Pracovní vzdálenost jako stěžejní charakteristika

Indukční senzor se sepne v určité vzdálenosti od kovového objektu. Tato vzdálenost je označována jako „pracovní vzdálenost“. Pracovní vzdálenost je nejdůležitější charakteristikou indukčního senzoru. Pracovní vzdálenost závisí na průměru cívky senzoru. Dalšími ovlivňujícími faktory jsou rozměry a materiál akčního členu 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

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 zlepšení vlastností senzoru. 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 přizpůsobeno tak, aby byla zohledněna snížená pracovní vzdálenost.

Aktivace axiálním přiblížením

Pro axiální aktivaci senzoru jsou pomocí standardního cíle stanoveny následující pracovní vzdálenosti.

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 .

Aktivace radiálním přiblížením

Kromě axiálního přiblížení standardního cíle existuje také radiální (boční) přiblížení. Pokud je standardní cíl posunut do oblasti snímací plochy senzoru z boku, výsledkem je jiná pracovní vzdálenost (s) s odlišným spínacím bodem (SP) a odpovídajícím způsobem odlišnou hysterezí (H). Pracovní vzdálenost pak závisí na axiální vzdálenosti. Tento vztah je znázorněn křivkou odezvy.

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

Velikost a materiál v reálných aplikacích se obvykle liší od normativních specifikací pro standardní cíl. V praxi jsou přirozeně používány tlumicí prvky, které mají odlišné rozměry a skládají se z odlišných materiálů než standardní cíl. Tyto dva faktory lze odpovídajícím způsobem zohlednit.

Velikost se liší od standardního cíle

Indukční 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

Objekt je silnější než standardní cíl
► v tomto případě je rozhodující hloubka průniku magnetického pole do kovu: 

• U senzorů s vysokou frekvencí oscilátoru je hloubka průniku malá: žádný efekt
• U senzorů s nízkou frekvencí oscilátoru je hloubka průniku velká: dosah snímání se nepatrně zmenší

Objekt je tenčí než standardní cíl
► dosah snímání se nepatrně zvětší (u neželezných kovů)

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):