Operating Distance as Central Characteristic

Un sensor capacitivo conmuta a partir de una determinada distancia a un material que se detecta. Esta distancia se denomina «distancia operativa». La distancia operativa es la característica más importante de un sensor capacitivo. La distancia operativa depende del diámetro del electrodo 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

La distancia operativa s de un sensor capacitivo se basa en un objeto metálico conectado a tierra de un tamaño determinado. En comparación, el cambio de capacitancia es menor para materiales no conductores o materiales conductores no conectados a tierra. Por tanto, el objeto se debe acercar al electrodo del sensor para accionar el interruptor. La distancia operativa real depende de los siguientes factores:

• Superficie de detección del electrodo del sensor
• Tamaño y estado de conexión a tierra del objeto detectado
• Material (permitividad) del objeto detectado
• Condición de instalación del sensor

Cuanto menor sea el número de permitividad del material respectivo en condiciones de instalación geométricas comparables, menor será la distancia operativa alcanzable s. Para la mayoría de los sensores capacitivos, la sensibilidad se puede ajustar dentro de los límites mediante un potenciómetro en el sensor. Por tanto, la distancia operativa predeterminada ajustada de fábrica se puede adaptar al material del objeto y a la situación de instalación del sensor.

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 aumenta la distancia operativa. 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. En consecuencia, la disposición del sensor y del actuador se debe ajustar de forma individual, de modo que se tenga en cuenta la distancia operativa reducida.

Actuation by Axial Approach

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

El objetivo estándar es cuadrado con un grosor de 1 mm y está fabricado en acero, tipo FE 360 (ST37) con una superficie lisa.
El objetivo tiene una de las siguientes longitudes laterales:

• 1 diámetro del círculo interior de la superficie de detección
• 3 s_n

El valor más alto (es decir, el área más grande) se aplica en todos los casos.

Ejemplo 1

Sensor M18
Distancia operativa 5 mm
3 x distancia operativa = 15 mm < diámetro del sensor

• Por tanto, el actuador debe ser de 18 x 18 x 1 mm.

Ejemplo 2

Sensor M18
Distancia operativa 8 mm
3 x distancia operativa = 24 mm > diámetro del sensor

• Por tanto, el actuador debe ser de 24 x 24 x 1 mm.

Distancia operativa («distancia operativa nominal») s_n

La distancia operativa s_n, o conforme a EN 60947-2-5, «distancia operativa nominal» es una variable convencional para determinar la distancia operativa. Este tipo de distancia operativa no tiene en cuenta las tolerancias de fabricación ni los cambios causados por influencias externas como la tensión y la temperatura.

Distancia operativa efectiva s_r

La distancia operativa efectiva s_r es la distancia operativa de un único sensor, que se mide en las siguientes condiciones:

• Temperatura ambiente de +23 ± 5 °C
• Tensión dentro del rango de tensión de funcionamiento
• Dentro de las condiciones de instalación especificadas

0,9 · s_n ≤ s_r ≤ 1,1 · s_n

Distancia operativa útil s_u

La distancia operativa útil s_u es la distancia operativa de un único sensor, que se mide en las siguientes condiciones:

• Rango de temperatura ambiente entre -25 °C… +70 °C
• Tensión de alimentación entre 85 %… 110 % de la tensión de funcionamiento nominal

0,9 · s_r ≤ s_u ≤ 1,1 · s_r

Distancia operativa garantizada s_a

La distancia operativa garantizada s_a es la distancia desde la superficie de detección, dentro de la que se garantiza el accionamiento del sensor en condiciones establecidas:

0 < s_a ≤ 0,81 · s_n

Precisión de repetición R

La precisión de repetición R es el cambio en la distancia operativa efectiva s_r, que se mide en las siguientes condiciones:

• Período: 8 horas
• Temperatura de la carcasa: +23 °C ± 5 °C
• Humedad relativa: cualquiera
• Tensión de alimentación: U_e ± 5 %; o tensión: cualquiera ± 5 % dentro del rango de tensión de funcionamiento nominal

R ≤ 0,1 ·s_r

Histéresis H

La histéresis H es la distancia entre los puntos de conmutación (SP) cuando el objetivo estándar se aproxima al sensor y se aleja de él. La histéresis se especifica en relación con la distancia operativa efectiva sr. Esta distancia se mide a una temperatura ambiente de +23 °C ± 5 °C y a la tensión de funcionamiento nominal.

H ≤ 0,2 · s_r

La histéresis típica de los sensores capacitivos de Pepperl+Fuchs se encuentra en el rango entre el 5 %… 10 % de la distancia operativa efectiva s_r.

Estado «desactivado seguro»

Un sensor se desactiva de forma segura si la distancia del objetivo estándar a la superficie de detección es al menos tres veces la distancia operativa 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.

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 (s_r), la superficie del sensor ya debe estar cubierta en aproximadamente un 35 %. A una distancia axial de 0,8 * s_r, la cobertura debe ser del 50 %. A 1 * s_r, el sensor debe estar completamente cubierto para que conmute.

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.

Desviación del tamaño del objetivo estándar

Los sensores capacitivos 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

Desviación del material del objetivo estándar

Factor de reducción

Además de las dimensiones, la composición del material del actuador desempeña una función especialmente importante. El factor de reducción describe esta función. El factor de reducción indica el factor por el que la distancia operativa de los sensores inductivos difiere del acero FE 360 (St37) debido a los distintos materiales.

Cuanto menor sea el factor de reducción, menor será la distancia operativa para el material específico. Dado que este factor de reducción en el sensor de proximidad capacitivo depende de factores, como la carcasa y el material de protección, puede variar de un tipo a otro. El valor individual es crucial para cada sensor.

Constantes y distancias de funcionamiento de materiales

La distancia operativa sn de un sensor capacitivo se predetermina en fábrica mediante un objeto metálico conectado a tierra de un tamaño determinado en condiciones de instalación definidas (enrasado, no enrasado). La distancia operativa predeterminada se reduce para objetos con materiales de desviación que se deben detectar en condiciones idénticas.

Nota: Si el objeto metálico no está conectado a tierra, el tamaño del objeto metálico se convierte en el factor crucial que decide si se detecta el metal.

En la siguiente tabla se muestra una descripción general de los tamaños de las constantes dieléctricas dependientes del material y los factores de reducción previstos a la distancia operativa nominal.