Was ist ein Näherungssensor?
Eine der einfachsten Funktionen eines Näherungssensors besteht darin, ein klares Ja- oder Nein-Signal zu geben, etwa das Ein- oder Ausschalten eines Schalters, was wir oft als 1 oder 0 sehen. Mit dieser Art von eindeutigem Signal lässt sich problemlos arbeiten , insbesondere wenn es an verschiedene elektronische Systeme angeschlossen wird. Es geht um Aktion und Reaktion. Wenn beispielsweise in einer Fabriklinie ein Näherungssensor ein Teil auf dem Förderband erkennt, kann er das Steuerungssystem anweisen, eine bestimmte Aufgabe zu starten, beispielsweise mit dem Schweißen oder dem Zusammensetzen von Teilen.
Die Vielseitigkeit dieser Sensoren, gepaart mit ihrer Fähigkeit, eine sofortige Rückmeldung über das Vorhandensein oder Fehlen von Objekten zu geben, macht sie für die moderne Industrie von unschätzbarem Wert und trägt erheblich zur Automatisierung und Sicherheit bei.
Art der Näherungssensoren: Funktionsprinzipien und Merkmale
Induktive Näherungssensoren
Wenn der Sensor diese Änderung erkennt, stellt er fest, dass sich in dem von ihm erfassten Bereich ein Metallgegenstand befindet, und sendet ein Signal aus. Dieses Signal schaltet normalerweise von „Aus“ auf „Ein“ (oder von 0 auf 1) um, und mit dem Sensor verbundene Systeme können diese Informationen nutzen, um beispielsweise ein Förderband anzuhalten oder jemanden darüber zu informieren, dass ein Teil zur Montage eingetroffen ist. Die Art und Weise, wie diese Sensoren Signale umschalten, ist unkompliziert und zuverlässig, was sie an Orten, an denen es auf die Suche nach Metall ankommt, äußerst wichtig macht.
Die Reichweite dieser Sensoren ist jedoch nicht immer gleich – sie kann sich je nach Beschaffenheit und Größe des Metallobjekts ändern. Normalerweise sind sie gut darin, Objekte aus der Nähe, bis zu einer Entfernung von etwa 60 mm, zu erkennen. Es macht auch einen großen Unterschied, woraus das Objekt besteht. Metalle wie Stahl, die Magneten sehr gefallen, können in größerer Entfernung erfasst werden als Metalle wie Aluminium, die keine starken Ströme erzeugen und näher am Sensor sein müssen. Dieser Unterschied in der Art und Weise, wie sie Dinge erfassen, bedeutet, dass Sie bei der Auswahl und Platzierung dieser Sensoren entsprechend Ihren Anforderungen vorsichtig sein müssen, um sicherzustellen, dass sie mit dem übereinstimmen, was Sie erfassen möchten.
Kapazitive Näherungssensoren
Diese Kapazitätsänderungen beeinflussen die Funktionsweise des Oszillators und verändern entweder seine Frequenz oder die Stärke seines Signals. Das Erkennungssystem des Sensors überwacht diese Änderungen und weist den Ausgangsteil des Sensors an, sein Signal zu erhöhen, wenn es feststellt, dass sich etwas Großes geändert hat. Dieser Wechsel erfolgt normalerweise von „Aus“ auf „Ein“, was bedeutet, dass der Sensor etwas in seinem Raum bemerkt hat. Eine coole Sache an kapazitiven Sensoren ist, dass sie auf mehr oder weniger empfindlich eingestellt werden können, sodass sie eine Vielzahl von Materialien aus unterschiedlichen Entfernungen erkennen können. Sie können Objekte aus einer Entfernung von nur wenigen Millimetern bis zu etwa 40 mm erkennen, je nachdem, woraus das Objekt besteht und wie groß es ist.
Magnetische Näherungssensoren
Nun ist die Entfernung, aus der diese Sensoren etwas Magnetisches erkennen können, nicht besonders groß – wir sprechen hier von nur wenigen Millimetern bis vielleicht ein paar Zentimetern. Es hängt wirklich davon ab, wie stark das Magnetfeld ist und wie empfindlich der Sensor ist. Mit ihnen muss man etwas vorsichtig sein, denn andere herumhängende Magnetfelder können ihnen das Spiel verderben. Das bedeutet, dass die richtige Platzierung und Einstellung sehr wichtig ist, insbesondere wenn Sie in schwierigen Situationen zuverlässig sein müssen. Magnetische Näherungssensoren werden in Umgebungen sehr geschätzt, in denen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen von größter Bedeutung sind.
Ultraschall-Näherungssensoren
Im Gegensatz zu induktiven und kapazitiven Sensoren, die einen einfachen Ein-Aus-Ausgang bieten, liefern Ultraschallsensoren einen kontinuierlichen Datenstrom. Diese Daten spiegeln die unterschiedlichen Entfernungen erkannter Objekte wider. Ihr Können zeigt sich bei Aufgaben, die genaue Entfernungsmessungen erfordern, und deckt effizient einen Bereich ab, der bis zu mehreren Metern betragen kann. Dieser Bereich ist jedoch nicht konstant; Sie wird durch das Design des Sensors sowie durch die Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Zielobjekts bestimmt. Diese Synergie von Design und Umgebung bestimmt die letztendliche Wirksamkeit des Sensors bei der Messung von Entfernungen.
Photoelektrische Näherungssensoren
Ihre Funktionsweise ist einfach: Sie bemerken Veränderungen im Licht, die dadurch verursacht werden, dass sich dort etwas befindet. Diese Änderungen können einen Schalter umlegen und Ihnen sagen, ob etwas da ist oder nicht, oder sie können Ihnen ein variierendes Signal geben, das sich je nach Entfernung des Objekts oder der Art und Weise, wie es Licht reflektiert, ändert. Fotoelektrische Sensoren sind cool, weil sie Dinge in großer Entfernung erkennen können – bei manchen Typen bis zu mehreren zehn Metern. Aber die reflektierenden und diffusen Typen eignen sich besser für Nahaufnahmen. Die Art und Weise, wie sie funktionieren, kann sich je nach Größe, Form und Material des Objekts ändern. Das macht sie superflexibel für viele verschiedene Einsatzzwecke.
Merkmale von Näherungssensoren
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Berührungslose Bedienung: Näherungssensoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie Objekte erkennen, ohne dass ein physischer Kontakt erforderlich ist. Dieser nicht-invasive Ansatz verhindert Schäden oder Verschleiß sowohl am Sensor als auch an den erkannten Objekten und sorgt so für Langlebigkeit und Wahrung der Integrität empfindlicher Materialien.
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Haltbarkeit und Langlebigkeit: Durch den Einsatz von Halbleitertechnologie für ihre Ausgabemechanismen vermeiden Näherungssensoren den mit mechanischem Kontakt verbundenen Verschleiß, was zu einer deutlich längeren Betriebslebensdauer führt. Diese Eigenschaft ist besonders wertvoll in rauen Industrieumgebungen, in denen Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von größter Bedeutung sind.
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Beständigkeit gegen Umwelt Factors: Die Fähigkeit von Näherungssensoren, in Umgebungen mit hohem Schmutz-, Öl- und Feuchtigkeitsgrad zuverlässig zu funktionieren, unterscheidet sie von optischen Erkennungsmethoden, die unter solchen Bedingungen beeinträchtigt sein können. Bestimmte Modelle sind mit Materialien wie Fluorharz ummantelt und bieten so eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Chemikalien und korrosiven Substanzen.
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Schnelle Reaktionszeiten: Näherungssensoren sind für ihre schnelle Reaktion auf erkannte Objekte bekannt. Diese Funktion ist von entscheidender Bedeutung bei Anwendungen, die Echtzeitdaten erfordern, wie z. B. Montagelinien oder Sicherheitsmechanismen, bei denen Verzögerungen bei der Erkennung zu Engpässen oder Unfällen führen können.
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Einsatzfähig in einem breiten Temperaturbereich: Das robuste Design von Näherungssensoren ermöglicht ihren Betrieb in einem breiten Temperaturspektrum von -40 °C bis zu 200 °C. Diese Vielseitigkeit gewährleistet ihre Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen, von der Kühllagerung bis hin zu industriellen Hochtemperaturprozessen.
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Farb- und Oberflächenunabhängigkeit: Im Gegensatz zu visionsbasierten Erkennungssystemen sind Näherungssensoren weitgehend unabhängig von der Farbe oder Oberflächenbeschaffenheit des erkannten Objekts. Dies ermöglicht eine konsistente Erkennungsleistung über eine Vielzahl von Materialien und Farben hinweg.
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Sensibilität gegenüber der Umgebung: Während Näherungssensoren zahlreiche Vorteile bieten, kann ihre Leistung durch die Umgebung beeinflusst werden, einschließlich Temperaturschwankungen und der Anwesenheit von metallischen oder nichtmetallischen Objekten in der Nähe. Dies erfordert eine sorgfältige Platzierung und Kalibrierung, um Störungen zu minimieren und eine genaue Erkennung sicherzustellen.
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Vielfalt in der Konfiguration: Näherungssensoren sind in Konfigurationen erhältlich, die Zweileitersysteme umfassen, bei denen die Strom- und Signalleitungen integriert sind. Dieses Design vereinfacht die Verkabelung, erfordert jedoch eine sorgfältige Installation, um Schäden an den internen Komponenten des Sensors zu vermeiden. Stellen Sie immer sicher, dass eine Last vorhanden ist, um den Sensor zu schützen.
Anwendungen von Näherungssensor
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Zu den Fertigungs- und Automatisierungsfunktionen gehören die Teileerkennung, die Maschinenpositionskontrolle und die Sicherstellung der ordnungsgemäßen Betriebsabläufe am Fließband.
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Automobilsektor: Einparkhilfe, Erkennung der Airbagauslösung anhand der Sitzbelegung und Aktivierung des schlüssellosen Zugangssystems.
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Unterhaltungselektronik: Um den Akku zu schonen und versehentliche Berührungen zu vermeiden, schalten Sie beim Telefonieren die Bildschirme von Smartphones und Tablets aus.
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Materialhandhabung: Sortieren, Zählen und Kollisionsvermeidung durch Erkennung der Platzierung von Gegenständen auf Fördersystemen.
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Sicherheit und Überwachung: Das Erkennen unerwünschter Zutritte oder Bewegungen, das Auslösen von Alarmen oder die Überwachung von Systemen sind Teil der Sicherheit und Überwachung.
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Landwirtschaft: Optimierung der Route landwirtschaftlicher Maschinen durch Identifizierung von Nutzpflanzen oder Hindernissen.
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Robotik: Ermöglicht die Erkennung von Gegenständen durch Roboter zur Handhabung, Navigation und Kollisionsvermeidung.
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Gesundheitswesen: Verfolgung der Komponentenstandorte, um eine sichere Funktion des Geräts zu gewährleisten.
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Aufzüge und Rolltreppen: Identifizierung der Standorte von Aufzugskabinen und Personen, um eine sichere Mobilität zu ermöglichen.
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Türen und Tore: Öffnen ohne menschliches Zutun für Fußgänger oder Autos.
Installations- und Wartungstipps für optimale Sensorleistung
Installation Tips:
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Wählen Sie den richtigen Sensor: Passen Sie den richtigen Sensortyp an Ihre Anwendungsanforderungen an (zu erkennendes Material, Umgebungsbedingungen, Erfassungsbereich).
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Optimale Platzierung: Stellen Sie eine klare Sichtlinie zum Ziel sicher und vermeiden Sie Hindernisse, die den Sensorbetrieb beeinträchtigen könnten.
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Korrekte Ausrichtung: Richten Sie die Sensoren für eine genaue Erkennung präzise auf den Zielbereich aus.
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Denken Sie an die Umwelt: Bewahren Sie es an einem Ort auf, der vor extremen Wetterbedingungen, Wasser und Staub geschützt ist. Überprüfen Sie die IP-Einstufung auf Robustheit.
Wartung Tips:
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Regelmäßige Reinigung: Halten Sie die Oberfläche des Sensors sauber, um falsche Messwerte oder Erkennungsfehler zu vermeiden.
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Regelmäßige Tests: Testen Sie die Sensoren regelmäßig, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren, und passen Sie die Einstellungen bei Bedarf an.
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Schutzmaßnahmen: Verwenden Sie unter rauen Bedingungen Schutzabdeckungen oder Halterungen, um die Sensoren vor Beschädigungen zu schützen.
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Firmware aktualisieren: Halten Sie die Software immer auf dem neuesten Stand, um die beste Leistung und neue Funktionen zu erzielen.
Häufige Probleme und Lösungen für Näherungssensoren
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Ursache: Wird häufig durch umliegende Gegenstände verursacht, die unbeabsichtigt in den Erfassungsbereich des Sensors gelangen, oder durch Umgebungseinflüsse wie elektromagnetische Wellen.
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Positionieren Sie den Sensor neu und entfernen Sie ihn von Störquellen oder ändern Sie die Empfindlichkeitseinstellungen am Sensor. Es kann auch von Vorteil sein, den Sensor vor elektromagnetischem Rauschen abzuschirmen.
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Ursache: Kann durch unsachgemäße Installation verursacht werden, z. B. durch die falsche Position des Sensors im Verhältnis zum Ziel oder durch die Verwendung eines Sensors, dessen Erfassungsbereich für die beabsichtigte Funktion zu kurz ist.
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Überprüfen Sie als Lösung die Ausrichtung des Sensors und die Nähe zum Ziel. Denken Sie darüber nach, den Sensor näher an den Zielbereich heranzuführen oder einen Sensor mit größerer Erfassungsreichweite zu verwenden.
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Ursache: Schuld daran können wechselnde Umgebungsfaktoren wie Temperaturschwankungen sein, die sich auf die Funktion des Sensors auswirken, oder sporadische Störungen durch metallische Gegenstände.
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Lösung: Suchen und beseitigen Sie alles, was sporadisch in den Sichtbereich des Sensors gelangen könnte. Stellen Sie sicher, dass der Sensor für den Temperaturbereich der Betriebsumgebung ausgelegt ist. Möglicherweise muss der Sensor auch neu kalibriert werden, um Schwankungen in der Umgebung besser Rechnung zu tragen.
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Ursache: Der Sensor ist möglicherweise nicht für die Größe und Art des Ziels oder die Umgebungsbedingungen geeignet.
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Lösung: Wählen Sie einen Sensor, dessen Erfassungsbereich für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet ist. Für metallische Objekte sollte ein induktiver Sensor mit größerer Reichweite in Betracht gezogen werden. Kapazitive oder Ultraschallsensoren können eine Lösung für nichtmetallische Ziele bieten.
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Ursache: Metallische Gegenstände in der Nähe des Sensors können zu falschen Messwerten führen oder den effektiven Erfassungsbereich verringern.
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Lösung: Positionieren Sie den Sensor oder die metallischen Gegenstände neu, um deren Auswirkungen zu minimieren. Alternativ können Sie einen Sensor mit einem fokussierteren Erfassungsfeld verwenden.
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Ursache: Eine unzuverlässige Leistung kann dadurch verursacht werden, dass externe elektromagnetische Quellen den Sensorbetrieb stören.
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Lösung: Um zu verhindern, dass elektromagnetische Fremdsignale den Sensor oder die Kabel erreichen, installieren Sie eine Abschirmung um diese herum. Auch eine unsachgemäße Erdung kann minimiert werden, um Störungen zu verringern.
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Ursache: Der Betrieb außerhalb des empfohlenen Temperaturbereichs kann zu einer Fehlfunktion des Sensors führen.
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Lösung: Verwenden Sie Sensoren, die den spezifischen Temperaturbedingungen der Anwendung standhalten. Schutzgehäuse können auch dabei helfen, den Sensorbetrieb innerhalb eines sicheren Temperaturbereichs aufrechtzuerhalten.
Welches ist das Richtige für Ihre Anwendung?
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Merkmal/Überlegung
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Induktiv
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Kapazitiv
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Ultraschall
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Fotoelektrisch
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Magnetisch
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Sensormaterial
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Hauptsächlich Metalle
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Große Auswahl, auch Nichtmetalle
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Beliebiges Material
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Jedes Material, hervorragend transparent oder reflektierend
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Eisen Metalle
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Einfluss der Umwelt
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Weniger anfällig für nichtmetallische Substanzen
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Empfindlich gegenüber Umweltveränderungen
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Variabel abhängig von den Luftbedingungen
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Lichtverhältnisse können Einfluss haben
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Minimale, hauptsächlich magnetische Felder
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Abdeckung
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Kurz bis mittel
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Kurz bis mittel
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Mittel bis lang
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Kurz bis lang, je nach Typ unterschiedlich
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Kurz bis mittel
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Reaktionszeit
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Sehr schnelle
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Schnell
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Medium
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Schnell bis sehr schnell
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Schnell
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Art der Ausgabe
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Binär (EIN/AUS)
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Binär (EIN/AUS)
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Binär oder analog
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Binär (EIN/AUS) oder analog
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Binär (EIN/AUS)
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Anfälligkeit für Lärm
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Mäßig, abhängig von der Umgebung
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Sneaker
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Hoch, klangbasiert
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Niedrig, kann durch externe Lichtquellen beeinflusst werden
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Niedrig, spezifisch für magnetische Störungen
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Anwendungen
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Maschinen- und Automobilerkennung
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Füllstandserkennung, Materialerkennung
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Entfernungsmessung, Objekterkennung
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Verpackung, Fließbandzählung
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Positionserkennung, Rotationserkennung
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FAQs
Was ist der Unterschied zwischen NPN- und PNP-Ausgang bei Näherungssensoren?
PNP-Sensoren bedeuten Positiv-Negativ-Positiv. Sie funktionieren unterschiedlich. PNP-Sensoren liefern Strom. Sie verbinden sich mit der positiven Seite eines Stromkreises, wenn sie ein Objekt erkennen. Systeme mit positiver Masse verwenden PNP.
Die Wahl zwischen NPN und PNP hängt von Ihrem System ab. Es geht darum, wie das System Signale nutzt. PNP-Sensoren eignen sich für Systeme, die nach hohen Signalen suchen. NPN-Sensoren sind für diejenigen gedacht, die niedrige Signale benötigen.
Bei ungeschirmten oder nicht einbaubaren Sensoren fehlt diese Abschirmung. Ihr Erfassungsbereich erstreckt sich über die Vorderseite und die Seiten des Sensors hinaus. Dies macht sie vielseitiger bei der Erkennung von Objekten aus verschiedenen Winkeln. Allerdings müssen Sie bei der Platzierung vorsichtig sein. Ohne den Schild könnten sie unbeabsichtigte Objekte wahrnehmen.
