Odległość robocza jako najważniejsza cecha

Czujnik indukcyjny przełącza się w pewnej odległości od metalowego obiektu. Odległość ta jest określana jako „odległość robocza”. Odległość robocza jest najważniejszą cechą czujnika indukcyjnego. Odległość robocza zależy od średnicy cewki czujnika. Wymiary i skład materiału siłownika oraz temperatura otoczenia są dodatkowymi czynnikami wpływającymi na pracę.

Norma EN 60947-5-2 określa odległość roboczą (s) dla wszystkich typów czujników innych niż czujniki szczelinowe i czujniki w kształcie pierścienia. „Odległość robocza” w treści normy oznacza „odległość, w której zmiana sygnału na wyjściu jest spowodowana podejściem ‘standardowego celu’ do powierzchni wykrywania wzdłuż osi odniesienia”.

Są dwa sposoby wzbudzania czujnika:

• Przy użyciu podejścia osiowego,
• Przy użyciu podejścia promieniowego.

Standardowy cel jest zdefiniowany jako „optymalny element wykonawczy” (~element tłumiący) do pracy. Zmniejszenie wymiarów lub zmiana składu materiału powoduje zmniejszenie odległości roboczej.

Standardowy cel określa niektóre cechy czujników, takie jak odległość robocza lub częstotliwość przełączania, i sprawia, że specyfikacje czujników są porównywalne. Dane techniczne czujnika można wykorzystać, jeśli element tłumiący używany w rzeczywistym zastosowaniu odpowiada materiałowi i wymiarom standardowego celu. Jeżeli element tłumiący jest większy, zwykle nie poprawia to właściwości czujnika. Jeśli użyty element tłumiący jest mniejszy od standardowego celu, określonego normą EN 60947-5-2, lub składa się z innego materiału, zmniejsza to odległość roboczą. Układ czujnika i elementu tłumiącego musi być dostosowany w taki sposób, aby uwzględniał zmniejszoną odległość roboczą.

Wzbudzanie przez podejście osiowe

Na potrzeby osiowego uruchamiania czujnika określa się następujące odległości robocze za pomocą standardowego celu.

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 .

Wzbudzanie przez podejście promieniowe

Oprócz osiowego podejścia celu standardowego, dostępne jest podejście promieniowe (boczne). Jeśli wzorzec standardowy jest przesuwany poprzecznie do obszaru czoła wykrywającego czujnika, wynikiem jest inna odległość robocza (s) z innym punktem przełączania (SP) i odpowiednio inna histereza (H). Zależy to od odległości osiowej. Relacja ta jest opisana przez krzywą reakcji.

Czujnik przełącza się przy odległości osiowej 0 przy około 15% pokrycia aktywnej powierzchni. Przy skutecznej odległości roboczej (sr) 0,5 * powierzchnia czujnika musi być już pokryta w około 35%. Przy odległości osiowej równej 0,8 * sr, pokrycie musi wynosić 50%. Przy 1* sr czujnik musi być całkowicie zakryty, aby mógł się przełączyć.

Wielkość i materiał w rzeczywistych zastosowaniach zwykle odbiegają od normatywnych specyfikacji dla celu standardowego. W praktyce stosowane są oczywiście elementy tłumiące, które mają różne wymiary i składają się z różnych materiałów niż standardowy cel. Te dwa czynniki można odpowiednio uwzględnić.

Rozmiar odbiega od celu standardowego

Czujniki indukcyjne są często używane do sprawdzania części maszyny. Takie części maszyny rzadko mają taki sam rozmiar i kształt jak standardowy cel, do którego odnoszą się dane techniczne czujnika. Odległość robocza zależy w szczególności od wielkości metalu użytego do tłumienia czujnika. Zazwyczaj odległość robocza nie zwiększa się, jeśli obiekty są większe niż określone przez standardowy cel. Jeśli jednak obiekty stają się mniejsze niż standardowy cel, to odległość robocza ulega znacznemu zmniejszeniu. Jeśli rozmiar obiektu, którego dotyczy zapytanie, różni się od rozmiaru obiektu standardowego, zaleca się sprawdzenie odległości roboczej wybranego czujnika.

Możliwe odchylenia zmiennych

Obszar obiektu a * b jest mniejszy niż standardowy obszar docelowy
► zasięg wykrywania staje się mniejszy

Obszar obiektu a * b jest większy niż standardowy obszar docelowy
► brak efektu

Obiekt ma większą grubość niż standardowy cel
► w tym przypadku głębokość penetracji pola magnetycznego w głąb metalu ma kluczowe znaczenie: 

• W przypadku czujników o wysokiej częstotliwości oscylatora głębokość penetracji jest niska: brak efektu
• W przypadku czujników o niskiej częstotliwości oscylatora głębokość penetracji jest wysoka: Zakres wykrywania staje się nieznacznie mniejszy

Obiekt jest cieńszy od standardowego celu
► zakres wykrywania staje się nieco większy (dla metali nieżelaznych)

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):