Operating Distance as Central Characteristic

Um sensor capacitivo comuta a partir de uma determinada distância até um material que está sendo detectado. Essa distância é chamada de "distância de operação". A distância de operação é a característica mais importante de um sensor capacitivo. A distância de operação depende do diâmetro do eletrodo do sensor. As dimensões e a composição do material do elemento de amortecimento e a temperatura ambiente são outros fatores de influência.

A norma EN 60947-5-2 define a(s) distância(s) de operação para todos os tipos de sensores que não sejam designs em forma de ranhura e em forma de anel. Em "distância de operação", a normativa significa a "distância na qual uma mudança de sinal na saída é causada pela aproximação do 'alvo padrão' à face de detecção ao longo do eixo de referência."

Há duas maneiras de acionar um sensor:

• Usando uma abordagem axial
• Usando uma abordagem radial

A distância de operação de um sensor capacitivo é baseada em um objeto de metal aterrado de um determinado tamanho. Em comparação, a mudança na capacitância é menor para materiais não condutores ou materiais condutores não aterrados. O objeto deve, portanto, ser movido para mais perto do eletrodo do sensor para operar o comutador. A distância de operação real depende dos seguintes fatores:

• Face de detecção do eletrodo do sensor
• Tamanho e status de aterramento do objeto que está sendo detectado
• Permissividade do material do objeto que está sendo detectado
• Condição de instalação do sensor

Quanto menor for o número de permissividade do respectivo material em condições geométricas de instalação comparáveis, menor será a distância de operação s alcançável. Para a maioria dos sensores capacitivos, a sensibilidade pode ser definida dentro de limites usando um potenciômetro no sensor. A distância de operação padrão configurada de fábrica ainda pode ser adaptada ao material do objeto e à situação de instalação do sensor.

O alvo padrão é definido como um "elemento do atuador ideal" (~elemento de amortecimento) para operação. Uma redução nas dimensões ou alteração na composição do material reduz a distância de operação.

O alvo padrão especifica algumas características do sensor, como a distância de operação ou a frequência de comutação, e torna as especificações do sensor comparáveis. As especificações do sensor podem ser usadas se o elemento de amortecimento usado na aplicação real corresponder em material e dimensões ao alvo padrão. Se o elemento de amortecimento realmente usado for maior, isso geralmente não aumenta a distância de operação. Se o elemento de amortecimento utilizado for inferior ao alvo padrão especificado na norma EN 60947-5-2 ou consistir em um material diferente, isso reduz a distância de operação. Consequentemente, a disposição do sensor e do elemento de amortecimento deve ser ajustada individualmente, de modo a considerar a distância de operação reduzida.

Actuation by Axial Approach

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

O alvo padrão é quadrado com uma espessura de 1 mm e é feito de aço, tipo FE 360 (ST37) com uma superfície lisa.
O alvo tem um dos seguintes comprimentos laterais:

• 1 x diâmetro do círculo interno da face de detecção
• 3 x s_n

O valor maior (ou seja, a área maior) aplica-se a todos os casos.

Exemplo 1

Sensor M18
Distância de operação 5 mm
3 x distância de operação = 15 mm < diâmetro do sensor

• O elemento de amortecimento deve, portanto, ser de 18 x 18 x 1 mm.

Exemplo 2

Sensor M18
Distância de operação 8 mm
3 x distância de operação = 24 mm > diâmetro do sensor

• O elemento de amortecimento deve, portanto, ser de 24 x 24 x 1 mm.

Distância de operação ("Distância de operação classificada") s_n

A distância de operação s_n, ou de acordo com a norma EN 60947-2-5 "distância de operação nominal", é uma variável convencional para determinar a distância de operação. Este tipo de distância de operação não leva em consideração as tolerâncias de fabricação ou as alterações causadas por influências externas, tais como a tensão e a temperatura.

Distância de operação efetiva s_r

A distância de operação efetiva s_r é a distância de operação de um único sensor medida nas seguintes condições:

• Temperatura ambiente de +23 ±5°C
• Tensão dentro da faixa de tensão de operação
• Dentro das condições de instalação especificadas

0,9 · s_n ≤ s_r ≤ 1,1 · s_n

Distância de operação utilizável s_u

A distância de operação utilizável s_u é a distância de operação de um único sensor medida nas seguintes condições:

• Faixa de temperatura ambiente entre 25 C … +70 C
• Tensão de alimentação entre 85% … 110% da tensão nominal de operação

0,9 · s_r ≤ s_u ≤ 1,1 · s_r

Distância de operação garantida s_a

A distância de operação garantida s_a é a distância a partir da face de detecção, dentro da qual a atuação do sensor é garantida em condições definidas:

0 < s_a ≤ 0,81 · s_n

Precisão de repetição R

A precisão de repetição R é a alteração nas distâncias de operação efetivas s._r, medido nas seguintes condições:

• Período: 8 horas
• Temperatura do invólucro: +23 °C ± 5 °C
• Umidade relativa: qualquer
• Fonte de alimentação: U_e ± 5 %; ou tensão: qualquer ± 5 % dentro da faixa de tensão de operação nominal

R ≤ 0,1 ·s_r

Histerese H

A histerese H é a distância entre os pontos de comutação (SP) quando o alvo padrão se aproxima do sensor e se afasta dele novamente. A histerese é especificada em relação à distância de operação efetiva sr. Esta distância é medida a uma temperatura ambiente de +23 °C ± 5 °C e à tensão nominal de operação.

H ≤ 0,2 · s_r

A histerese típica dos sensores capacitivos Pepperl+Fuchs está na faixa entre 5% e 10 % da distância de funcionamento efetiva s_r.

Estado "desligado com segurança"

Um sensor é desligado com segurança se a distância entre o alvo padrão e a face de detecção for pelo menos três vezes a distância de operação s_n .

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.

O sensor comuta a uma distância axial de 0 a aproximadamente 15% de cobertura da face ativa. A 0,5* distância de operação efetiva (s_r), a superfície do sensor já deve estar coberta por aproximadamente 35%. A uma distância axial de 0,8 x s._r, a cobertura deve ser de 50%. A 1* s_r, o sensor deve estar completamente coberto para que seja comutado.

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.

O tamanho difere do alvo padrão

Os sensores capacitivos são frequentemente usados para consultar peças da máquina. Essas peças de máquina raramente têm o mesmo tamanho e formato do alvo padrão ao qual os dados técnicos de um sensor se referem. A distância de operação depende principalmente do tamanho do metal utilizado para amortecer o sensor. Geralmente, a distância de operação não aumenta mais se os objetos forem maiores do que o especificado pelo alvo padrão. No entanto, se os objetos ficarem menores do que o alvo padrão, a distância de operação sofrerá uma diminuição perceptível. Se o objeto que está sendo consultado tiver um tamanho diferente do alvo padrão, recomendamos verificar a distância de operação do sensor selecionado.

Possíveis variáveis de desvio

A área do objeto a * b é menor do que o alvo padrão
► o alcance de detecção torna-se menor

A área do objeto a * b é maior do que o alvo padrão
► nenhum efeito

Material desvia do alvo padrão

Fator de redução

Além das dimensões, a composição do material do elemento de amortecimento desempenha um papel particularmente importante. Isso é descrito pelo fator de redução. O fator de redução indica o fator pelo qual a distância de operação para sensores indutivos difere do aço FE 360 (St37) devido a diferentes materiais.

Quanto menor o fator de redução, menor a distância de operação para o material específico. Como esse fator de redução no sensor de proximidade capacitivo depende de fatores como o invólucro e o material de proteção, ele pode variar de tipo para tipo. O valor individual é crucial para cada sensor respectivo.

Constantes de Material e distâncias de operação

A distância de operação de um sensor capacitivo é predefinida na fábrica usando um objeto de metal aterrado de um determinado tamanho sob condições de instalação definidas (descarga, não descarga). A distância de operação predefinida é reduzida para objetos com materiais desviados que devem ser detectados em condições idênticas.

Nota: Se o objeto de metal não for aterrado, o tamanho do objeto de metal se tornará o fator crucial que decide se o metal será detectado.

A tabela a seguir fornece uma visão geral dos tamanhos das constantes dielétricas dependentes do material e dos fatores de redução esperados para a distância nominal de operação.