Operating Distance as Central Characteristic

Un sensore capacitivo commuta a partire da una certa distanza da un materiale che viene rilevato. Questa distanza viene definita "distanza operativa". La distanza operativa è la caratteristica più importante di un sensore capacitivo. La distanza operativa dipende dal diametro dell'elettrodo del sensore. Le dimensioni e la composizione del materiale del target di riferimento 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

La distanza operativa s di un sensore capacitivo si basa su un oggetto metallico collegato a terra di una certa dimensione. In confronto, la variazione di capacità è minore per materiali non conduttivi o materiali conduttivi non collegati a terra. L'oggetto deve quindi essere spostato più vicino all'elettrodo del sensore per azionare l'interruttore. La distanza operativa effettiva dipende dai seguenti fattori:

• Superficie di rilevamento dell'elettrodo del sensore
• Dimensioni e stato di messa a terra dell'oggetto che viene rilevato
• Materiale (permittività) dell'oggetto che viene rilevato
• Condizioni di installazione del sensore

Minore è il numero di permittività del rispettivo materiale in condizioni di installazione geometriche altrimenti paragonabili, minore è la distanza operativa raggiungibile s. Per la maggior parte dei sensori capacitivi, la sensibilità può essere impostata entro i limiti utilizzando un potenziometro sul sensore. La distanza operativa di default, impostata di fabbrica, può quindi essere ancora adattata al materiale dell'oggetto e alla situazione di installazione del sensore.

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 aumenta la distanza operativa. 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. Di conseguenza, la disposizione del sensore e del target di riferimento deve essere regolata su base individuale in modo tale da considerare ridotta la distanza operativa.

Actuation by Axial Approach

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

Il target standard è quadrato con uno spessore di 1 mm ed è realizzato in acciaio, tipo FE 360 (ST37) con superficie liscia.
Il target ha una delle seguenti lunghezze laterali:

• 1 x diametro del cerchio interno della superficie di rilevamento
• 3 x s_n

Il valore più grande (cioè l'area più grande) si applica in tutti i casi.

Esempio 1

Sensore M18
Distanza operativa 5 mm
3 x distanza operativa = 15 mm < diametro del sensore

• Il target di riferimento deve quindi essere 18 x 18 x 1 mm.

Esempio 2

Sensore M18
Distanza operativa 8 mm
3 x distanza operativa = 24 mm > diametro del sensore

• Il target di riferimento deve quindi essere 24 x 24 x 1 mm.

Distanza operativa ("distanza operativa nominale") s_n

La distanza operativa s_n, o secondo EN 60947-2-5, "distanza operativa nominale" è una variabile convenzionale per determinare la distanza operativa. Questo tipo di distanza operativa non tiene conto delle tolleranze di fabbricazione o delle variazioni causate da influssi esterni quali tensione e temperatura.

Distanza operativa effettiva s_r

La distanza operativa effettiva s_r è la distanza operativa di un singolo sensore misurata alle seguenti condizioni:

• Temperatura ambiente di +23 ± 5 °C
• Tensione all'interno dell'intervallo di tensione di esercizio
• Entro le condizioni di installazione specificate

0,9 · s_n ≤ s_r ≤ 1,1 · s_n

Distanza operativa utilizzabile s_u

La distanza operativa utilizzabile s_u è la distanza operativa di un singolo sensore misurata alle seguenti condizioni:

• Campo di temperatura ambiente compreso tra -25 °C … +70 C
• Tensione di alimentazione compresa tra l'85% … il 110% della tensione di esercizio nominale

0,9 · s_r ≤ s_u ≤ 1,1 · s_r

Distanza operativa garantita s_a

La distanza operativa garantita s_a è la distanza dalla superficie di rilevamento entro la quale l'azionamento del sensore è garantito in condizioni prestabilite:

0 < s_a ≤ 0,81 · s_n

Precisione di ripetizione R

La precisione di ripetizione R è la variazione della distanza operativa effettiva s_r, misurata alle seguenti condizioni:

• Periodo: 8 ore
• Temperatura custodia: +23 °C ± 5 °C
• Umidità relativa: qualsiasi
• Tensione di alimentazione: U_e ± 5 %; o tensione: qualsiasi ± 5 % entro l'intervallo di tensione di esercizio nominale

R ≤ 0,1 ·s_r

Isteresi H

L'isteresi H è la distanza tra i punti di commutazione (SP) quando il target standard si avvicina al sensore e si allontana nuovamente da esso. L'isteresi è specificata rispetto alla distanza operativa effettiva sr. Questa distanza viene misurata a una temperatura ambiente di +23 °C ± 5 °C e alla tensione di esercizio nominale.

H ≤ 0,2 · s_r

L'isteresi tipica dei sensori capacitivi Pepperl+Fuchs è compresa nell'intervallo tra il 5% … 10% della distanza operativa effettiva s_r.

Stato "spento in sicurezza"

Un sensore è spento in sicurezza se la distanza tra il bersaglio standard e la superficie di rilevamento è almeno tre volte la distanza 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.

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

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.

La dimensione differisce dal target standard

I sensori capacitivi 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

Materiale differente dal target standard

Fattore di riduzione

Oltre alle dimensioni, la composizione del materiale del target di riferimento svolge un ruolo particolarmente importante. Ciò è descritto dal fattore di riduzione. Il fattore di riduzione indica il fattore per cui la distanza operativa dei sensori induttivi differisce dall'acciaio FE 360 (St37) per via dei materiali diversi.

Minore è il fattore di riduzione, minore è la distanza operativa per il materiale specifico. Poiché questo fattore di riduzione nel sensore di prossimità capacitivo dipende da fattori quali il materiale di custodia e di schermatura, può variare da tipo a tipo. Il valore individuale è fondamentale per ciascun sensore.

Costanti di materiale e distanze operative

La distanza operativa sn di un sensore capacitivo è preimpostata di fabbrica utilizzando un oggetto metallico collegato a terra di una certa dimensione in condizioni di installazione definite (a filo, non a filo). La distanza operativa preimpostata viene ridotta per oggetti con materiali differenti che devono essere rilevati in condizioni identiche.

Nota: Se l'oggetto metallico non è collegato a terra, la dimensione dell'oggetto metallico diventa il fattore determinante che stabilisce se il metallo viene rilevato.

La tabella seguente fornisce una panoramica delle dimensioni delle costanti dielettriche dipendenti dal materiale e dei fattori di riduzione previsti per la distanza operativa nominale.