Zum Inhalt springen
VoltBaseElektroGenius Lernportal
VoltBase Bauteile Sensoren
Thema 37 Bauteile

Sensoren

Die Sinnesorgane der Technik: welche Sensoren es gibt, was sie erkennen und wie du einen Sensor mit drei Adern richtig anschließt.

ca. 6 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
01

Worum geht es?

Ein Sensor ist ein Fühler. Er merkt etwas aus der Umgebung und meldet es als elektrisches Signal weiter. So wie deine Augen, Ohren und Haut dir sagen, was um dich herum passiert.

Ohne Sensoren wüsste eine Steuerung nicht, ob eine Tür offen ist, ob es dunkel wird oder ob ein Teil auf dem Förderband liegt.

Erfassen, verarbeiten, handeln Drei Kästen nebeneinander: Der Sensor erfasst, dass Metall da ist. Die Steuerung entscheidet. Der Aktor handelt, zum Beispiel schaltet er eine Lampe ein. 1. ErfassenSensor merkt:Metall ist da 2. VerarbeitenSteuerung (SPS)entscheidet 3. HandelnAktor: Lampe anoder Motor stopp Wie beim Menschen: Das Auge sieht, das Gehirn denkt, die Hand greift
Sensoren sind die Sinnesorgane der Technik: Ein Sensor erfasst etwas, zum Beispiel ein Metallteil, eine Temperatur oder eine Bewegung. Er meldet es an die Steuerung. Die Steuerung entscheidet und gibt einem Aktor den Befehl. Mehr dazu im Thema Sensor-Aktor-Prinzip.
02

Welche Sensoren gibt es?

  • Endschalter (mechanisch): Ein Teil drückt einen Hebel, ein Kontakt schaltet. Einfach und robust.
  • Induktiver Sensor: erkennt Metall, ohne es zu berühren. Typische Schaltabstände sind wenige Millimeter.
  • Kapazitiver Sensor: erkennt fast alles, auch Holz, Kunststoff oder Wasser. Gut für Füllstände.
  • Optischer Sensor (Lichtschranke): merkt, wenn etwas einen Lichtstrahl unterbricht. Erkennt auch über mehrere Meter.
  • Temperaturfühler: zum Beispiel PT100 oder NTC. Ihr Widerstand ändert sich mit der Temperatur.
  • Bewegungsmelder (PIR): merkt die Wärmestrahlung eines Menschen und schaltet zum Beispiel Licht ein.
Silberner zylindrischer Sensor mit Außengewinde, grüner Stirnfläche und Steckeranschluss am Ende
Induktiver Näherungsschalter: Die grüne Fläche vorne ist die aktive Seite. Kommt dort ein Metallteil nah genug heran, schaltet der Sensor. Mit dem Gewinde und zwei Muttern wird er in einem Halter befestigt. Hinten sitzen der Stecker für die Leitung und eine kleine Leuchtanzeige, die beim Schalten aufleuchtet.

Foto: Lucasbosch, „inductive proximity switch“, Lizenz: CC BY-SA 3.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

Man unterscheidet außerdem: Digitale (binäre) Sensoren kennen nur „an“ oder „aus“. Analoge Sensoren liefern einen Messwert, meist als 0–10 V oder 4–20 mA. Mehr dazu in digitale Signale und analoge Signale.

03

Sensor richtig anschließen

Die meisten Näherungsschalter haben drei Adern mit festen Farben. Die Farben sind genormt und bei fast allen Herstellern gleich:

  • Braun (BN): +24 V, Versorgung
  • Blau (BU): 0 V, Versorgung
  • Schwarz (BK): Schaltausgang, das Signal
Anschluss eines induktiven Sensors mit drei Adern Ein induktiver Sensor hat drei Adern: Braun an plus 24 Volt, Blau an 0 Volt und Schwarz als Signal. Das Signal schaltet eine Meldeleuchte ein, wenn ein Metallteil vor dem Sensor liegt. +24 V vom Netzteil0 V B1 Metall braun (BN)+24 V blau (BU)0 V schwarz (BK): Signal Sensor B1, induktiv Meldeleuchte H1leuchtet bei Metall Liegt Metall vor B1, kommen +24 V auf die schwarze Ader
So wird ein Sensor mit drei Adern angeschlossen: Braun bekommt +24 V, Blau kommt an 0 V. Das sind die Versorgung des Sensors. Die schwarze Ader ist der Ausgang: Erkennt der Sensor B1 ein Metallteil, schaltet er dort +24 V durch, und die Meldeleuchte H1 oder ein SPS-Eingang bekommt das Signal. Die Raute im Kasten ist das Zeichen für einen Näherungsschalter.

Ein PNP-Sensor schaltet beim Erkennen +24 V auf den Ausgang. Das ist in Europa der Standard. Ein NPN-Sensor schaltet stattdessen 0 V durch. Er passt nur zu Eingängen, die dafür gebaut sind. Die Bezeichnung steht auf dem Sensor oder im Datenblatt.

04

Rechenbeispiele

Bei einem analogen Sensor mit 4–20 mA bedeutet 4 mA den Anfang des Messbereichs und 20 mA das Ende. Dazwischen sind 16 mA Spanne.

Messwert aus 4–20 mA
Wert=I − 4 mA16 mA· Messbereich
I = gemessener Strom
01 Wie warm ist es?

Ein Temperaturfühler misst 0 bis 100 °C und liefert 4–20 mA. Gemessen werden 12 mA.

  1. Wert = 12 mA − 4 mA16 mA · 100 °C = 0,5 · 100 °C
  2. Ergebnis: 50 °C
02 Was heißt 0 mA?

Plötzlich zeigt die Messung 0 mA.

  1. Bei 4–20 mA fließen auch am Anfang des Messbereichs schon 4 mA.
  2. 0 mA kann also kein Messwert sein.
  3. Ergebnis: Drahtbruch oder Sensor ohne Versorgung

Was heißt das? Genau deshalb beginnt das Signal bei 4 mA und nicht bei 0: Ein Fehler fällt sofort auf.

05

Typische Fehler

  • Adern vertauscht: Kommt +24 V auf die schwarze Ader, kann der Sensor kaputtgehen. Erst die Farben prüfen.
  • PNP und NPN verwechselt: Der Sensor schaltet, aber der Eingang reagiert nicht.
  • Falscher Sensortyp: Ein induktiver Sensor erkennt keinen Kunststoff. Dafür brauchst du einen kapazitiven oder optischen.
  • Schaltabstand zu groß: Induktive Sensoren schalten nur auf wenige Millimeter. Steht das Teil zu weit weg, passiert nichts.
Merke

Sensoren sind die Sinnesorgane der Technik: Sie erfassen und melden an die Steuerung. Induktiv erkennt Metall, kapazitiv fast alles, optisch per Lichtstrahl. Beim Sensor mit drei Adern gilt: Braun +24 V, Blau 0 V, Schwarz Signal.

06

Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Sensoren. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

Das Quiz wird geladen …