Operating Distance as Central Characteristic

A kapacitív érzékelő bizonyos távolságra kapcsol az érzékelt anyagtól. Ezt a távolságot „hatótávolságnak” nevezzük. A kapacitív érzékelő legfontosabb jellemzője a hatótávolság. A hatótávolság az érzékelő elektródájának átmérőjétől függ. A csillapítóelem méretei és anyaga, valamint a környezeti hőmérséklet további befolyásoló tényezők.

Az EN 60947-5-2 szabvány meghatározza a hatótávolságot (s) a rés és a gyűrű alakú érzékelőktől eltérő érzékelők esetében. „Hatótávolság”: azt a távolságot jelenti, amelyen a jel a kimeneten megváltozik, a „standard céltárgy” és a referencia tengely mentén lévő érzékelőfelület közötti megközelítéséből.

Az érzékelő kétféleképpen működtethető:

• Tengelyirányú megközelítés alkalmazása
• Radiális megközelítés alkalmazása

A kapacitív érzékelő hatótávolsága egy bizonyos méretű, földelt fémtárgyon alapul. Összehasonlításképpen, a kapacitás változása a nem vezető anyagok vagy a nem földelt vezető anyagok esetén kisebb. Ezért a kapcsoló működtetéséhez a tárgyat közelebb kell helyezni az érzékelő elektródájához. A tényleges hatótávolság a következő tényezőktől függ:

• Az érzékelőelektróda érzékelőfelülete
• Az érzékelt tárgy mérete és földelési állapota
• Az érzékelt tárgy anyaga (permittivitás)
• Érzékelő telepítési feltételei

Minél kisebb az adott anyag permittivitási száma az egyébként hasonló geometriai beépítési körülmények között, annál kisebb az elérhető s hatótávolság. A legtöbb kapacitív érzékelő esetében az érzékenység az érzékelő potenciométerével a határértékeken belül állítható. Így a gyári alapértelmezett hatótávolság még mindig hozzáigazítható a tárgy anyagához és az érzékelő telepítési helyzetéhez.

A standard céltárgy egy, a működés szempontjából „optimális működtetőelem” (~csillapítóelem). A méretek csökkentése vagy az anyagösszetétel változása csökkenti a hatótávolságot.

A standard céltárgy meghatározza az érzékelők bizonyos jellemzőit, például a hatótávolságot vagy a kapcsolási frekvenciát, és lehetővé teszi az érzékelők műszaki adatainak összehasonlítását. Az érzékelő műszaki adatai akkor használhatók, ha az aktuális alkalmazásban használt csillapítóelem anyaga és mérete megfelel a standard céltárgynak. Ha a ténylegesen használt csillapítóelem nagyobb, ez általában nem növeli a hatótávolságot. Ha a csillapítóelem kisebb, mint az EN 60947-5-2 szabványban meghatározott standard céltárgy, vagy más anyagból készült, ez csökkenti a hatótávolságot. Ennek megfelelően az érzékelő és a csillapítóelem elrendezését egyedileg kell beállítani, hogy a csökkentett hatótávolságot figyelembe lehessen venni.

Actuation by Axial Approach

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

A standard céltárgy 1 mm vastagságú négyzet alakú, FE 360 (ST37) típusú acélból készült és sima felületű.
A céltárgy oldalhosszúsága a következő:

• 1 x az érzékelőfelület belső átmérője
• 3 x s_n

Minden esetben a nagyobb érték (azaz a nagyobb terület) érvényes.

1. példa

Érzékelő M18
Hatótávolság 5 mm
3 x hatótávolság = 15 mm < érzékelő átmérője

• A csillapítóelemnek ezért 18 x 18 x 1 mm méretűnek kell lennie.

2. példa

Érzékelő M18
Hatótávolság 8 mm
3 x hatótávolság = 24 mm > érzékelő átmérője

• A csillapítóelemnek ezért 24 x 24 x 1 mm méretűnek kell lennie.

Hatótávolság („névleges hatótávolság”) s_n

A hatótávolság s_n, vagy az EN 60947-2-5 szabvány szerint a „névleges hatótávolság” a hatótávolság meghatározására szolgáló hagyományos változó. Az ilyen típusú hatótávolság nem veszi figyelembe a gyártási tűréseket vagy a külső hatások, például a feszültség vagy a hőmérséklet által okozott változásokat.

Tényleges hatótávolság s_r

A tényleges hatótávolság s_r egy érzékelő hatótávolsága a következő feltételek mellett mérve:

• A környezeti hőmérséklet +23 ± 5 °C
• Feszültség az üzemi feszültségtartományon belül
• A megadott telepítési feltételek között

0,9 · s_n ≤ s_r ≤ 1,1 · s_n

Használható hatótávolság s_u

A használható hatótávolság s_u egy érzékelő hatótávolsága a következő feltételek mellett mérve:

• Környezeti hőmérséklet-tartomány -25 °C és +70 C között
• Tápfeszültség a névleges üzemi feszültség 85%-a és 110%-a között.

0,9 · s_r ≤ s_u ≤ 1,1 · s_r

Biztosított hatótávolság s_a

A biztosított hatótávolság s_a az érzékelőfelülettől mért távolság, amelyen belül az érzékelő működése meghatározott feltételek mellett biztosított:

0 < s_a ≤ 0,81 · s_n

R ismétlési pontosság

Az R ismétlési pontosság a tényleges hatótávolság s_{r változása}, a következő feltételek mellett mérve:

• Időszak: 8 óra
• Ház hőmérséklete: +23 °C ± 5 °C
• Relatív páratartalom: tetszőleges
• Tápfeszültség: U_e ± 5 %; vagy feszültség: bármely ± 5% a névleges üzemi feszültségtartományon belül

R ≤ 0,1 ·s_r

H hiszterézis

A H hiszterézis a kapcsolási pontok (SP) közötti távolság, amikor a standard céltárgy megközelíti az érzékelőt, és ismét eltávolodik tőle. A hiszterézis az sr effektív működési távolsághoz viszonyítva van megadva. Ezt a távolságot +23 °C ± 5 °C környezeti hőmérsékleten és a névleges üzemi feszültségen mérik.

H ≤ 0,2 · s_r

A Pepperl+Fuchs kapacitív érzékelők tipikus hiszterézise a tényleges hatótávolság 5%–10%-os tartományában van, s_r.

„Biztonságos kikapcsolt” állapot

Az érzékelő biztonságosan kikapcsol, ha a standard céltárgy és az érzékelőfelület közötti távolság legalább a hatótávolság háromszorosa, 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.

Az érzékelő 0 tengelyirányú távolság esetén, az aktív felület kb. 15%-os lefedettsége mellett kapcsol. 0,5 * tényleges hatótávolság (s_r) esetén az érzékelő felületét már kb. 35%-ban le kell fedni. 0,8 * s_raxiális távolságnál a lefedettségnek 50 %-nak kell lennie. 1* s_resetén az érzékelőt teljesen le kell fedni a kapcsoláshoz.

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.

A méret eltér a standard céltárgytól

A kapacitív érzékelőket gyakran használják a gépalkatrészek lekérdezésére. Az ilyen gépalkatrészek mérete és alakja ritkán egyezik meg azzal a standard céltárggyal, amelyre az érzékelő műszaki adatai vonatkoznak. A hatótávolság különösen az érzékelő csillapítására használt fém méretétől függ. A hatótávolság általában nem nő tovább, ha az objektumok nagyobbak, mint a standard céltárgy. Ha azonban az objektumok kisebbek lesznek, mint a standard céltárgy, a hatótávolság jelentősen csökken. Ha a lekérdezett objektum mérete eltér a standard céltárgytól, javasoljuk, hogy ellenőrizze a kiválasztott érzékelő hatótávolságát.

Lehetséges eltérő változók

Az a * b tárgyterület kisebb, mint a standard céltárgy
► az érzékelési tartomány kisebb lesz

Az a * b tárgyterület nagyobb, mint a standard céltárgy
► nincs hatása

A standard céltárgytól eltérő anyag

Csökkentőtényező

A méretek mellett a csillapítóelem anyagösszetétele különösen fontos szerepet játszik. Ezt a csökkentőtényező írja le. A csökkentőtényező azt a faktort jelzi, amellyel az induktív érzékelők hatótávolsága a különböző anyagok miatt eltér az FE 360 (St37) acél esetén mérhető hatótávolságtól.

Minél kisebb a csökkentőtényező, annál kisebb az adott anyag hatótávolsága. Mivel a kapacitív közelítésérzékelő ezen csökkentőtényezője olyan tényezőktől függ, mint a ház és az árnyékolás, ez típusonként eltérő lehet. Az egyedi érték minden egyes érzékelőnél kulcsfontosságú.

Anyagállandók és hatótávolságok

A kapacitív érzékelő sn hatótávolságát gyárilag meghatározott telepítési körülmények között (süllyesztett, nem süllyesztett) egy bizonyos méretű földelt fémtárggyal állítják be. Az előre beállított hatótávolság az azonos körülmények között észlelhető, eltérő anyagú tárgyak esetén csökken.

Megjegyzés: Ha a fémtárgy nincs földelve, a fémtárgy mérete lesz a döntő tényező, amely eldönti, hogy a fémet észleli-e az érzékelő.

A következő táblázat áttekintést nyújt az anyagfüggő dielektromos állandóknak és a várható csökkentőtényezőknek a névleges hatótávolsághoz viszonyított méretéről.