Lernfeld 6 · Prüfung Teil 2

Sensoren und Aktoren

Sensoren und Aktoren prüfen: induktive, kapazitive und optische Näherungsschalter, PNP und NPN, Pt100 und Schützspulen erklärt.

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Darum geht es

Sensoren erfassen Zustände und Messgrößen, Aktoren setzen Befehle um. Typische Sensoren in Anlagen sind Näherungsschalter, Temperaturfühler und Drucktransmitter, typische Aktoren Schütze, Magnetventile und Motoren.

Induktive Näherungsschalter erkennen nur Metall, kapazitive auch Kunststoff, Holz oder Flüssigkeiten, optische Sensoren arbeiten mit Licht. Bei Dreileitertechnik ist Braun meist Plus, Blau Minus und Schwarz der Schaltausgang. Ein PNP-Ausgang schaltet im betätigten Zustand Plus auf den Ausgang, ein NPN-Ausgang schaltet Minus. Zum Prüfen misst du die Spannung zwischen Ausgang und Minus, einmal betätigt und einmal unbetätigt.

Ein Pt100 ist ein Platin-Messwiderstand mit $100 Ω$ bei $0^{\circ} C$ . Sein Widerstand steigt mit der Temperatur, er ist also ein Kaltleiter. Mit dem Temperaturkoeffizienten rechnest du den Widerstand bei einer bestimmten Temperatur aus oder umgekehrt die Temperatur aus einem gemessenen Widerstand. NTC-Widerstände dagegen werden bei Wärme kleiner.

Aktoren prüfst du oft im spannungsfreien Zustand mit dem Ohmmeter. Eine Schützspule mit unendlich großem Widerstand ist unterbrochen, ein Wert nahe null deutet auf einen Windungsschluss. Analoge Signale mit $4$ bis $20 mA$ haben einen lebenden Nullpunkt, deshalb bedeutet $0 mA$ einen Drahtbruch.

Das solltest du dir merken

Induktive Sensoren erkennen nur Metall, kapazitive auch Nichtmetalle.
PNP schaltet Plus auf den Ausgang, NPN schaltet Minus.
Pt100 hat 100 Ω bei 0 °C, der Widerstand steigt mit der Temperatur.
Beim Signal 4 bis 20 mA bedeutet 0 mA eine Unterbrechung.

Formeln

Widerstand eines Pt100: $R_{ϑ} = R_{0} \cdot (1 + α \cdot Δ ϑ)$; $R_{0}$ Widerstand bei 0 °C in Ω, $α$ Temperaturkoeffizient in 1/K (Pt100 rund $0, 00385 K^{- 1}$ ), $Δ ϑ$ Temperaturdifferenz zu 0 °C in K
Temperatur aus dem Messwert: $Δ ϑ = \frac{R _{ϑ} - R _{0}}{α \cdot R _{0}}$; $R_{ϑ}$ gemessener Widerstand in Ω

Typische Fehler in der Prüfung

PNP und NPN verwechselt und deshalb die Messung gegen das falsche Potenzial gemacht.
Pt100 für einen Heißleiter gehalten, der bei Wärme kleiner wird.
Spulenwiderstand unter Spannung gemessen; das Ohmmeter misst nur spannungsfrei richtig.

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Zufallszahlen

An einem Pt100 ( $R_{0} = 100 Ω$ , $α = 0, 00385 K^{- 1}$ ) messen Sie mit dem Ohmmeter $R = 129 Ω$ . Welche Temperatur hat der Fühler? Rechnen Sie mit der linearen Näherung und geben Sie das Ergebnis in °C auf eine Nachkommastelle gerundet an.

Tipps aus der Werkstatt

Dreileiter-Näherungsschalter prüfst du unter Spannung über den Ausgang: PNP schaltet Plus durch, also gegen 0 V messen; NPN schaltet nach Minus, also gegen +24 V messen. Elektronik nie mit dem Ohmmeter prüfen, Spulen und Wicklungen dagegen nur spannungsfrei.
Ohmmeter-Befunde an Spulen und Wicklungen: „OL“ = Unterbrechung, deutlich zu klein = Windungsschluss, gleiche Strangwerte = Wicklung in Ordnung. Dazu immer Isolationsmessung gegen Gehäuse; unter 1 MΩ heißt feucht oder beschädigt. PTC = Kaltleiter (Schalter), NTC = Heißleiter (Messfühler).
Ordne Näherungsschalter nach dem, was sie physikalisch spüren: induktiv Metall, kapazitiv fast alles mit Dielektrikum (auch Flüssigkeiten und Kunststoff), optisch Licht, magnetisch Dauermagnete. PNP schaltet den Pluspol zum Eingang durch (plusschaltend), NPN den Minuspol.

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19 Aufgaben zu „Sensoren und Aktoren“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (KMK), Lernfeld 6; DIN EN 60751 (Platin-Messwiderstände), DIN EN 60947-5-2. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.