Distancia operativa como característica central

Un sensor inductivo conmuta a una determinada distancia del objeto metálico. Esta distancia se denomina «distancia operativa». La distancia operativa es la característica más importante de un sensor inductivo. La distancia operativa depende del diámetro de la bobina del sensor. Otros factores que afectan son las dimensiones y la composición del material del actuador y la temperatura ambiente.

La norma EN 60947-5-2 define la distancia operativa (s) para todos los tipos de sensores, excepto los diseños en forma de ranura y en forma de anillo. Con «distancia operativa», la norma se refiere a la «distancia a la que se produce un cambio de señal en la salida por la aproximación del 'objetivo estándar' a la superficie de detección a lo largo del eje de referencia».

Hay dos formas de accionar un sensor:

• Mediante la aproximación axial
• Mediante la aproximación radial

El objetivo estándar se define como un «actuador óptimo» para el funcionamiento. Una reducción de las dimensiones o un cambio en la composición del material reduce la distancia operativa.

El objetivo estándar especifica algunas características del sensor, como la distancia operativa o la frecuencia de conmutación, y permite que las especificaciones del sensor se puedan comparar. Las especificaciones del sensor se pueden utilizar si el actuador utilizado en la aplicación real se corresponde en material y dimensiones con el objetivo estándar. Si el actuador utilizado es más grande, normalmente no mejoran las características del sensor. Si el actuador utilizado es más pequeño que el objetivo estándar especificado en la norma EN 60947-5-2 o está hecho de otro material, se reduce la distancia operativa. La disposición del sensor y del actuador se debe personalizar de modo que se tenga en cuenta la distancia operativa reducida.

Accionamiento mediante aproximación axial

Para el accionamiento axial del sensor, se determinan las siguientes distancias operativas mediante un objetivo estándar.

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 .

Accionamiento mediante aproximación radial

Además de la aproximación axial del objetivo estándar, existe la aproximación radial (lateral). Si el objetivo estándar se mueve de forma lateral hacia el área de la superficie de detección del sensor, el resultado es una distancia operativa diferente (s) con un punto de conmutación distinto (SP) y, en consecuencia, una histéresis distinta (H). Esto depende de la distancia axial. Esta relación se describe mediante la curva de respuesta.

El sensor conmuta a una distancia axial de 0 con una cobertura aproximada del 15 % de la superficie activa. A 0,5 * distancia operativa efectiva (sr), la superficie del sensor ya debe estar cubierta en aproximadamente un 35 %. A una distancia axial de 0,8 * sr, la cobertura debe ser del 50 %. A 1 * sr, el sensor debe estar completamente cubierto para que conmute.

El tamaño y el material en aplicaciones reales normalmente se desvían de las especificaciones normativas para el objetivo estándar. En la práctica, se utilizan actuadores que tienen dimensiones distintas y están hechos de materiales diferentes a los del objetivo estándar. Los dos factores se pueden tener en cuenta en consecuencia.

Desviación del tamaño del objetivo estándar

Los sensores inductivos a menudo se utilizan para consultar las piezas de la máquina. Estas piezas de la máquina no suelen tener el mismo tamaño y forma que el objetivo estándar al que se refieren los datos técnicos de un sensor. La distancia operativa depende sobre todo del tamaño del metal utilizado para amortiguar el sensor. Por lo general, la distancia operativa no sigue aumentando si los objetos son mayores que los especificados por el objetivo estándar. Sin embargo, si los objetos se vuelven más pequeños que el objetivo estándar, la distancia operativa sufre una disminución notable. Si el objeto que se consulta tiene un tamaño distinto al objetivo estándar, recomendamos que se compruebe la distancia operativa del sensor seleccionado.

Posibles variables de desviación

El área del objeto a * b es menor que el objetivo estándar
► el rango de detección es menor

El área del objeto a * b es mayor que el objetivo estándar
► sin efecto

El objeto es más grueso que el objetivo estándar
► en este caso, la profundidad de penetración del campo magnético en el metal es fundamental: 

• Para sensores con una oscilación de alta frecuencia, la profundidad de penetración es baja: sin efecto
• Para sensores con una oscilación de baja frecuencia, la profundidad de penetración es alta: el rango de detección es ligeramente menor

El objeto es más delgado que el objetivo estándar
► el rango de detección es ligeramente mayor (para metales no ferrosos)

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):