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Lernfeld 3 · Prüfung Teil 1

Sensoren, Aktoren und Schnittstellen

Sensoren, Aktoren und Schnittstellen erklärt: induktive, kapazitive und optische Näherungsschalter, Anschluss, PNP und NPN, 4 bis 20 mA.

29 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Sensoren erfassen Zustände und melden sie an die Steuerung, Aktoren setzen Befehle der Steuerung in Bewegung, Wärme, Licht oder Druck um. Ein induktiver Näherungsschalter erkennt nur Metall, weil ein Metallteil sein hochfrequentes Magnetfeld bedämpft. Ein kapazitiver erkennt fast alle Stoffe, auch Kunststoff, Holz oder Flüssigkeiten. Optische Sensoren arbeiten mit Licht als Einweg-Lichtschranke, Reflexions-Lichtschranke oder Lichttaster.

Dreidrahtsensoren haben eine feste Belegung: braun +24 V, blau 0 V, schwarz Schaltausgang. Ein PNP-Ausgang schaltet bei Erkennung +24 V an den Eingang (plusschaltend), ein NPN-Ausgang schaltet nach 0 V. Ein Schließer liefert bei Erkennung ein 1-Signal, ein Öffner liefert 1, solange nichts erkannt wird.

Analoge Messumformer übertragen Werte als 0 bis 10 V oder 4 bis 20 mA. Das Stromsignal ist unempfindlich gegen Spannungsfall auf langen Leitungen und Störungen. Weil der kleinste Wert 4 mA und nicht 0 mA ist, erkennt die Steuerung einen Drahtbruch. Den Messwert rechnest du linear aus dem Strom zurück.

Das solltest du dir merken

  • Induktiv erkennt nur Metall, kapazitiv fast alles.
  • Dreidrahtsensor: braun plus, blau minus, schwarz Signal.
  • PNP schaltet plus, NPN schaltet minus.
  • 4 bis 20 mA: Drahtbruch ist erkennbar, weil 0 mA kein gültiger Wert ist.

Formeln

Messwert aus 4–20-mA-Signal
Messwert, und Grenzen des Messbereichs, Signalstrom in mA

Typische Fehler in der Prüfung

  • Beim 4–20-mA-Signal von 0 statt von 4 mA aus gerechnet.
  • Angenommen, ein induktiver Sensor erkenne auch Kunststoffteile.
  • Signalzustand eines Sensors mit Öffnerfunktion verdreht.

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Eigene Zahlen bei jedem Klick, nach deiner Antwort der komplette Lösungsweg.

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Zufallszahlen

Ein Temperaturmessumformer mit dem Messbereich bis liefert ein Signal von bis . Die SPS misst einen Strom von . Welche Temperatur in Grad Celsius liegt am Fühler an? Runden Sie auf eine Nachkommastelle.

ϑI in mA 2040 0 ϑmax = 200 °C ϑ = ? I = 16,5 mA 4 … 20 mA
°C

Tipps aus der Werkstatt

  • Analogwerte skalieren: Bei 4 bis 20 mA rechnest du (I - 4 mA) / 16 mA mal Messbereich. Strom deutlich unter 4 mA (nach NAMUR NE 43 unter 3,6 mA) zeigt Drahtbruch oder Gerätefehler, deshalb der lebende Nullpunkt.
  • Sensorwahl nach Material: induktiv für Metall, kapazitiv für fast alles andere inklusive Füllstände, optisch für Objekte unabhängig vom Material. PNP schaltet nach plus, NPN nach 0 V.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

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

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Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroberufe Industrie, Lernfeld 3 (KMK); DIN EN 60947-5-2 Näherungsschalter; DIN IEC 60381-1 Analoge Signale. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.