Distanza operativa come caratteristica centrale

Un sensore induttivo commuta a una certa distanza dall'oggetto metallico. Questa distanza viene definita "distanza operativa". La distanza operativa è la caratteristica più importante di un sensore induttivo. La distanza operativa dipende dal diametro della bobina del sensore. Le dimensioni e la composizione del materiale dell'azionatore e la temperatura ambiente sono ulteriori fattori d'influenza.

EN 60947-5-2 definisce la distanza operativa (s) per tutti i tipi di sensori diversi dai design a slot e ad anello. Con "distanza operativa" lo standard intende la "distanza alla quale un cambiamento di segnale nell'uscita è causato dall'avvicinamento del 'target standard' alla superficie di rilevamento lungo l'asse di riferimento".

Esistono due modi per azionare un sensore:

• Utilizzando un avvicinamento assiale
• Utilizzando un avvicinamento radiale

Il target standard è definito come un "elemento attuatore ottimale" (~target di riferimento) per il funzionamento. Una riduzione delle dimensioni o un cambiamento nella composizione del materiale riduce la distanza operativa.

Il target standard specifica alcune caratteristiche del sensore, come la distanza operativa o la frequenza di commutazione, e rende comparabili le specifiche del sensore. Le specifiche del sensore possono essere utilizzate se il target di riferimento utilizzato nell'applicazione effettiva corrisponde per materiale e dimensioni al target standard. Se il target di riferimento effettivamente utilizzato è più grande, ciò di solito non migliora le proprietà del sensore. Se il target di riferimento utilizzato è più piccolo del target standard specificato nello standard EN 60947-5-2 o è costituito da un materiale diverso, la distanza operativa viene ridotta. La disposizione del sensore e del target di riferimento deve essere personalizzata in modo da tenere conto della distanza operativa ridotta.

Azionamento mediante avvicinamento assiale

Per l'azionamento assiale del sensore, le seguenti distanze operative vengono determinate utilizzando un target standard.

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 .

Azionamento mediante avvicinamento radiale

Oltre all'avvicinamento assiale del target standard, esiste l'avvicinamento radiale (laterale). Se il target standard viene spostato lateralmente nell'area della superficie di rilevamento del sensore, il risultato è una distanza operativa (s) diversa con un punto di commutazione (SP) diverso e isteresi (H) corrispondentemente diversa. Ciò dipende dalla distanza assiale. Questa relazione viene descritta dalla curva di risposta.

Il sensore commuta a una distanza assiale di 0 a circa il 15% della copertura della superficie attiva. A 0,5 * distanza operativa effettiva (sr), la superficie del sensore deve essere già coperta per circa il 35%. A una distanza assiale di 0,8 * sr, la copertura deve essere del 50%. A 1 * sr, il sensore deve essere completamente coperto per poter commutare.

Le dimensioni e il materiale nelle applicazioni reali di solito si discostano dalle specifiche normative per il target standard. Nella pratica, naturalmente, vengono utilizzati target di riferimento di dimensioni diverse e costituiti da materiali diversi rispetto al target standard. I due fattori possono essere presi in considerazione di conseguenza.

La dimensione differisce dal target standard

I sensori induttivi vengono spesso utilizzati per interrogare le parti della macchina. Tali parti di macchina raramente hanno le stesse dimensioni e forma del target standard a cui si riferiscono i dati tecnici di un sensore. La distanza operativa dipende in particolare dalle dimensioni del metallo utilizzato per attenuare il sensore. Generalmente, la distanza operativa non aumenta ulteriormente se gli oggetti sono più grandi di quanto specificato dal target standard. Tuttavia, se gli oggetti diventano più piccoli del target standard, la distanza operativa subisce una notevole diminuzione. Se le dimensioni dell'oggetto interrogato sono diverse da quelle del target standard, si consiglia di controllare la distanza operativa del sensore selezionato.

Possibili variabili differenti

L'area dell'oggetto a * b è minore del target standard
► l'intervallo di rilevamento si riduce

L'area dell'oggetto a * b è maggiore del target standard
► nessun effetto

L'oggetto è più spesso del target standard
► in questo caso è determinante la profondità di penetrazione del campo magnetico nel metallo: 

• Per i sensori con alta frequenza dell'oscillatore, la profondità di penetrazione è bassa: nessun effetto
• Per i sensori con bassa frequenza dell'oscillatore, la profondità di penetrazione è elevata: La portata di rilevazione si riduce leggermente

L'oggetto è più sottile del target standard
► la portata di rilevazione diventa leggermente più ampia (per i metalli non ferrosi)

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):