In dit artikel behandelen we de verschillen tussen de inductieve en capacitieve naderingsschakelaars, geven we uitleg over de werking ervan met daarbij een aantal toepassingen als voorbeeld.

Wat zijn naderingsschakelaars?

Voordat we dieper in gaan op het verschil tussen inductieve en capacitieve sensoren, is het eerst belangrijk om te weten wat precies een naderingsschakelaar is. Een naderingsschakelaar, ook wel nabijheidssensor genoemd, is een sensor die de aanwezigheid van objecten in de buurt kan detecteren zonder daadwerkelijk fysiek contact te hoeven maken. Deze sensor werkt volgens het volgende principe: er wordt elektromagnetisch signaal uitgezonden en deze zoekt naar veranderingen in het retoursignaal. Wanneer de sensor een object waarneemt, zal het retoursignaal korter zijn dan wanneer het geen object waarneemt.

Het grootste voordeel van een contactloze inductieve/capacatieve sensor, ten opzichte van een sensor op basis van contact, is dat deze een langere functionele levensduur heeft. Dit komt doordat er geen beschadigingen en slijtage op kan treden, vanwegen het ontbreken van contact tussen de sensor en het object. Het verschil tussen inductieve en capacitieve sensoren zit in het materiaal dat de nabijheidssensor kan detecteren. Een capacitieve naderingsschakelaar kan bijvoorbeeld geschikt zijn voor een kunststof object; een inductieve nabijheidssensor vereist altijd een object van ferrometaal.

Naast het materiaal van het object, zijn onderstaande criteria belangrijk voor de keuze van de juiste sensor:

  • Meetbereik van de sensor;
  • Beschermingsklasse;
  • gewenste uitgang: PNP/NPN;
  • Manier van schakelen NC/NO;
  • Inbouwwijze: bonding of niet-bondig;
  • Aansluiting: Connector of vaste kabel.

Inductieve nabijheidssensor

Zij werken volgens het principe van verandering van inductie, het magnetisch veld dat de sensor uitstraalt. Dit houdt in dat wanneer een metalen object dichtbij een inductieve sensor komt, de impedantie in de spoel verandert. De verandering van deze impedantie hangt af van de afstand tussen het metalen object en de sensor. Het voordeel van inductieve sensoren is dat zij ongevoelig zijn voor niet-geleidende materialen zoals kunststof, hout of plastic. Daarnaast zijn ze hierdoor ongevoelig voor stof, zonlicht, reflecties en vuil.

Dat betekent daarmee ook dat een inductieve sensor niet gevoelig is voor de kleur of vorm van het te detecteren object. Een belangrijke eigenschap van inductieve sensoren is dat ze relatief goedkoop zijn en betrouwbaar.

De meest gebruikte inductieve sensor heeft een ronde bouwvorm, M18 behuizing met M12 connector en een schakelafstand van 8 mm. Voorbeelden hiervan zijn:

Let op! een inductieve sensor heeft vaak een reductiefactor. Om terug te komen op de werking van de inductieve sensor; door het verschil in impedantie in de spoel kan de sensor het metalen object detecteren. Echter, niet ieder soort metaal geleidt de energie van het elektromagnetisch veld van de sensor even goed! Daarom wordt er gewerkt met een zogeheten reductiefactor die per metaal en sensor verschilt.

Om de feitelijke detectierange van een sensor vast te stellen wordt er een reductiefactor en een zekerheidsfactor van 0,81 gebruikt. Bijvoorbeeld de AK1/AP-3H op messing: 8 mm*0,81*reductiefactor messing (0,72) = 4,7 mm feitelijke detectierange. Vraag ernaar bij een van onze experts!

Capacitieve naderingsschakelaar

Capacitieve sensoren kunnen zowel metaal als niet-geleidende materialen detecteren. Denk hierbij aan water, glas, olie, graan, papier, hout, vloeistoffen, etc.. De werking van capacitieve sensoren is nagenoeg hetzelfde als die van inductieve sensoren.

Middels een actief capacitief veld (ook diëlectiricum genoemd) ‘kijkt’ de sensor. Wanneer dit veld verandert, zal de sensor detecteren. De lucht is in veel gevallen de constante, wanneer een object in de buurt komt van de sensor, veranderd het capacitieve veld. Het object heeft een grotere dichtheid dan lucht, de sensor schakelt. 

 

Het detecteren van vloeistoffen of goederen kan gebruikt worden voor de aanwezigheid van bijvoorbeeld graan in een voedersilo, een niveaumetingen en vol- of leegmeldingen. De vorm of kleur van het te detecteren object hebben geen invloed op het resultaat. Voorbeelden van capacitieve naderingsschakelaars zijn:

  • Bouwvorm: M18 – 8 mm detectieafstand: C18P/BP-1E
  • Bouwvorm: M30 – 25 mm detectieafstand: C30P/BP-2E
  • Bouwvorm: Cubic – 25 mm detectieafstand: CQ55/BP-3A

Montage van inductieve en capacitieve sensoren

Zowel inductieve als capacitieve sensoren kennen twee soorten montages: bondig en niet-bondig. Per sensor en applicatie kan de montagewijze verschillen. De wijze waarop van montage heeft invloed op het detectiebereik van de sensor en het moment waarop een object gedetecteerd wordt.

Bij bondige montage is de sensor vlak met het bevestigingsoppervlak gemonteerd. Wanneer de sensor niet-bondige gemonteerd wordt, steekt de sensorkop boven het bevestigingsoppervlak uit. Voor de detectie heeft dit directe gevolgen: een sensor met een bondige montage zal alleen objecten detecteren die recht voor de sensorkop verschijnen. Bij niet-bondige montage wordt een object ook aan de zijkant gedetecteerd. Daarmee heeft deze sensor een groter detectiebereik, maar is minder accuraat que punt van detectie.

Toepassingsgebieden van naderingsschakelaars

Om meer inzicht te geven in de toepasbaarheid van een sensor en te helpen met het maken van een keuze, volgen hieronder industriële applicaties en voorbeelden.

Toepassingen inductieve sensoren

Om het verschil tussen inductieve en capacitieve sensoren verder uit een te zetten, volgt hier meer informatie over inductieve sensoren.  Zoals eerder is vermeld is een inductieve sensor, ook wel proximity switch genoemd, een simpele, betrouwbare en goedkope oplossing om een positie of eindpositie vast te stellen. Hiervoor zijn dan ook een legio van applicatievoorbeelden denkbaar, zoals:

  • Een lift die op een verdiepingsvloer aankomt;
  • Een transportband die paseert op een specifieke plek;
  • Car-wash installatie, om het eind en beginpunt te bepalen;
  • Overhead kranen, om het begin of eindpunt te bepalen;
  • Als encoder uitlezer van metalenstrips, om positie te bepalen;

Hiervoor wordt vaak een bondige M18 sensor gebruikt, met 8 mm schakelafstand. Zoals: AK1/AP-3H.

Hieronder volgen nog een aantal meer specifieke toepassingen van inductieve sensoren.

Positiecontrole van kleppen in de voedselverwerkende industrie

In toepassingen met een hoge(re) hygiënestandaard verzorgen inductieve naderingsschakelaars de overgang tussen productie- en reinigingsprocessen. Zo schakelt de sensor bij de toevoer van schoonmaakmiddelen of ingrediënten. 

Door het onderscheid in deze twee materialen te detecteren worden de ingrediënten of schoonmaakmiddelen niet tijdens het verkeerde proces aangeleverd door de machine. De sensor zorgt er namelijk voor dat de klep geopend of gesloten blijft op het juiste moment.

Een sensor die hier goed van pas komt is de PFM1/BP-3H uit de PFM serie van Micro Detectors. Met een dichtingsgraad van IP69K en een ECOLAB-certificering is dit een sensor die speciaal voor de food & beverage industrie is ontworpen.

Positiedetectie mechanisch bewegende objecten

Het plaatsen van objecten of verpakkingen op een lopende band is een eenvoudig proces. Echter is grote precisie noodzakelijk. Door middel van inductieve sensoren kan een betrouwbare detectie en consistente uitlijning worden gerealiseerd. Het resultaat is minder verspilling en systeemonderbrekingen.

inductieve sensor voor detecteren bewegende objecten

Een passende inductieve sensor is de AE1/AP-3A van Micro Detectors. Met een detectiebereik van 2 mm en een vaste kabelaansluiting is het een betrouwbare oplossing voor detecties in pick-and-place toepassingen.

Bewegingsbewaking door tandwieldetectie

Verschillende onderdelen vormen de aandrijving van een transportsysteem. Hieronder vallen tandwielen. Door de consistente en gesynchroniseerde detectie van de tanden kan de aandrijving van de tandwielen makkelijker in elkaar overgaan.

Voor deze toepassing is de AK1/AP-1H van Micro Detectors uitermate geschikt. De tandwielen worden foutloos gedetecteerd door deze inductieve sensor, waardoor de rotatie ervan gemonitord kan worden.

Volledig metalen inductief

Robuuste applicaties kunnen belastend zijn voor sensoren. Inductive sensoren worden in dit soort applicaties vaak compleet van metaal gemaakt. Dit wordt ook “Full Body INOX” genoemd. Deze zijn corrosiebestendig en ongevoelig voor veel industriële (agressieve)  chemicaliën.

Een mooi voorbeeld van dit type sensor is de M18 sensor volledig van RVS 316 en met IP67, IP68 en IP69K beschermingsklasse: FMK6/BP-3H.

Toepassingen capacitieve sensoren

Hieronder volgen een paar specifieke toepassingen van capacitieve sensoren.

Niveaubewaking van vloeistoffen

Capacitieve sensoren kunnen perfect gebruikt worden om het niveau in een tank of bassin te bepalen en bewaken. De sensor kan van buitenaf detecteren of een tank voldoende of onvoldoende is gevuld. Daarmee is de informatie beschikbaar om te bepalen of de aanvoer richting de tank /silo / bassin moet starten of stoppen.

Een capacitieve naderingsschakelaar die hier gebruikt kan worden is de  C18P/BP-1E  van Micro Detectors Deze sensor kan naast vloeistoffen ook andere materialen detecteren. Binnen een schakelbereik van 8 mm.

Vulmelding van flessen

Een andere toepassing is het melden of een fles op een transportband gevuld is, met bijvoorbeeld frisdrank. Door middel van deze meting kunnen niet volledig gevulde flessen uit het proces worden gehaald. Doelstelling hierbij is vaak om de kwaliteit van het afgeleverde product te waarborgen.

Een geschikte sensor voor deze toepassing is de C18P/BP-2E. Dit is een capacitieve sensor met 12 mm schakelafstand.

Niet-metalen objectdetectie op transportband

Capacitieve nabijheidssensoren worden ook ingezet voor het detecteren en tellen van bijvoorbeeld glas, papier, karton, kunststof of hout. Dit is mogelijk omdat de sensor meer dan één soort materiaal kan detecteren in tegenstelling tot de inductieve naderingsschakelaar. Denk aan de detectie van plastic behuizingen over een lopende band.

Een geschikte sensor is de  C30P/BP-2E van Micro Detectors in een M30 formaat behuizing en een bereik van 25 mm. Hierdoor worden zowel kleinere als grotere verpakkingen gedetecteerd.

Het verschil tussen inductieve en capacitieve sensoren

Hieronder volgt een tabel ter verduidelijking van het verschil tussen inductieve en capacitieve sensoren:

  Inductief Capacitief
Detectie Slechts ferrometalen Vloeistoffen, metalen, vaste stoffen
Detectiebereik 0.8 tot 100 mm 2 tot 50 mm
Contactloos Ja Ja
Sensitiviteit Goed Goed
Robuustheid Zeer goed Zeer goed
Nauwkeurigheid Zeer goed Valse triggers mogelijk
Schakelfrequentie Hoger Lager
Prijs (relatief) +/-