Distância de operação como característica central

Um sensor indutivo comuta a uma determinada distância do objeto metálico. Essa distância é chamada de "distância de operação". A distância de operação é a característica mais importante de um sensor indutivo. A distância de operação depende do diâmetro da bobina do sensor. As dimensões e a composição do material do atuador 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

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 melhora as propriedades do sensor. 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. A disposição do sensor e do elemento de amortecimento deve ser personalizada de modo que a distância de operação reduzida seja levada em consideração.

Atuação pela abordagem axial

Para a atuação axial do sensor, as seguintes distâncias de operação são determinadas usando um alvo padrão.

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 .

Atuação pela abordagem radial

Além da abordagem axial do alvo padrão, existe a abordagem radial (lateral). Se o alvo padrão for movido lateralmente para a área da face sensora do sensor, o resultado é uma (s) distância (s) de operação diferente (s) com um ponto de comutação diferente (SP) e histerese correspondentemente diferente (H). Isso depende da distância axial. Essa relação é descrita pela curva de resposta.

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

O tamanho e o material em aplicações reais geralmente diferem das especificações normativas para o alvo padrão. Na prática, é claro, são usados elementos de amortecimento que têm dimensões diferentes e consistem em materiais diferentes do alvo padrão. Os dois fatores podem ser levados em consideração de acordo.

O tamanho difere do alvo padrão

Os sensores indutivos 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

O objeto é mais espesso que o alvo padrão
► neste caso, a profundidade de penetração do campo magnético no metal é crucial: 

• Para sensores com alta frequência do oscilador, a profundidade de penetração é baixa: nenhum efeito
• Para sensores com baixa frequência do oscilador, a profundidade de penetração é alta: A faixa de detecção torna-se um pouco menor

O objeto é mais fino do que o alvo padrão
► a faixa de detecção se torna um pouco maior (para metais não 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):