Schakelafstand als Centrale Productkarakteristiek

Een inductieve sensor schakelt op een bepaalde afstand van het metalen object. Deze afstand wordt de "schakelafstand" genoemd. De schakelafstand is de voornaamste karakteristiek van een inductieve sensor. De schakelafstand wordt bepaald door de diameter van de sensorspoel. De afmetingen en materiaalsamenstelling van de signaalgever, alsook de omgevingstemperatuur zijn bijkomende factoren die de sensorwerking beïnvloeden.

EN 60947-5-2 legt de schakelafstand (s) vast voor alle soorten sensoren behalve ringvormige en sleufsensoren. Met de term "schakelafstand" verwijst de norm naar de "afstand waarop een signaalverandering aan de uitgang wordt veroorzaakt door de nadering van het "standaard doelobject" tot het detectievlak van de sensor langs de referentieas".

Er zijn twee manieren waarop een sensor kan worden aangedreven:

• op axiale wijze
• op radiale wijze

Het standaard doelobject wordt aangeduid als "optimale signaalgever" (~dempingselement) voor een correcte werking. Een verkleining van de afmetingen of verandering in de materiaalsamenstelling verkort de schakelafstand.

Het standaard doelobject bepaalt een aantal sensorkarakteristieken zoals de schakelafstand of de schakelfrequentie, en maakt de sensorspecificaties vergelijkbaar. De sensorspecificaties kunnen worden gebruikt als het dempingselement dat in de eigenlijke toepassing wordt gebruikt, qua materiaal en afmetingen overeenstemt met de karakteristieken van het standaardobject. Als het gebruikte dempingselement groter is, verbetert dit de sensorprestaties meestal niet in de praktijk. Als het gebruikte dempingselement kleiner is dan het standaard doelobject dat in de Europese norm 60947-5-2 wordt gespecificeerd, of als het uit een ander materiaal bestaat, verkort dit de schakelafstand. De opstelling van de sensor en het dempingselement moet naargelang de toepassing worden aangepast zodat rekening kan worden gehouden met de kortere schakelafstand.

Axiale Aandrijving

Voor een axiale aandrijving van de sensor worden de onderstaande schakelafstanden bepaald aan de hand van een standaard doelobject.

The standard target is square with a thickness of 1 mm and is made of steel, type FE 360 (ST37) with a smooth surface.
The target has one of the following side lengths:

• 1 x inner circle diameter of the sensing face
• 3 x s_n

The larger value (i.e. the larger area) applies in all cases.

Example 1

Sensor M18
Operating distance 5 mm
3 x operating distance = 15 mm < sensor diameter

• The actuator dimensions must therefore be 18 x 18 x 1 mm.

Example 2

Sensor M18
Operating distance 8 mm
3 x operating distance = 24 mm > sensor diameter

• The actuator dimensions must therefore be 24 x 24 x 1 mm.

Operating Distance ("Rated Operating Distance") s_n

The operating distance s_n, or according to EN 60947-2-5 "rated operating distance," is a conventional variable for determining the operating distance. This type of operating distance does not take into account manufacturing tolerances or changes caused by external influences such as voltage and temperature.

Effective Operating Distance s_r

The effective operating distance s_r is the operating distance of a single sensor measured under the following conditions:

• Ambient temperature of +23 ± 5 °C
• Voltage within the operating voltage range
• Within the specified installation conditions

0.9 · s_n ≤ s_r ≤ 1.1 · s_n

Usable Operating Distance s_u

The usable operating distance s_u is the operating distance of a single sensor measured under the following conditions:

• Ambient temperature range between -25 °C … +70 C
• Supply voltage between 85 % … 110 % of the rated operating voltage

0.9 · s_r ≤ s_u ≤ 1.1 · s_r

Assured Operating Distance s_a

The assured operating distance s_a is the distance from the sensing face, within which actuation of the sensor is assured under set conditions:

0 < s_a ≤ 0.81 · s_n

Repeat Accuracy R

The repeat accuracy R is the change in the effective operating distance s_r, measured under the following conditions:

• Period: 8 hours
• Housing temperature: +23 °C ± 5 °C
• Relative humidity: any
• Supply voltage: U_e ± 5 %; or voltage: any ± 5 % within the rated operating voltage range

R ≤ 0.1 ·s_r

Hysteresis H

The hysteresis H is the distance between the switch points (SP) when the standard target approaches the sensor and moves away from it again. The hysteresis is specified relative to the effective operating distance sr. This distance is measured at an ambient temperature of +23 °C ± 5 °C and at the rated operating voltage.

H ≤ 0.2 · s_r

The typical hysteresis of Pepperl+Fuchs inductive sensors is in the range between 5 % … 10 % of the effective operating distance s_r.

"Safely Switched Off" State

A sensor is safely switched off if the distance of the standard target to the sensing face is at least three times the operating distance s_n .

Radiale Aandrijving

Naast een axiale aandrijving voor het scannen van het standaard doelobject, bestaat er ook een radiale (laterale) aandrijving. Indien het standaard doelobject zijdelings wordt verplaatst in het scanbereik van de sensor, resulteert dit in een andere schakelafstand (s) met een ander schakelpunt (SP) en, bijgevolg, ook een andere hysterese (H). Dit hangt af van de axiale afstand. Dit verband wordt beschreven door de responscurve.

De sensor schakelt op een axiale afstand van 0 bij circa 15% dekking van het actieve vlak. Bij 0,5 * effectieve schakelafstand (sr), moet het sensoroppervlak al door ongeveer 35% bedekt zijn. Bij een asafstand van 0,8 * sr, is de dekking 50%. Bij 1* sr moet de sensor volledig gedekt zijn om te schakelen.

Afmeting en materiaal verschillen in de praktijk vaak van de normatieve specificaties van het standaard doelobject. Zo worden vaak dempingselementen gebruikt die andere afmetingen hebben en uit andere materialen bestaan dan het gedefinieerde doelobject. Met deze twee factoren kan echter eenvoudig genoeg rekening worden gehouden.

Afwijkende Afmetingen t.o.v. Standaard Doelobject

Inductieve sensoren worden vaak ingezet bij de controle van machineonderdelen. Dergelijke machineonderdelen hebben vaak een andere van vorm of afmetingen dan het standaard doelobject waarop de technische gegevens van de sensor betrekking hebben. De schakelafstand hangt vooral af van de afmeting van het metaal dat wordt gebruikt om de sensor te dempen. In het algemeen neemt de schakelafstand niet toe wanneer de te scannen voorwerpen groter zijn dan het standaard doelobject. Zijn de voorwerpen echter kleiner dan het standaard doelobject, dan zal de schakelafstand eveneens verkleinen. Indien het te scannen voorwerp in afmeting verschilt van het standaardobject, raden wij aan dat de schakelafstand van de gekozen sensor wordt geverifieerd.

Eventueel Afwijkende Variabelen

Het objectgebied a * b is kleiner dan het standaard doelobject
► het scanbereik wordt kleiner

Het objectgebied a * b is groter dan het standaard doelobject
► geen effect

Het object is dikker dan het standaard doelobject
► in dit geval is de penetratiediepte van het magnetisch veld in het metaal van fundamenteel belang: 

• Voor sensoren met een hoge oscillatorfrequentie is de penetratiediepte laag: geen effect
• Voor sensoren met een lage oscillatorfrequentie is de penetratiediepte hoog: het detectiebereik wordt een beetje kleiner

Het object is dunner van het standaard doelobject
► het detectiebereik wordt een beetje groter (voor non-ferrometalen)

Material Deviating from the Standard Target: Reduction Factor

In addition to dimensions, the material composition of the damping element plays a particularly important role. This is described by the reduction factor. The reduction factor indicates the factor by which the operating distance for inductive sensors differs from steel FE 360 (St37) due to different materials.

The smaller the reduction factor, the smaller the operating distance for the specific material. Since this reduction factor in the inductive proximity sensor depends on factors such as the housing and shielding material, it can vary from type to type. The individual value is crucial for each respective sensor.

Here are some typical reduction factor values (source: Pepperl+Fuchs):