichttaster

Der Aufbau entspricht dem der Reflexionslichtschranke, wobei sich Sender und Empfänger in einem Gehäuse befinden. Auch hier wird das reflektierte Licht zur Auswertung benutzt. Jedoch arbeitet der Taster nicht mit dem reflektierten Licht eines Tripelspielgels, sondern mit dem Licht, das von dem zu erfassenden Gegenstand reflektiert wird. Dieses Prinzip kommt der Arbeitsweise der induktiven und kapazitiven Näherungschalter am nächsten.

Weitere Optoelektronische Sensortypen

Lasersensoren
Gabellichtsensoren
Distanzsensoren
Farbsensoren

Eigenschaften

Merkmale

  • hohe Positioniergenauigkeit
  • berührungslose Abfrage
  • große Reichweite
  • einfaches Messverfahren
  • durchsichtige Objekte können nicht erfasst werden
  • Verschmutzungsgefahr
  • Lichtstreuung durch Partikel in der Luft

 
Quelle:Firma SICK

Ultraschallsensoren

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Ein Ultraschalldistanzsensor sendet zyklisch einen kurzen, sehr intensiven Schallimpuls ab, welcher sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft fortpflanzt. Trifft dieser Impuls auf ein Objekt, wird er zum Teil reflektiert. Dieses Echo gelangt zurück zum Sensor, welcher aus der Zeitspanne zwischen Aussenden des Impulses und Empfangen des Echos die Entfernung zum Objekt berechnet. Da die Messung der Objektdistanz unabhängig von der Intensität des Echos ist, spielt das Material der zu erfassenden Objekte, sowie deren Oberflächenbeschaffenheit praktisch keine Rolle.

Merkmale Ultrsaschallsensoren

 
• Unempfindlich gegenüber Schwebstoffen in der Luft
• Erkennt auch transparente Objekte und Flüssigkeiten
• Berührungsloses Detektieren und Abstandmessen von Objekten mit Ultraschall
• Kompakte, weitgehend schmutzunempfindliche Bauweise
• Großer variabel einstellbarer Messbereich
• Hohe Messgenauigkeit bei geringer Datenmenge
• Robustheit, Langzeitstabilität

Sehr geeignet für Projekt

Quelle: Pepperl-Fuchs, Welotec

Kapazitive Sensoren

 
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Funktion

Aktives Element ist die Anordnung einer scheibenförmigen Sensorenelektrode und einer becherförmigen Abschirmung, welche zusammen einen Kondensator mit der Ggrundkapazität bilden. Durch Annähern eines Objekts an die Sensorfläche im Abstand s ändert sich die Kapazität. Dabei ist der Schaltabstand um so größer, je höher die Dielektrizitätskonstante des zu erkennenden Objektes ist.
Kapazitive Näherungssensoren erkennen metallische und nichtmetallische Objekte.

 

Eigenschaften Kapazitiver Sensoren
  • universell einsetzbar: kann alle Materialien von Öl bis Metall erkennen!!!
  • Berührungslos -> verschleißfrei, unempfindlich gegen Verschmutzung
  • einfache robuste Bauweise -> lange Lebensdauer
  • Unempfindlich gegen Störungen -> problemloser Einsatz unter Extrembedingungen (bis zu 500 bar, Temperaturen von -200 bis +400°C)

 
Einsatzbereiche

  • Fülllstandsüberwachung
  • Anwesenheitskontrolle
  • Niveaukontrolle von Schüttgütern
  • Endkontrolle bei Verpackungsvorgängen

 
-> Sehr geeignet für Projekt

 

Korrekturfaktoren
Tritt ein elektrisch nichtleitendes Betätigungselement in das Sensorfeld ein, ändert sich die Kapazität proportional zu r zum Abstand zur "aktiven Fläche". Sie wird aber nie größer als bei Metallen. Da der Bemessungsschaltabstand s sich auf eine geerdete Normmeßplatte aus Fe 360 bezieht, müssen die Schaltabstände für andere Materialien korrigiert werden.
Korrekturfaktoren für typische Materialien stehen in der nebenstehenden Tabelle:

Material Korrekturfaktor für Holz 0,2- 0,7
Quelle: Firma Pepperl-Fuchs

 

Radiometrische Füllstandsmessung

Die Gammaquelle sendet ein elektromagnetische Welle aus, die beim Durchdringen von Materialien eine Dämpfung erfährt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters ist einDetektor montiert, der die empfangene Strahlung in ein elektrisches Signal umwandelt.

Außergewöhnlich zuverlässiges und Messprinzip,weches immer dann eingesetzt wird, wenn andere Verfahren versagen (unbeeinflusst von Temperatur, Druck,...)
--> für Pelletabfrage zwar geeignet aber eigentlich "überqualifiziert"

Quelle: Firma Endress und Hauser, Handbuch für Sensortechnik

 

Füllstand Schüttgüter Sensoren

 
Paddle-Füllstandswächter

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Der 'Klassiker' zur Messung von Min- und Max-Füllständen bei Schüttgütern. Einfach, zuverlässig und kostengünstig für ein breites Spektrum an Applikationen geeignet. Hochtem-peraturversion bis 399° C, Standard bis 149° C.

 
"Schwinggabel"

Sie wird auf ihre Resonanzfrequenz angeregt, welche sich beim Eintauchen in Schüttgüter ändert.

Quelle: Firma Trenka

 

FÜLLSTAND SCHÜTTGÜTER

Vibrationsgrenzschalter

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Die Elektronik legt Schwingstab zu schwingungen an solange dieser mit Schüttgut bedeckt ist, wird die Schwingung gedämpft. Dies erkennt die Elektronik und schaltet ein Relais. Durch sinkenden Füllstand wird er wieder freigelegt und kann auf seine Resonanzfrequenz schwingen. Das Relais schaltet dann wieder zurück.

Vorteile:
kontinuierliche Messung
zuverlässig, unbeeiflusst durch Umgebung
Schmutzunempfindlich
einfacher Einbau

"Lot"
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Ein über einen Motor betriebenes Seil fährt mit Füllstand auf und ab und stellt somit die Füllhöhe des Behälters fest.
-> kontinuierliche Messung

Quelle: Firma Trenka

 

Gehäusevariantionen

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Quaderförmige NS: 5-fach umsetzbar (vorn, rechts, links, oben, unten)

Flächenschalter: große Stirnfläche -> großer Schaltabstand

Zylinderförmige NS: aktive Fläche an stirnseite in axialer Richtung

Schlitzförmige: Aktivfläche zwischen Schenkeln

Ringförmige: Schaltfunktion wird ausgelöst wenn Objekt sich in Ring hineinbewegt

Quelle:Pepperl-Fuchs

 

 


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