Sensori di prossimità induttivi Introduzione Principi di funzionamento dei sensori di prossimità induttivi Target standard per sensori di prossimità induttivi Target Bobina Oscillatore Circuito di attivazione Circuito elettrico di uscita I sensori di prossimità induttivi sono progettati per funzionare mediante la generazione di un campo elettromagnetico e la rilevazione delle perdite per correnti parassite generate all’entrata nel campo elettromagnetico di oggetti target di metallo ferroso e non ferroso. Il sensore è composto da una bobina avvolta su nucleo di ferrite, un oscillatore, un rilevatore del livello del segnale di attivazione e un circuito di uscita. Quando un oggetto di metallo avanza all’interno del campo, nel target vengono indotte correnti parassite. Il risultato è una perdita di energia e un’ampiezza inferiore dell’oscillazione. Il circuito del rilevatore a questo punto riconosce un cambiamento specifico nell’ampiezza e genera un segnale che commuterà l’uscita a stato solido. Posizione dell’oggetto Risposta dell’oscillatore Tensione di uscita Livello di funzionamento Uscita On Off Livello di rilascio Off Un target di metallo che si avvicini a un sensore di prossimità induttivo (sopra) assorbe energia generata dall’oscillatore. Quando il target si trova vicino, la perdita di energia arresta l’oscillatore e commuta lo stato dell’uscita. Anche le dimensioni e la forma del target possono influire sulla distanza di rilevamento. Le seguenti indicazioni dovranno essere utilizzate come guida generale per le correzioni relative alle dimensioni e alla forma di un target: S Sono preferibili target piatti Interruttore di prossimità Direzione del moto Superficie attiva 1 mm La superficie attiva di un interruttore di prossimità induttivo è la superficie dalla quale emerge un campo elettromagnetico ad alta frequenza. Un target standard è rappresentato da un quadrato di acciaio dolce, spesso 1 mm, con i lati pari al diametro della superficie attiva o 3 volte la distanza di commutazione nominale, a seconda del valore più grande. Fattori di correzione del target per i sensori di prossimità induttivi Per determinare la distanza di rilevamento per materiali diversi dall’acciaio dolce standard viene utilizzato un fattore di correzione. La composizione del target ha una grossa influenza sulla distanza di rilevamento dei sensori di prossimità induttivi. Se viene utilizzato un target costituito da uno dei materiali elencati, moltiplicare la distanza di rilevamento nominale per il fattore di correzione riportato in modo da determinare la distanza di rilevamento nominale per quel target. Notare che i sensori selettivi verso materiali ferrosi non rileveranno ottone, alluminio o rame, mentre i sensori selettivi verso materiali non ferrosi non rileveranno acciaio o acciaio inossidabile di tipo ferroso. I fattori di correzione elencati di seguito possono essere usati come linea guida generale. I materiali comuni e i loro fattori di correzione specifici sono elencati nella pagina delle specifiche di ogni prodotto. (Raggio di rilevamento nominale) x (fattore di correzione) = Raggio di rilevamento. Fattori di correzione Materiale dei target S I target rotondi possono ridurre la distanza di rilevamento S I materiali non ferrosi in genere riducono la distanza di rilevamento per i modelli di rilevamento completamente in metallo S I target più piccoli della superficie sensibile in genere riducono la distanza di rilevamento S I target più grandi della superficie sensibile possono aumentare la distanza di rilevamento S Forme a foglio possono aumentare la distanza di rilevamento Isteresi (Corsa differenziale) La differenza tra i punti di funzionamento e di rilascio è chiamata isteresi o corsa differenziale. La corsa del target necessaria per il rilascio dopo il funzionamento deve essere tenuta in considerazione durante la selezione del target e delle aree dei sensori. L’isteresi è necessaria per aiutare a prevenire il chattering (accensione e spegnimento rapidi) quando il sensore è soggetto a urti e vibrazioni o quando il target è fermo alla distanza di rilevamento nominale. Per evitare “tremolio”, l’ampiezza della vibrazione deve essere inferiore alla banda di isteresi. Punto di commutazione all’allontanamento Direzione del movimento Punto di commuDistanza di tazione funzionamento all’avvicinamento Target Isteresi Finecorsa di prossimità Fattore di correzione approssimativo Acciaio dolce 1,0 Acciaio inossidabile 0,85 Ottone 0,50 Alluminio 0,45 Rame 0,40 R2--7 Sensori di prossimità induttivi Introduzione La frequenza di commutazione è la velocità massima alla quale un sensore invierà impulsi individuali discreti mentre il target entra ed esce dal campo di rilevamento. Questo valore dipende sempre dalle dimensioni del target, dalla distanza dalla superficie sensibile, dalla velocità del target e dal tipo di finecorsa. Questo indica il numero massimo possibile di operazioni di commutazione per secondo. Il metodo di misurazione per determinare la frequenza di commutazione con target standard è specificato da IEC 60947--5--2. Considerazioni sul montaggio di prossimità immuni ai campi di saldatura Un funzionamento affidabile dipende dalla forza del campo magnetico e dalla distanza tra la linea di alimentazione ed il sensore. Montaggio perpendicolare alla linea di alimentazione Zona di sicurezza 20 kA 10 kA 0 mm 10 mm 20 mm 30 mm 40 mm 50 mm 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 pollici pollice pollici pollici pollici Distanza dalla linea di alimentazione (r) R Campo magnetico Montaggio parallelo alla linea di alimentazione Interruttore di prossimità Sensore Direzione del moto M 30 kA 0 kA Sensore Sn 2 40 kA Linea di alimentazione D 2xm Immunità ai campi di saldatura 50 kA Corrente ( l ) Frequenza di commutazione Target di Fe 360 o A570 Grado 36 Sensori collegati in serie I sensori possono essere collegati in serie con un carico. Per un funzionamento corretto, la tensione di carico deve essere inferiore o uguale alla tensione di alimentazione minima meno le cadute di tensione sui sensori di prossimità collegati in serie. Schema di cablaggio per sensori sink collegati in serie (NPN) R + Linea di alimentazione M Per determinare i requisiti di distanza tra la linea di alimentazione e il sensore di prossimità utilizzare il seguente diagramma o le formule. Scegliere una distanza che rientri nella zona di sicurezza. Materiale non magnetico e non conduttivo m=d Ondulazione L’ondulazione è la tensione alternata sovrapposta alla tensione CC (da picco a picco) in %. Per il funzionamento di finecorsa in CC, è necessaria una tensione CC filtrata con una ondulazione massima del 10% (secondo lo standard DIN 41755). S H= S B= I 2π r H 0.796 S Gauss = 10* B I = corrente di saldatura (in kA), H = intensità di campo (in kA/m), Uuss B = flusso (in mT) e Ud r = distanza tra il sensore e le linee che portano la corrente (in metri). T R2--8 + + Carico -- Schema di cablaggio per sensori source collegati in serie (PNP) -- Vcc dove: U -- Vcc + Carico -- Sensori di prossimità induttivi Introduzione Sensori collegati in parallelo Cablaggio TTL I sensori possono essere collegati in parallelo per eccitare un carico. Per determinare il numero massimo consentito di sensori in un’applicazione, la somma della corrente di dispersione massima dei sensori collegati in parallelo deve essere inferiore alla massima corrente di stato OFF del carico. Nota: Quando si progettano i circuiti di prossimità in parallelo è necessario fare attenzione. Un’eccessiva corrente di dispersione nel carico può causare il cambiamento di stato dell’ingresso a stato solido o può fare in modo che un piccolo relè non si disecciti. I sensori collegati in parallelo non forniscono una capacità di corrente di carico maggiore. Schema di cablaggio per sensori collegati in parallelo (NPN) + ( + ) 10--30 Vcc (+) 5 V Marrone Nero Sink TTL Blu (--) Massa comune ( -- ) ( + ) 10--30 Vcc TTL Source ( -- ) (--) 5 V massa -- V CC + Carico Nota: Quando si utilizzano uscite source, la massa deve essere flottante e non può essere comune, altrimenti ne risulterà un cortocircuito. - Cablaggio PLC + Per informazioni sul cablaggio con PLC di sensori induttivi e capacitivi, fare riferimento alla pubblicazione 871--4.5, Giugno 1996. Schema di cablaggio per sensori source collegati in parallelo (PNP) -- V CC + Carico -- L1 Schema di cablaggio per sensori in CA collegati in parallelo Vca L2 R R Carico Aggiungere un diodo come mostrato a ciascuna uscita per consentire il funzionamento dell’indicatore individuale di uscita. Aggiungere R in serie al sensore per mantenere la tensione minima durante la commutazione del sensore. R2--9 Sensori di prossimità induttivi Introduzione Sensori induttivi schermati a confronto con i non schermati Sensore schermato Sensore non schermato Schermo metallico Schermo metallico Nucleo di ferrite Nucleo di ferrite Una costruzione schermata include una banda metallica che contiene il nucleo di ferrite e la bobina. I sensori non schermati non sono dotati di questa banda metallica. Distanza tra sensori schermati (montabili a filo) e le superfici metalliche vicine I sensori di prossimità schermati consentono al campo elettromagnetico di essere concentrato davanti alla parte anteriore del sensore superficie. Tipo cilindrico Le esecuzioni schermate consentono ai sensori di prossimità di essere montati Tipo finecorsa meccanico (871L e 872L) d d d a filo con metallo circostante senza pericolo di attivazioni false. Tipo Finecorsa meccanico (802PR) 3 Sn d d d d 2d 2d Rilevamento esteso del tipo cilindrico (872C) 3 Sn 3 Sn 6 Sn d= diametro o larghezza della superficie sensibile Sn = distanza di rilevamento nominale L’802PR--LB o l’802PR--XB possono essere montati fianco a fianco. R2--10 d 1,8d 1,3d Sensori di prossimità induttivi Introduzione Distanza tra sensori schermati (montabili a filo) e le superfici metalliche vicine (continua) Tipo a cubo (871P VersaCube) Superficie attiva d d d d d Tipo Flat Pack (871F) Superficie attiva d d Tipo Flat Pack miniaturizzato (871FM) 3 Sn d = diametro o larghezza della superficie sensibile Sn = distanza di rilevamento nominale R2--11 Sensori di prossimità induttivi Introduzione Distanza tra sensori non schermati (non montabili a filo) e le superfici metalliche vicine Distanze di rilevamento maggiori possono essere ottenute con l’utilizzo di un sensore non schermato. Sensori di prossimità non schermati richiedono Tipo cilindrico una zona libera da metallo circostante la superficie sensibile. Il metallo direttamente opposto alla superficie sensibile non dovrà essere ad una Tipo finecorsa meccanico (871L e 872L) ≥3 d 3d d distanza inferiore a 3 volte la distanza di rilevamento nominale stimata del sensore. Tipo Finecorsa meccanico (802PR) 0,4 d 0,4 d 3 Sn d 4d d d d 0,4 d d 1,5 d 4d 4d Tipo cilindrico con rilevamento esteso (872C) 3 Sn 6 Sn R2--12 3 Sn Sensori di prossimità induttivi Introduzione Distanza tra sensori non schermati (montabili non a filo) e le superfici metalliche vicine (continua) Tipo a cubo (871P VersaCube) Superficie attiva d 4d d d 0,75 d 0,75 d 0,75 d d 4d d Tipo Flat Pack (871F) d Superficie attiva 4d d d Tipo Flat Pack miniaturizzato (871FM) Vista laterale (sporgenza) 0,5 L L 6 Sn d = diametro o larghezza della superficie sensibile Sn = distanza di rilevamento nominale 3d per i modelli immuni ai campi di saldatura R2--13
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