Operating Distance as Central Characteristic

Een capacitieve sensor schakelt vanaf een ingestelde afstand van een gescand voorwerp. Deze afstand wordt de "schakelafstand" genoemd. De schakelafstand is de voornaamste karakteristiek van een capacitieve sensor. De schakelafstand wordt bepaald door de diameter van de sensorelektrode. De afmetingen en materiaalsamenstelling van het dempingselement, 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 manier waarop een sensor kan worden aangedreven:

• op axiale wijze
• op radiale wijze

De schakelafstand s van een capacitieve sensor is gebaseerd op een geaard, metalen object van een bepaalde grootte. Ter vergelijking: de verandering in capaciteit is kleiner voor niet-geleidende materialen of niet-geaarde, geleidende materialen. Het te scannen voorwerp moet dus dichter bij de sensorelektrode worden gebracht om de schakelaar in werking te stellen. De werkelijke schakelafstand is afhankelijk van de volgende factoren:

• Detectievlak van de sensorelektrode
• Afmeting en aardingstoestand van het te detecteren voorwerp
• Materiaal (permittiviteit) van het te detecteren voorwerp
• Installatievoorwaarden van de sensor

Hoe lager de permittiviteitswaarde van het respectievelijke materiaal in anderzijds vergelijkbare, geometrische installatieomstandigheden, hoe kleiner de realiseerbare schakelafstand s. Bij de meeste capacitieve sensoren kan de gevoeligheid met behulp van een potentiometer aan de sensor binnen bepaalde grenzen worden ingesteld. De in de fabriek ingestelde, standaard schakelafstand kan dus nog aan het materiaal van het doelobject en de specifieke installatievoorwaarden worden aangepast.

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, vergroot dit de schakelafstand 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 in dergelijke gevallen worden aangepast zodat de kortere schakelafstand in acht kan worden genomen.

Actuation by Axial Approach

For axial actuation of the sensor, the following operating distances are determined using a standard target.

Het standaard doelobject is vierkant met een dikte van 1 mm en is vervaardigd uit staal van het type FE 360 (ST37) met een glad oppervlak.
Het doelobject heeft een van de volgende laterale lengtes:

• 1 x de diameter van de binnenste cirkel van het scanvlak
• 3 x s_n

De grotere van de twee waarden (i.e. het grotere oppervlak) is steeds van toepassing.

Voorbeeld 1

Sensor M18
Schakelafstand 5 mm
3 x schakelafstand = 15 mm < sensordiameter

• Het dempingselement moet dus 18 x 18 x 1 mm bedragen.

Voorbeeld 2

Sensor M18
Schakelafstand 8 mm
3 x schakelafstand = 24 mm > sensordiameter

• Het dempingselement moet dus 24 x 24 x 1 mm bedragen.

Schakelafstand ("Nominale Schakelafstand") s_n

De schakelafstand s_n, of in overeenkomst met EN 60947-2-5 ook "nominale schakelafstand” genoemd, is een conventionele variabele voor het bepalen van de schakelafstand. Deze soort van schakelafstand houdt geen rekening met fabricagetoleranties of veranderingen veroorzaakt door externe invloeden zoals spanning of temperatuur.

Effectieve Schakelafstand s_r

De effectieve schakelafstand s_r is de schakelafstand van een enkele sensor, gemeten onder de volgende omstandigheden:

• Omgevingstemperatuur van +23 ± 5 °C
• Spanningsniveau binnen het bedrijfsspanningsbereik
• In overeenstemming met de gespecificeerde installatievoorwaarden

0,9 · s_n ≤ s_r ≤ 1,1 · s_n

Bruikbare Schakelafstand s_u

De bruikbare schakelafstand s_u is de schakelafstand van een enkele sensor, gemeten onder de volgende omstandigheden:

• Omgevingstemperatuur tussen -25 °C en +70 C
• Voedingsspanning tussen 85% en 110% van de nominale voedingsspanning

0,9 · s_r ≤ s_u ≤ 1,1 · s_r

Nominale Schakelafstand s_a

De nominale of gegarandeerde schakelafstand s_a is de afstand van het scanvlak waarbinnen de activering van de sensor onder de gestelde voorwaarden verzekerd is:

0 < s_a ≤ 0,81 · s_n

Herhalingsnauwkeurigheid R

De herhalingsnauwkeurigheid R is de verandering in de effectieve schakelafstand s_r, gemeten onder de volgende omstandigheden:

• Tijdsduur: 8 uren
• Behuizingstemperatuur: +23 °C ± 5 °C
• Relatieve vochtigheid: om het even
• Voedingsspanning: U_e ± 5 %; of spanning: om het even ± 5% binnen het nominale bedrijfsspanningsbereik

R ≤ 0,1 ·s_r

Hysterese H

De hysterese H is de afstand tussen de schakelpunten (SP) wanneer het standaard doelobject de sensor nadert en zich opnieuw verwijdert. De hysterese wordt bepaald ten opzichte van de effectieve schakelafstand, sr. Deze afstand wordt gemeten bij een omgevingstemperatuur van +23 °C ± 5 °C en bij nominale bedrijfsspanning.

H ≤ 0,2 · s_r

De typische hysterese van Pepperl+Fuchs’ capacitieve sensoren ligt tussen de 5% en 10% van de effectieve schakelafstand, s_r.

"Veilig Uitgeschakeld"

Een sensor is veilig uitgeschakeld als de afstand van het standaard doelobject tot het detectievlak minstens drie keer de schakelafstand s_n bedraagt.

Actuation by Radial Approach

In addition to axial approach of the standard target, there is radial (lateral) approach. If the standard target is moved laterally into the area of the sensor sensing face, the result is a different operating distance (s) with a different switch point (SP) and correspondingly different hysteresis (H). This depends on the axial distance. This relationship is described by the response curve.

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

Size and material in real applications usually deviate from the normative specifications for the standard target. In practice, of course, damping elements that have different dimensions and consist of different materials than the standard target are used. The two factors can be taken into account accordingly.

Afwijkende Afmetingen t.o.v. Standaard Doelobject

Capacitieve 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

Materiaal Verschilt van het Standaard Doelobject

Reductiefactor

Naast afmetingen, speelt vooral de materiaalsamenstelling van het dempingselement een belangrijke rol. Dit wordt beschreven door de reductiefactor. De reductiefactor geeft aan met welke factor de schakelafstand voor inductieve sensoren verschilt van FE 360-staal (ST37) ten gevolge van materiaalverschillen.

Hoe kleiner de reductiefactor, hoe korter de schakelafstand voor het specifieke materiaal. Aangezien deze reductiefactor bij de capacitieve naderingssensor afhankelijk is van factoren zoals de behuizing en het afschermingsmateriaal, kan hij van type tot type verschillen. De individuele waarde is van cruciaal belang voor elke sensor.

Materiaalconstanten en Schakelafstanden

De schakelafstand sn van een capacitieve sensor wordt vooraf in de fabriek ingesteld met behulp van een geaard, metalen voorwerp van een bepaalde grootte en onder vastgelegde installatievoorwaarden (inbouw, opbouw). De vooraf ingestelde schakelafstand wordt verkleind voor voorwerpen met afwijkende materiaaluitvoeringen die onder identieke omstandigheden moeten worden gedetecteerd.

Opmerking: Als het metalen voorwerp niet geaard is, wordt de grootte van het voorwerp dé cruciale factor die zal beslissen of het metaal al dan niet zal worden gedetecteerd.

De onderstaande tabel biedt een overzicht van de groottes van materiaalafhankelijke, diëlektrische constanten en verwachte reductiefactoren op de nominale schakelafstand.