Aufbau und Funktionsweise kapaziter NäherungSensor

Hallo,

ich beschäftige mich gerade mit o.g. Sensor. Hauptziel ist es für mich solche Sensoren in der Praxis prüfen zu können, ob sie defekt sind oder nicht. Aus diesem Grund versuche ich die Funktionsweise zu verstehen. Folgende Informationen und Fragen tun sich bei mir nach Studium eines Lehrbuches auf.

Aktive Element ist eine Scheibenförmige Sensorelektrode und eine becherförmige Abschirmung? Diese beiden Elektroden bilden einen Kondensator mit der Grundkapazität C0. Durch annähern einer Schaltfahne an die Sensorfläche ändert sich die Kapazität um den Betrag DeltaC. Der Kondensator ist Bestandteil eines RC-Generators, dessen Ausgangsspannung von der wirksamen Kapazität zwischen Sensorelektrode und dem Schirmpotenzial abhängig ist. Bedeutet dies, das wenn die Kapazität des kondensator sinkt, das damit auch die Spannung zwischen den beiden Elektroden sinkt und dies wird irgendwie von der Elektronik des Sensors erfasst (Schmitt -Trigger) und ein Plussignal wird abgegeben (bei einem Sensor mit 3 Anschlüssen DC)
In einem Lehrbuch steht, das man diesen Sensor als Schließer und Öffner anschließen kann. Wie kann man die Funktionsweise technisch erklären?
Laut lehrbuch ist in solch einem kleinen Sensor ein Generator drin, ein Gleichrichter, Störimpulsausblendung und eine Endstufe. Ich habe solch einen Sensor durchmesser 2cm ebend auseinandergebaut. Es sieht aus wie auf einem Motherboard.

In meinen Fall wird der Sensor mit 28V betrieben und ist separat mit einer 500mA Sicherung abgesichert. Warum baut hier eine Sicherung ein? In der Praxis war ein kaputter Sensor mit ca. 3m zum Schaltschrank verlegt worden. 2m hätten auch gereicht. Ist es ratsam das Kabel zu kürzen, damit eventuell keine Induktionensspannungen auftreten?

Grüße, Matthias.

Hallo,

ich beschäftige mich gerade mit o.g. Sensor. Hauptziel ist es
für mich solche Sensoren in der Praxis prüfen zu können, ob
sie defekt sind oder nicht.

Dafür müsstest du nicht unbedingt die innere Funktion des Sensora
an sich verstehen. Der Sensor ist ok, wenn er die in den techn.
Daten zugesicherten Eigenschaften hat. Im speziellen Fall müste der
Lieferant/Hersteller sagen, wie ein Prüfung zu erfolgen hat.
Wichtig für die Prüfung ist der korrekte Anschluß und die
Art der Signalausgabe.

Aus diesem Grund versuche ich die
Funktionsweise zu verstehen. Folgende Informationen und Fragen
tun sich bei mir nach Studium eines Lehrbuches auf.

Hier wird auch was dazu erklärt:
http://www.studentenseite.de/diplomarbeiten/frameind…

Aktive Element ist eine Scheibenförmige Sensorelektrode und
eine becherförmige Abschirmung? Diese beiden Elektroden
bilden einen Kondensator mit der Grundkapazität C0. Durch
annähern einer Schaltfahne an die Sensorfläche ändert sich die
Kapazität um den Betrag DeltaC. Der Kondensator ist
Bestandteil eines RC-Generators, dessen Ausgangsspannung von
der wirksamen Kapazität zwischen Sensorelektrode und dem
Schirmpotenzial abhängig ist. Bedeutet dies, das wenn die
Kapazität des kondensator sinkt, das damit auch die Spannung
zwischen den beiden Elektroden sinkt

Nein, es verändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden
und damit z.B. die Frequenz des Generators oder die
Dämpfung/Amplitude.

und dies wird irgendwie
von der Elektronik des Sensors erfasst (Schmitt -Trigger) und
ein Plussignal wird abgegeben (bei einem Sensor mit 3
Anschlüssen DC)

Was nach dem primären Sensorschaltung kommt, ist eine andere Sache.
Hinten dran ist dann immer eine Ausgabeschaltung. In Deinem Fall
ein einfacher binärer Schaltkontakt.

In einem Lehrbuch steht, das man diesen Sensor als Schließer
und Öffner anschließen kann. Wie kann man die Funktionsweise
technisch erklären?

Je nachdem, wird eben ein Transitor oder auch Relaiskontakt
geöffnet oder geschlossen.
Öffner -> Kontakt/Transistor im Ruhezustand geschlossen
Schließer-> Kontakt/Transsitor im Ruhezustand offen

Laut lehrbuch ist in solch einem kleinen Sensor ein Generator
drin, ein Gleichrichter, Störimpulsausblendung und eine
Endstufe. Ich habe solch einen Sensor durchmesser 2cm ebend
auseinandergebaut. Es sieht aus wie auf einem Motherboard.

Logisch, ist alles mit SMD-Bauelementen kleiner Bauform aufgebaut.
Wie sonst sollte man recht komplexe Schaltungen in so ein kleines
Sensorgehäuse reinbekommen.

In meinen Fall wird der Sensor mit 28V betrieben und ist
separat mit einer 500mA Sicherung abgesichert.

Übliche Betriebsspannung in der Indutrie sind 24V, aber viele
solcher Sensoren arbeiten in einem weiten Spannungsbereich
(z.B. 10…40VDC).
http://www.sick.de/de/products/categories/industrial…

Warum baut hier eine Sicherung ein?

Eine Sicherung hat in der Regel Schutzfunktionen
-> Personenschutz (natürlich nur bei gefährlicher Spannung)
-> Anlagenschutz (damit nix abbrennt oder andere Systeme wegen
einem Kurzschluß eines Sensors außer Gefecht gesetzt werden.
-> Geräteschutz (um Folgeschäden an einem Gerät zu vermeiden,
z.B. wegen falscher Installation -> falsch angeklemmt oder so).

In der Praxis war ein kaputter Sensor mit
ca. 3m zum Schaltschrank verlegt worden. 2m hätten auch
gereicht. Ist es ratsam das Kabel zu kürzen, damit eventuell
keine Induktionensspannungen auftreten?

Das sollte nicht kritisch sein. Die Anschlußkabel werden doch
bloß für die Betriebsspannung und das Ausgangssignal gebraucht.
Natürlich sind immer die techn. Spezifikationen einzuhalten.
Es können natürlich auch Störungen von außen (z.B. auf Leitung
der Betriebsspannung) zu Beeinträchtigungen führen. Das ist dann
aber kaum ein Problem von einem Meter mehr Anschlußkabel.
Gruß Uwi

Hallo Matthias,

ich beschäftige mich gerade mit o.g. Sensor. Hauptziel ist es
für mich solche Sensoren in der Praxis prüfen zu können, ob
sie defekt sind oder nicht.

In den Angaben des Herstellers sind die Schaltpunkte angegeben.
Die einfachste Prüfung erfolg indem du ein Stück Metal vor den Sensor hälst.
Für eine genaue Prüfung musst du den Sensor langsam an eine Metalfläche heranschieben, wenn er schaltet den Abstand messen, danach den Sensor langsam wieder von der Metalfläche weg verschieben und wenn er abschaltet wieder den Abstand messen.

Aktive Element ist eine Scheibenförmige Sensorelektrode und
eine becherförmige Abschirmung? Diese beiden Elektroden
bilden einen Kondensator mit der Grundkapazität C0. Durch
annähern einer Schaltfahne an die Sensorfläche ändert sich die
Kapazität um den Betrag DeltaC. Der Kondensator ist
Bestandteil eines RC-Generators, dessen Ausgangsspannung von
der wirksamen Kapazität zwischen Sensorelektrode und dem
Schirmpotenzial abhängig ist.

Es gibt verschiedene Prinzipien wie man die Kapazitätsänderung auswerten kann (die gleichen Prinzipien werden auch für Induktive Sensoren verwendet):

  1. Der Kondensator wird als Frequenzbestimmendes Element verwendet. Ändert sich die Kapazität, so ändert sich auch die Frequenz. Die Frequenzänderung wird ausgewertet.
  2. Der Oszillator ist kritisch ausgelegt. Ändert sich die Kapazität so hört der Oszillator auf zu schwingen.
  3. Es wird mit einer festen Frequenz gearbeitet und der Wechselstromwiderstand des Kondensators gemessen.

Das Messprinzip sollte aber für dein Problem keine Rolle spielen, da der Sensor ja nur über mechanische Parameter bestimmt wird (Einschaltpunkt, Hysterese, Wiederholgenauigkeit).

MfG Peter(TOO)

MfG Peter(TOO)