Operating Distance as Central Characteristic

Kapacitní senzor se přepne při určité vzdálenosti k detekovanému materiálu. Tato vzdálenost je označována jako „pracovní vzdálenost“. Pracovní vzdálenost je nejdůležitější charakteristikou kapacitního senzoru. Pracovní vzdálenost závisí na průměru elektrody senzoru. Dalšími ovlivňujícími faktory jsou rozměry a materiál tlumicího prvku a okolní teplota.

Norma EN 60947-5-2 definuje pracovní vzdálenost (s) pro všechny typy senzorů kromě štěrbinového a prstencového provedení. Za „pracovní vzdálenost“ norma považuje „vzdálenost, ve které je změna signálu na výstupu způsobena přiblížením standardního cíle ke snímací ploše podél referenční osy“.

Senzor lze aktivovat dvěma způsoby:

• Pomocí axiálního přiblížení
• Pomocí radiálního přiblížení

Pracovní vzdálenost s kapacitního senzoru je založena na uzemněném kovovém objektu určité velikosti. Pro srovnání, změna kapacity pro nevodivé materiály nebo neuzemněné vodivé materiály je menší. Objekt se proto musí pohybovat blíže k elektrodě senzoru, aby spínač reagoval. Skutečná pracovní vzdálenost závisí na následujících faktorech:

• Snímací plocha elektrody senzoru
• Velikost a stav uzemnění detekovaného objektu
• Materiál (permitivita) detekovaného objektu
• Instalační podmínky senzoru

Čím je permitivita příslušného materiálu v jinak srovnatelných geometrických instalačních podmínkách nižší, tím menší je dosažitelná pracovní vzdálenost s. U většiny kapacitních senzorů lze citlivost nastavit v rámci limitů pomocí potenciometru na senzoru. Ve výrobě nastavenou výchozí pracovní vzdálenost lze tedy přizpůsobit materiálu objektu a instalační situaci senzoru.

Standardní cíl je definován jako „optimální akční prvek“ (~ tlumicí prvek) pro provoz. Zmenšení rozměrů nebo změna materiálového složení zkracuje pracovní vzdálenost.

Standardní cíl určuje některé charakteristiky senzoru, jako je pracovní vzdálenost nebo spínací frekvence, a umožňuje porovnávat specifikace senzorů. Specifikace senzorů lze použít, pokud tlumicí prvek použitý ve skutečné aplikaci odpovídá materiálem a rozměry standardnímu cíli. Pokud je ve skutečnosti použitý tlumicí prvek větší, obvykle nedojde ke zvětšení pracovní vzdálenosti. Pokud je použitý tlumicí prvek menší než standardní cíl stanovený v normě EN 60947-5-2 nebo je vytvořen z jiného materiálu, zkrátí se pracovní vzdálenost. Uspořádání senzoru a tlumicího prvku musí být proto individuálně upraveno tak, aby byla zohledněna zkrácená pracovní vzdálenost.

Actuation by Axial Approach

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

Standardní cíl je čtvercový o tloušťce 1 mm a je vyroben z oceli typu FE 360 (ST37) s hladkým povrchem.
Cíl má jednu z následujících délek stran:

• 1 × průměr vnitřního kruhu snímací plochy
• 3 × s_n

Ve všech případech platí větší hodnota (tzn. větší plocha).

Příklad 1

Senzor M18
Pracovní vzdálenost 5 mm
3 × pracovní vzdálenost = 15 mm < průměr senzoru

• Tlumicí prvek musí mít proto rozměry 18 × 18 × 1 mm.

Příklad 2

Senzor M18
Pracovní vzdálenost 8 mm
3 × pracovní vzdálenost = 24 mm > průměr senzoru

• Tlumicí prvek musí mít proto rozměry 24 × 24 × 1 mm.

Pracovní vzdálenost (jmenovitá pracovní vzdálenost) (s_n

Pracovní vzdálenost s_nnebo podle normy EN 60947-2-5 „jmenovitá pracovní vzdálenost“ je konvenční proměnná pro určení pracovní vzdálenosti. Pro tento typ pracovní vzdálenosti nejsou brány v úvahu výrobní tolerance ani změny způsobené vnějšími vlivy, jako jsou napětí a teplota.

Efektivní pracovní vzdálenost s_r

Efektivní pracovní vzdálenost s_r je pracovní vzdálenost jednoho senzoru naměřená za následujících podmínek:

• Okolní teplota +23 ± 5 °C
• Napětí v rozsahu provozního napětí
• V rámci stanovených instalačních podmínek

0,9 × s_n ≤ s_r ≤ 1,1 × s_n

Využitelná pracovní vzdálenost s_u

Využitelná pracovní vzdálenost s_u je pracovní vzdálenost jednoho senzoru naměřená za následujících podmínek:

• Rozsah okolních teplot od –25 °C do +70 °C
• Napájecí napětí od 85 % do 110 % jmenovitého provozního napětí

0,9 až s_r ≤ s_u ≤ 1,1 × s_r

Zaručená pracovní vzdálenost s_a

Zaručená pracovní vzdálenost s_a je vzdálenost od snímací plochy, při které je zaručena aktivace senzoru za stanovených podmínek:

0 < s_a ≤ 0,81 × s_n

Přesnost opakování R

Přesnost opakování R je změna efektivní pracovní vzdálenosti s_rnaměřená za následujících podmínek:

• Období: 8 hodin
• Teplota pouzdra: +23 °C ± 5 °C
• Relativní vlhkost: libovolná
• Napájecí napětí: U_e ± 5 % nebo napětí: libovolné ± 5 % v rozsahu jmenovitého provozního napětí

R ≤ 0,1 ×·s_r

Hystereze H

Hystereze H je vzdálenost mezi spínacími body (SP), když se standardní cíl přiblíží k senzoru a poté se od něj znovu vzdaluje. Hystereze je udávána jako relativní hodnota vzhledem k efektivní pracovní vzdálenosti sr. Tato vzdálenost je měřena při okolní teplotě +23 °C ± 5 °C a jmenovitém provozním napětí.

H ≤ 0,2 × s_r

Typická hystereze kapacitních senzorů od společnosti Pepperl+Fuchs je v rozsahu od 5 % do 10 % efektivní pracovní vzdálenosti s_r.

Stav „bezpečně vypnuto“

Senzor je bezpečně vypnutý, pokud je vzdálenost standardního cíle od snímací plochy nejméně trojnásobkem pracovní vzdálenosti 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.

Senzor se při axiální vzdálenosti 0 sepne při přibližně 15% pokrytí aktivní plochy. Při polovině efektivní pracovní vzdálenosti (s_r) musí být povrch senzoru pokryt již z přibližně 35 %. Při axiální vzdálenosti 0,8 × s_rmusí pokrytí dosahovat 50 %. Při axiální vzdálenosti 1 × s_rmusí být senzor zcela pokrytý, aby se sepnul.

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.

Velikost se liší od standardního cíle

Kapacitní senzory jsou často používány k dotazování na části strojů. Tyto části strojů mají zřídka stejnou velikost a tvar jako standardní cíl, na který se vztahují technické údaje senzoru. Pracovní vzdálenost závisí zejména na velikosti kovu použitého k tlumení senzoru. Obecně platí, že pracovní vzdálenost se dále nezvyšuje, pokud jsou objekty větší, než je stanoveno standardním cílem. Pokud se však objekty zmenší pod úroveň standardního cíle, pracovní vzdálenost se znatelně zkrátí. Když se dotazovaný objekt liší velikostí od standardního cíle, doporučujeme zkontrolovat pracovní vzdálenost vybraného senzoru.

Možné odchylky proměnných

Plocha objektu a × b je menší než standardní cíl
► dosah snímání se zmenší

Plocha objektu a × b je větší než standardní cíl
► žádný efekt

Materiál se liší od standardního cíle

Redukční faktor

Kromě rozměrů má obzvláště důležitou roli materiál tlumicího prvku. Tento vliv je vyjadřován redukčním faktorem. Redukční faktor vyjadřuje odlišnost pracovní vzdálenosti indukčních senzorů pro příslušný materiál od pracovní vzdálenosti pro ocel FE 360 (St37).

Čím menší je redukční faktor, tím menší je pracovní vzdálenost pro konkrétní materiál. Vzhledem k tomu, že tento redukční faktor u kapacitního bezdotykového senzoru závisí na faktorech, jako jsou pouzdro a materiál stínění, může se u jednotlivých typů lišit. Pro každý příslušný senzor je rozhodující individuální hodnota.

Konstanty materiálů a pracovní vzdálenosti

Pracovní vzdálenost sn kapacitního senzoru je přednastavena ve výrobě pomocí uzemněného kovového objektu určité velikosti za definovaných instalačních podmínek (se zapuštěním, bez zapuštění). Pro objekty z odlišných materiálů, které mají být detekovány za stejných podmínek, se přednastavená pracovní vzdálenost zkrátí.

Poznámka: Pokud není kovový objekt uzemněn, stává se jeho velikost klíčovým faktorem, který rozhoduje o tom, zda bude kov detekován.

Následující tabulka poskytuje přehled velikostí dielektrických konstant materiálů a očekávaných redukčních faktorů pro jmenovitou pracovní vzdálenost.