Kapazitive Sensoren - sensopart.com · 662 Der berührungslos wirkende kapazitive Sensor wandelt...

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Kapazitive SensorenElektrosensible Spürnasen

KD/KL 06

ab Seite 666

• Kleinste Bauform (ø 6,5 mm) mit robustem Edelstahlgehäuse

• Schaltabstand 0,1 … 1,5 mm (bündig) bzw. 0,1 … 3 mm (nicht bündig)

• Geeignet für die Objekterkennung und Füllstandsmessung bei beengten Einbauverhältnissen

KD/KL 08

ab Seite 668

• Kompakte Bauform im Edelstahlgehäuse

• Einfache Montage dank durchgängigem M8Gewinde

• Schaltabstand 0,1 … 1,5 mm (bündig) bzw. 0,1 … 3 mm (nicht bündig)

KD/KL 12

ab Seite 670

• Robustes Edelstahlgehäuse mit durchgängigem M12Gewinde

• Schaltabstand 1 … 4 mm (bündig) bzw. 1 … 8 mm (nicht bündig)

• Empfindlichkeitseinstellung per Potentiometer

Kapazitive Sensoren eignen sich für die Erkennung metallischer und nichtmetallischer Objekte beliebiger Art. Selbst hochtransparente Gläser oder Flüssigkeiten lassen sich mit einem kapazitiven Sensor sicher erkennen. Funktions relevant ist lediglich die dielektrische Leitfähigkeit der zu detektierenden Materialien: Je größer die Dielektrizitätskonstante eines Materials ist, umso höher sind die möglichen Schaltabstände bzw. umso sicherer ist die Detektion.

Da viele Flüssigkeiten vergleichsweise hohe Dielektrizitätskonstan ten aufweisen, gehört die Füllstandmessung zu den klassischen Anwendungen kapazitiver Sensoren. Auch eine Messung von außer halb des Behälters ist unter bestimmten Umständen möglich, da kapazitive Sensoren gleichsam „durch die Wand sehen“ können. Darüber hinaus werden sie auch zur Detektion fester Materialien wie Holz, Papier und Kunststoffen eingesetzt. Aufgrund ihrer weitgehenden Unempfindlichkeit gegen Störeinflüsse aller Art sind sie in den unterschiedlichsten Industriebranchen anzutreffen. SensoPart bietet eine breite Auswahl von kapazitiven Sensoren in zylindrischer Bauform für alle Einsatzbereiche an.

TYPISCH SENSOPART

• Schaltabstände von 0,1 bis 30 mm

• Robustes Edelstahlgehäuse in zylindrischer Bauform (6,5 bis 30 mm)

• Einfache Montage dank gängiger Zylinderbauform

• Einfache Empfindlichkeitseinstellung per Potentiometer

• Verschiedene Ausführungen für bündige und nicht bündige Montage

• Schaltausgang PNP oder NPN

• Ausgangsfunktion N.O. oder N.C.

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KD/KL 18

ab Seite 672

• Erhöhter Schaltabstand 1 … 8 mm (bündig) bzw. 2 … 15 mm (nicht bündig)

• Geeignet für Messungen durch Wandungen und Füllstandsmessungen

• Empfindlichkeitseinstellung per Potentiometer

KD/KL 30

ab Seite 674

• Hoher Schaltabstand 1 … 20 mm (bündig) bzw. 1 … 30 mm (nicht bündig)

• Geeignet für Messungen durch Wandungen und für Messungen mit erforderlichem Abstand zum Erfassungsobjekt

Kapazitive Sensoren – Produktübersicht

Einbauweise Einstellung Schaltabstand Besonderheit Seite

KD / KL 06 bündig / nicht bündig Potentiometer Potentiometer0,1 … 1,5 / 0,1 … 3 mm

KD / KL 08 bündig / nicht bündig Potentiometer Potentiometer0,1 … 1,5 / 0,1 … 3 mm

KD / KL 12 bündig / nicht bündig Potentiometer Potentiometer1 … 4 / 1 … 8 mm

KD / KL 18 bündig / nicht bündig Potentiometer Potentiometer1 … 8 / 2 … 15 mm hoher Schaltabstand

KD / KL 30 bündig / nicht bündig Potentiometer Potentiometer1 … 20 / 1 … 30 mm hoher Schaltabstand

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Der berührungslos wirkende kapazitive Sensor wandelt eine pro duktionstechnisch interessante Größe (Distanz oder Füllstand) in ein weiterverwertbares Signal um. Die Funktion beruht auf der Änderung des elektrischen Feldes in der Umgebung seiner aktiven Zone. Der Sensor besteht in seinem Grundaufbau aus einem RC-Oszillator als Aufnehmer, einem Demodulator und einer Ausgangsstufe.

Die Annäherung von Metallen oder Nichtmetallen in die aktive Zone des kapazitiven Sensors bewirkt eine Kapazitätsänderung, wodurch der RC-Oszillator zu schwingen beginnt. Dies bewirkt, dass die dem Oszillator nachgeschaltete Triggerstufe kippt und der Schaltverstärker seinen Ausgangszustand ändert. Die Schalt-funktion am Ausgang ist je nach Gerätetyp Schließer, Öffner oder Wechsler.

Kapazitive SensorenSystembeschreibung

Funktionsweise

Nicht bündige VersionSensoren mit einem kugelförmigen elektrischen Feld. Diese Geräte sollen mit ihrer aktiven Fläche das aktive abzutastende Produkt (z. B. Granulat, Sand, Öl oder Wasser) berühren.

GrößenkorrekturfaktorFür nicht plane und bezüglich der aktiven Fläche kleinere Ob jekte erhält man die folgenden Schaltabstände in Ab hängig keit von der normierten Oberfläche F/F0 mit F0 = Sensorstirnfläche (aktive Fläche) und F = Stirnfläche des abzu tas ten den Objektes. Die Angaben beziehen sich auf bündige Sen soren und als lange, dünne Stäbe ausgebildete Objekte.

Normierte

Objektfläche

Schaltabstand

S in %

ø – Objekt

in mm

F in mm2 S in mm

1,50 100 22 380 8

1,24 100 20 314 8

0,8 100 16 201 8

0,61 100 14 154 8

0,31 94 10 79 7,5

0,20 85 8 50 6,8

0,15 82,5 7 38 6,6

0,05 67,5 4 13 5,4

0,03 57,5 3 7 4,6

Tabelle 1

Bündige VersionSensoren mit einem geradlinigen elektrischen Feld. Diese Geräte tasten Festkörper (z.B. Wafer, Bauteile, Leiterplatten, Hybride, Kartonagen, Papierstapel, Flaschen, Kunststoffblöcke und -platten) auf Distanz oder Flüssigkeiten durch eine Trennwand aus Glas oder Kunststoff (Dicke max. 4 mm) ab.

Einbau


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A A

A A

Die kapazitiven Näherungsschalter eignen sich zur Steuerung und Überwachung von Maschinenprozessen und als Signalgeber für Zählaufgaben, wo Metalle und Nichtmetalle zur Verfügung stehen, ebenso zur Füllstandsmeldung in Behältern und durch Behälterwandungen hindurch, wo flüssige, pulverisierte oder körnige Stoffe zu erfassen sind.

Anwendungen

Kapazitive Sensoren werden sowohl von leitenden als auch von nichtleitenden Objekten betätigt. Objekte aus leitfähigen Stoffen bilden zur aktiven Fläche des Sensors eine eigene Gegenelektrode. Diese bildet mit den Elektrodenflächen A und B zwei Kapazi-täten, CA und CB, die in Reihe geschaltet sind (Fig. 1). Die Kapazi-tät dieser Reihenschaltung ist stets größer als die Kapazität der unbedeckten Elektrode A und B.

Metalle erreichen aufgrund ihres sehr hohen Leitwerts die größ ten Schaltabstände. Reduktionsfaktoren für unterschiedli che Metalle – wie bei induktiven Sensoren – sind zu berücksichtigen.

Betätigung durch Objekte aus nichtleitenden Stoffen (Isolato ren): Bringt man einen Isolator zwischen die Elektroden eines Kon-densators, so erhöht sich die Kapazität in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstante ε (Fig. 2) des Isolators.

Die Dielektrizitätskonstante ist für alle festen und flüssigen Stoffe größer als für Luft (εLuft = 1; siehe Tabelle 2). In gleicher Weise wirken Objekte aus nichtleitenden Stoffen auf die aktive Fläche

Fig. 2

Fig. 1

Beeinflussungsarten

Einbau / gegenseitige Beeinflussung

eines kapazitiven Sensors, die Koppelkapazität wird erhöht. Stoffe mit großer Dielektrizitätskonstante erzielen hohe Schaltabstände. Beim Abtasten organischer Materia lien (Holz, Getreide, etc.) ist zu beachten, dass der erzielbare Schaltabstand sehr stark von ih-rem Wassergehalt beeinflusst wird (εWasser = 80!).

Metallischer Leiter

Dielektrikum

Die Norm IEC 60947-5-2 schreibt für die mindestens einzuhal-tenden Abstände oben genannte Werte vor.Diese beziehen sich auf die Montage der häufig gebrauchten zy-lindrischen Bauformen.Werden mehrere kapazitive Näherungsschalter gleichen Typs nahe beieinander betrieben, so sollten ebenfalls bestimmte Min-destabstände zwischen den Geräten eingehalten werden.

A: Aktive Fläched: DurchmesserSn: Nennschaltabstand

Bündige Version

Nicht bündige Version

A+

B-

Ca Cb

+A -B

A+

B-

Ca Cb

+A -B

A+

B-

Ca Cb

+A -B

A+

B-

Ca Cb

+A -B

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Kapazitive SensorenSystembeschreibung

Einfluss der Umgebungsbedingungen

Schaltabstand und DielektrizitätskonstanteDer Schaltabstand (Sr) ist von der Dielektrizitätskonstanten (εr) des Erfassungsobjektes abhängig. Bei metallischen Objekten wird der maximale Schalt abstand (100 %) erreicht, bei anderen Mate-rialien reduziert er sich in Abhängigkeit von der Dielektrizitäts-konstanten des Erfassungsobjekts.

In der untenstehenden Tabelle 2 sind die Dielektrizitätskon-stanten einiger wichtiger Stoffe aufgeführt. Aufgrund der hohen Dielektrizitätszahl von Wasser ergeben sich bei Holz relativ große Schwankungen. Feuchtes Holz wird demnach von kapazi-tiven Sensoren erheblich besser erfasst als trockenes.

Dielektrizitätskon stanten (εr) verschiedener Stoffe

Luft, Vakuum 1 Plexiglas 3,2

Teflon 2 Araldit 3,6

Holz 2 … 7 Bakelit 3,6

Paraffin 2,2 Quarzglas 3,7

Petroleum 2,2 Hartgummi 4

Terpentinöl 2,2 Ölpapier 4

Trafoöl 2,2 Preßspan 4

Papier 2,3 Porzellan 4,4

Polyäthylen 2,3 Hartpapier 4,5

Polypropylen 2,3 Quarzsand 4,5

Kabelvergussmasse 2,5 Glas 5

Weichgummi 2,5 Polyamid 5

Silikongummi 2,8 Glimmer 6

Polyvinylchlorid 2,9 Marmor 8

Polystyrol 3 Alkohol 25,8

Zelluloid 3 Wasser 80

Tabelle 2


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ObjekterkennungSeite 672

Kapazitive Sensoren (z.B. KL 18) ermitteln die Stückzahl des ver-einzelten Schüttguts durch Behälterwände von bis zu 4 mm Dicke hindurch.

FüllstandskontrolleSeite 668

Der kapazitive Sensor (z.B. KL 08) erkennt den Füllstand eines Vorratsbehälters für Kühlmittelflüssigkeit.

FüllstandskontrolleSeite 670

Zur Füllstandskontrolle des mit Tabletten gefüllten, durchsichtigen Behälters wird ein kapazitiver Sensor (z.B. KD 12) eingesetzt.

666 www.sensopart.com Stand 07/2016; Änderungen vorbehalten; Abbildungen ähnlich

Sensordaten Funktionen

Schaltabstand (bündig)

Schaltabstand (nicht bündig)

Hysterese

Wiederholgenauigkeit

Temperaturdrift

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 3 mm

15 %1

2 %1

15 % / °C1 [-5 … +55 °C]

Anzeige LED gelb

Empfindlichkeitseinstellung

Werkseinstellung

Schaltausgangsanzeige

per Potentiometer

max. Schaltabstand

Elektrische Daten Mechanische Daten

Betriebsspannung +UB

Leerlaufstrom I0Ausgangsstrom Ie

Schutzschaltungen

Bereitschaftsverzug

Schaltausgang Q

Ausgangsfunktion

Schaltfrequenz f (ti/tp 1:1)

11 … 30 V DC

≤ 10 mA

≤ 50 mA

Verpolschutz UB / Kurzschlussschutz (Q) / Überlastschutz

< 300 ms

PNP / NPN (siehe Auswahltabelle)

N.O. / N.C. (siehe Auswahltabelle)

100 Hz

Abmessungen

Schutzart

Material Gehäuse

Material Frontfläche

Anschlussart

Umgebungstemperatur : Betrieb

Schwing- und Schockfestigkeit

Ø 6,5 x 54 mm

IP 65

Edelstahl V2A

PTFE

siehe Auswahltabelle

-10 … +70 °C

EN 60947-5-2

1 bezogen auf Schaltabstand

KD/KL 06Kapazitiver Sensor

PRODUKT-HIGHLIGHTS

• Robustes Edelstahlgehäuse

• Kleine Bauform

• Wahlweise N.O. oder N.C. Varianten

• Wahlweise bündige oder nicht bündige Ausführungen

Schaltabstand Einbau Schaltausgang Anschlussart Bestellbezeichnung Artikel-Nr.

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 3 mm

0,1 … 3 mm

0,1 … 3 mm

0,1 … 3 mm

bündig

bündig

bündig

bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)

Stecker, M8x1, 3-polig








KD 06 B-PSM3

KD 06 B-POM3

KD 06 B-NSM3

KD 06 B-NOM3

KL 06 NB-PSM3

KL 06 NB-POM3

KL 06 NB-NSM3

KL 06 NB-NOM3

681-50878

681-50879

681-50880

681-50881

681-50886

681-50887

681-50888

681-50889


13

Stand 07/2016; Änderungen vorbehalten; Abbildungen ähnlich

Steckeranschluss (bündig) Steckeranschluss (nicht bündig)

153-

0051

6

153-

0051

7

Anschluss 3-polig

154-

0045

9

Zubehör

Anschlusskabel

Halterungen

ab Seite A-38

ab Seite A-4

1 +UBBN

-UB

2 BK

3 BU

PNP

NPN





Hysterese


Temperaturdrift

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 3 mm

15 %1

2 %1

15 % / °C1 [-5 … +55 °C]

Anzeige LED gelb


Werkseinstellung


per Potentiometer

max. Schaltabstand




Schutzschaltungen

Bereitschaftsverzug

Schaltausgang Q

Ausgangsfunktion


11 … 30 V DC

≤ 10 mA

≤ 50 mA


< 300 ms



100 Hz

Abmessungen

Schutzart

Material Gehäuse


Anschlussart



M8 x 54 mm

IP 65

Edelstahl V2A

PTFE


-10 … +70 °C

EN 60947-5-2


PRODUKT-HIGHLIGHTS

• Ideal geeignet für Füllstandsmessungen





0,1 … 1,5 mm

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 1,5 mm

0,1 … 3 mm

0,1 … 3 mm

0,1 … 3 mm

0,1 … 3 mm

bündig

bündig

bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)








KD 08 B-PSM3

KD 08 B-POM3

KD 08 B-NSM3

KL 08 NB-PSM3

KL 08 NB-POM3

KL 08 NB-NSM3

KL 08 NB-NOM3

681-50894

681-50895

681-50896

681-50902

681-50903

681-50904

681-50905



13



153-

0051

8

153-

0051

9

Anschluss 3-polig

154-

0045

9

Zubehör

Anschlusskabel

Halterungen

ab Seite A-38

ab Seite A-4

1 +UBBN

-UB

2 BK

3 BU

PNP

NPN





Hysterese


Temperaturdrift (bündig)

Temperaturdrift (nicht bündig)

1 … 4 mm

1 … 8 mm

15 %1

2 %1

20 % / °C1 [-5 … +55°C]

15 % / °C1 [-5 … +55°C]

Anzeige LED gelb


Werkseinstellung


per Potentiometer

max. Schaltabstand




Schutzschaltungen

Bereitschaftsverzug

Schaltausgang Q

Ausgangsfunktion


12 … 35 V DC

≤ 10 mA

≤ 200 mA


< 300 ms



100 Hz

Abmessungen

Schutzart

Material Gehäuse


Anschlussart



M12 x 60 mm

IP 65

Edelstahl VA

PTFE


-30 … +70 °C

EN 60947-5-2



PRODUKT-HIGHLIGHTS






1 … 4 mm

1 … 4 mm

1 … 4 mm

1 … 4 mm

1 … 8 mm

1 … 8 mm

1 … 8 mm

1 … 8 mm

bündig

bündig

bündig

bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)









KD 12 B-PSL4

KD 12 B-POL4

KD 12 B-NSL4

KD 12 B-NOL4

KL 12 NB-PSL4

KL 12 NB-POL4

KL 12 NB-NSL4

KL 12 NB-NOL4

681-50914

681-50915

681-50916

681-50917

682-50994

682-50995

682-50996

682-50997


13



153-

0052

0

153-

0052

1

Anschluss 4-polig

154-

0046

0

Zubehör

Anschlusskabel

Halterungen

ab Seite A-38

ab Seite A-4

3 BUPNP

1 +UB

-UB

BN

2

4 BK

NPN





Hysterese




1 … 8 mm

2 … 15 mm

15 %1

2 %1

20 % / °C1 [-5 … +55 °C]

15 % / °C1 [-5 … +55 °C]

Anzeige LED gelb


Werkseinstellung


per Potentiometer

max. Schaltabstand


Betriebsspannung +UB (bündig)

Betriebsspannung +UB (nicht bündig)

Leerlaufstrom I0 (bündig)

Leerlaufstrom I0 (nicht bündig)

Ausgangsstrom Ie (bündig)

Ausgangsstrom Ie (nicht bündig)

Schutzschaltungen

Bereitschaftsverzug

Schaltausgang Q

Ausgangsfunktion


10 … 30 V DC

10 … 35 V DC

≤ 18 mA

≤ 10 mA

≤ 100 mA

≤ 300 mA


< 300 ms



100 Hz

Abmessungen

Schutzart

Material Gehäuse

Material Frontfläche (bündig)

Material Frontfläche (nicht bündig)

Anschlussart

Umgebungstemperatur : Betrieb (bündig)

Umgebungstemperatur : Betrieb (nicht bündig)


M18 x 75mm

IP 67

Edelstahl VA

PBT

PTFE


-25 … +85 °C

-30 … +70 °C

EN 60947-5-2



PRODUKT-HIGHLIGHTS






1 … 8 mm

1 … 8 mm

1 … 8 mm

1 … 8 mm

2 … 15 mm

2 … 15 mm

2 … 15 mm

2 … 15 mm

bündig

bündig

bündig

bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

nicht bündig

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)

PNP (N.O.)

PNP (N.C.)

NPN (N.O.)

NPN (N.C.)









KD 18 B-PSL4

KD 18 B-POL4

KD 18 B-NSL4

KD 18 B-NOL4

KL 18 NB-PSL4

KL 18 NB-POL4

KL 18 NB-NSL4

KL 18 NB-NOL4

681-50990

681-50991

681-50992

681-50993

682-51014

682-51015

682-51016

682-51017


13

18M x1

53.5

88.5

PBT

VA

Poti

PA

LED

24

PBT

3 BUPNP

1 +UB

-UB

BN

2

4 BK

NPN



153-

0052

2

153-

0052

3

Anschluss 4-polig

154-

0046

0

Zubehör

Anschlusskabel

Halterungen

ab Seite A-38

ab Seite A-4





Hysterese




1 … 20 mm

1 … 30 mm

15 %1

5 %1

10 % / °C1 [-5 … +55 °C]

15 % / °C1 [-5 … +55 °C]

Anzeige LED grün

Anzeige LED gelb


Einstellmöglichkeiten

Werkseinstellung

Betriebsspannungsanzeige


per Potentiometer

N.O. / N.C. per Potentiometer

max. Schaltabstand und N.O.




Schutzschaltungen

Bereitschaftsverzug

Schaltausgang Q

Ausgangsfunktion


10 … 35 V DC

≤ 15 mA

≤ 300 mA


< 300 ms


N.O. / N.C.

100 Hz

Abmessungen

Schutzart

Material Gehäuse

Material Frontfläche (bündig)

Material Frontfläche (nicht bündig)

Anschlussart



M30 x 87 mm

IP 64

Edelstahl VA

PBT

PTFE


-30 … +70 °C

EN 60947-5-2



PRODUKT-HIGHLIGHTS


• N.O. / N.C. umschaltbar

• Schaltabstandseinstellung per Potentiometer

• Hoher Schaltabstand


1 … 20 mm

1 … 20 mm

1 … 30 mm

1 … 30 mm

bündig

bündig

nicht bündig

nicht bündig

PNP

NPN

PNP

NPN





KD 30 B-PSOL4

KD 30 B-NSOL4

KL 30 NB-PSOL4

KL 30 NB-NSOL4

681-50942

681-50944

682-51034

682-51036


13



153-

0052

4 / 1

55-0

0483

153-

0052

5 / 1

55-0

0483

Anschluss 4-polig

154-

0046

0

Zubehör

Anschlusskabel

Halterungen

ab Seite A-38

ab Seite A-4

SS

S/Ö (N.O./N.C.)Poti

LED

LED

SS

S/Ö (N.O./N.C.)Poti

LED

LED

3 BUPNP

1 +UB

-UB

BN

2

4 BK

NPN

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