6.2. HEDEF GENİŞLİĞİ DÜZELTME KATSAYISI
EN 50010 de belirtilen standart plaka yerine daha küçük veya kare olmayan başka bir şekilde hedef kullanılırsa çalışma mesafesi şekil katsayısı ile düzeltilmelidir. Aşağıdaki şekil Standarttan ayrılan kare şekiller için bu düzeltme katsayılarını gösterir tipik eğriden görüleceği gibi daha plakalar için algılama mesafesi oldukça kısalırken daha büyük plakalar için çok az bir artış olur.
Standart olmayan hedef plaka için düzeltme katsayısı Kr eğrisi
6.3. MALZEME DÜZELTME KATSAYISI
Hedef plaka, Standartta belirtilen yumuşak çelik yerine başka bir malzeme olursa da algılama mesafesi düzeltilmelidir. İndüktif yaklaşım anahtarlarında düzeltme katsayısı doğrudan doğruya malzemenin iletkenliğine bağlıdır. Hedef malzeme içinden girdap akımları aktığı için kayıplar doğrudan i1etkenliğe bağlıdır.
Şekil 22, bakır ve alüminyum gibi iyi iletken malzemelerin daha kısa algılama mesafelerine sahip olduklarını göstermektedir. Granitteki iletkenlik ve demirdeki ferromanyetizm, osilatör devresinde daha fazla girdap akımı kayıplarına neden olduğu için elde edilebilir algılama mesafesi de daha fazla olur.
Çeşitli malzemelerin iletkenliklerinin x bir fonksiyonu olarak düzeltme katsayısı K.(İndüktif siviç, osilatör frekansı 200 kHz.)
İndüktif yaklaşım anahtarları için algılama mesafesiyle malzeme arasındaki bağıntı şekil 22' de görülmektedir. Eğri, farklı diamanyetik ve para manyetik malzemeler için teorik değer1eri gösterir. Gösterilen noktalar ise gerçekte ölçülen değerlerdir. Görüleceği gibi yaklaşık 105 1/ m iletkenlikte düzeltme katsayısı en büyük değerdedir. Daha az iletkenlik daha kısa algılama mesafesi sağar. Bunun anlamı, iletkenliği yaklaşık olarak 100 - 10-2 1/ m olan su veya daha az iletken malzemeler algılanamaz. Demir bir ferromanyetik malzeme o1duğu için en büyük katsayıya sahip noktaya yakındır. Ferromanyetizm sensör alanının yayılma derinliğini birkaç mikronda sınırladığı için malzemenin iletkenliği azalmış gibi görülür, Sonuç olarak demir,çelik veya feritimsi alaşımlar daha kolayca algılanabilirler.
Kapasitif yaklaşım anahtarlarında, malzeme katsayısı sensör ucundaki kapasitörün değer değişimine bağlıdır. Bu kapasite ne kadar çok değişirse malzeme o kadar kolay algılanır. Bu nedenle düzeltme katsayısı doğrudan doğruya malzemenin bağıl dielektrik katsayısına bağlıdır (Bkz. şekil 23). Şekil 23' de metaller gibi iletken malzemeler dikkate alınmamıştır. İletkenlerin düzeltme katsayıları her zaman 1' dir, yani olası en büyük algılama mesafesine ulaşılır.
Farklı malzemelerin bağıl di elektrik katsayısının r bir fonksiyonu olarak düzeltme katsayısı Kw (kapasitif siviç osilatör frekansı yaklaşık 300 kHz.)
6.4. MALZEME KALINLIĞI DÜZELTME KATSAYISI
İndüktif yaklaşım anahtarları için EN 50010' da Standart plaka kalınlığı 1 mm olarak tanımlanmıştır. Fakat malzeme, metal folyo gibi ince olursa malzeme düzeltme katsayısına göre beklenenden daha uzun algılama mesafeleri elde edilebilir. Bunun nedeni den etkisi adi verilen sensör elektromanyetik alanının malzeme içindeki yayılma derinliğidir.
Osilatör frekansı 100 kHz. de indüktif sensör alanının yayılma derinliği
[mm] Farklı iletken malzemeler için sınır kalınlık değerleri, bu değerlerin altında
beklenen algılama mesafesi daha uzundur.
Demir (dinamo sacı) yaklaşık 0.02
Gümüş 0.2
Bakır 0.2
Alüminyum 0.3
Çinko 0.4
Pirinç 0.4
Kurşun 0.7
6.5. MONTAJ
İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının çalışma ilkesi manyetik veya elektromanyetik alanın sensör ön tarafında biçimlenmesi olayına bağlıdır. Her zaman için bu alanın sadece hedef cisimden etkilenmesi ve siviçe yakın diğer cisimleri algılamaması önlenemez. Yaklaşım anahtarının doğru çalışması için sensör kafa tarafının etrafında algılanabilir malzeme olmamasının garanti edilmesi gerekir. Yani indüktif yaklaşım anahtarlarında bu alanda iletken malzeme olmamalı ve kapasitif yaklaşım anahtarlarında bağıl dielektrik katsayısı yüksek hiçbir malzeme olmamalıdır.
Silindirik tiplerin montajı
EURO-Norm' una göre indüktif yaklaşım anahtarının metal içine gömülebilir veya gömülemez (flush veya nonflush) montajında aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi gerekir.
gömülebilir montaj (f)
Yaklaşım anahtarının etkin
yüzeyi metal içine gömülebi1ir
gömülemez montaj (nf)
d=yaklaşım anahtarının çapı
sn=nominal algılama mesafesi
Yaklaşım anahtarının etkin
yüzeyi etrafında en az çizimde
gösterildiği kadar boş alan
bırakılmalıdır.
En çok yaygın olan silindirik tip indüktif yaklaşım anahtarına ilişkin montajı gösteren şekil 24, sensörün kenarlarında bırakılması gereken boş alanı verir. Yukarıdaki açıklığın sağlanamayacağı her yerde gömülebilir (flush) tip siviçler kullanılmalıdır. Bu tiplerde yaklaşım anahtarının etkin yüzeyi metal içine gömülü monte edilebilir. Daha önce şekil 31' de gösterildiği gibi bu tiplerin elektromanyetik alanları öyle bir şekilde ekranlanmışlardır ki sadece gözardı edilebilir bir miktarı etkin yüzeyin kenarlarına taşar.
Bu nedenle, bu tipler yanal yaklaşımlara duyarlı değildir. Avantaj olan bu ekranlamanın aynı zamanda bir de dezavantajı vardır: aynı boyuttaki gömülemez tiple karşılaştırıldığında gömülebilir yaklaşım anahtarları daha kısa algılama mesafelerine sahiptir. Siviçin tipine bağlı olarak algılama mesafesindeki bu azalma nominal algılama mesafesinin % 50' sine kadar çıkabilir.
Eğer birkaç tane ayni tip yaklaşım anahtarı birbirine yakın olarak montaj edilecekse sensörler arasında bırakılması gereken minimum açıklık vardır. Burada da şekil 25' de Gösterilen açıklıklar bir kural olarak alınmalıdır. Şüphe durumunda üreticinin kataloglarına başvurulabilir.
Silindirik tiplerin montajı
Aynı tip yaklaşım anahtarları karşılıklı veya yan yana bağ1anacaksa bırakılması gereken en az mesafelere uyulmalıdır.
indüktif
indüktif (gömülemez)
indüktif (gömülebi1ir)
D=yaklaşım anahtarının çapı s=nominal algılama mesafesi
kapasitif
Şekil 25
Ayrıca ortak etki mesafesi üretimden kaynaklanan osilatör frekansındaki rasgele farklılıklara bağlıdır. Genellikle çok özel bir durumda açığa çıkmadıkça veya siviç değiştirilmedikçe bu etki fark edilmez. Eğer şekilde Gösterilen minimum açıklıklara uyulamayacaksa üreticiler osilatör frekansı belli bir miktar değiştirilmiş özel siviçler sağlayabilirler.
6.6. ÇEVRE KOŞULLARI
Sensörler normal olarak üretim hatlarındaki makinelerin daha az korunmuş yerlerinde kullanıldıkları için sıcaklık, soğuk, darbe, vibrasyon, toz, nem, kimyasal aşındırıcı sıvılar gibi zor çevre koşullarına doğrudan maruz kalırlar. Bu nedenle böyle zor koşulların yol açtığı bozukluklara karşı korunmaları gerekir. Üretici firma katalogları sorun olmadan sensörlerin kullanılabileceği çevre koşullarını ve uygulama bilgilerini verir.
Ortam sıcaklığı
Ortam sıcaklığı deyimi yaklaşım anahtarının etrafının sıcaklığı için kullanılır. Genel olarak yaklaşım anahtarları için izin verilen ortam sıcaklığı - 25 ile + 80 oC arasıdır. Bu sınırlar dışına taşan kısa süreli küçük değişimler siviç tarafından tolere edilebilir.
Darbe ve vibrasyon kuvvetleri
Daha önce sözü edildiği gibi yaklaşım anahtarlarında hareketli hiçbir parça yoktur ve tümüyle reçine ile doldurulmuştur. Bu nedenle tüm darbelere ve vibrasyona karşı aşırı bir dayanımı vardır. Yer çekiminin (g) neden olduğu ivmenin 30 katı izin verilen maksimum darbe kuvveti ve 1 mm genliğinde 55 Hz. 'e kadar olan frekanslardaki vibrasyon maksimum vibrasyon kuvveti olarak alınabilir.
Yabancı cisimler ve toz
İndüktif yaklaşım anahtarları hiçbir şekilde iletken olmayan malzeme tozu birikiminden etkilenmez. Hatta girdap akimi kayıplarına yol açan küçük metal kıymıkları bile siviçin hatalı çalışmasına neden olmaz. Kapasitif siviçlerde ise çok küçük toz parçaları bile hatalı çalışmaya neden olabilir. Bu nedenle toz ve nemin etkisini kompanze eden kompanzasyon elektrotu bulunan sensörler vardır. Bu tip kapasitif yaklaşım anahtarları çok fazla kirlenmenin olduğu yerlerde de kullanılmaya uygundur.
Uluslararası Standart (EN 40050) elektrikli araçların koruma derecesini tanımlamakta kullanılır ve yaklaşım anahtarı üreticisi firmalar bu standarda göre siviçlerin koruma sınıfını belirler (örneğin IP 67). IP "International Protection"in (Uluslararası Koruma) kısaltmasıdır. ilk rakam yabancı cisimlerin girişine ve temasına karşı koruma derecesini gösterir. Örneğin 6 rakamı, en ince tozun girişine ve tümüyle temasa karşı koruma anlamındadır. Koruma sınıfı tanımlama yöntemi IP 'nin ikinci rakamı, siviçin ne derecede sulu bir ortamda çalışabileceğini gösterir.
Nem ve su
Yukarıda sözü edildiği gibi indüktif yaklaşım anahtarının algılama işlevi su, nem, sis veya buhardan etkilenmez. Öte yandan kapasitif yaklaşım anahtarı suyun yüksek di elektrik katsayısı nedeni ile su ve tüm su içeren cisimleri algılar. Sadece kompanzasyon elektrotu bulunan tipler, çalışmalarında sorun olmadan bir film şeklinde nem yoğuşmasını kompanze edebilir. Bununla birlikte emniyet acısından Yaklaşım anahtarının nem girişine karşı ne derecede korunduğu önemlidir. Bu, koruma sınıfı tanımlama yöntemi IP' nin ikinci rakamında gösterilir. örneğin; 7 rakamı, 30 dakika süreyle 1 m derinliğindeki su içerisine yaklaşım anahtarı daldırıldığında zarar verecek miktarda suyun siviçe giremeyeceğini gösterir.
Genellikle yaklaşım anahtarları elektrik bağlantı şekillerine (kablolu, soketli, terminal bağlantılı) bağlı olarak IP65 ve IP67 koruma sınıfında olurlar.
Kimyasal etkiler
Katı, sıvı veya gaz biçimindeki kimyasal maddelerin yaklaşım anahtarının içinde bulunduğu ortamı etkilediği her yerde siviç muhafazası ve kablosunun bu maddelere karşı yeterince dirençli olup olmadığının çok iyi bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Çok yaygın olan cam elyafı ile güçlendirilmiş plastik ve metal ceketle kaplanmış tipler bile kimyasal maddelerden etkilenmiş ortamlarda kullanılmaya uygundur. Özellikle zor koşullardaki uygulamalar için korozyona dayanımlı paslanmaz çelik veya teflon özel muhafazalar da vardır.
Elektromanyetik etkiler
Yaklaşım anahtarlarının kullanıldığı endüstriyel ortamlarda, elektromanyetik etkiler değişebilir ve yüksek enerji seviyelerinde olabilir. Örneğin; radyo vericileri, enerjideki anahtarlama işlemleri indüktif yükleri anahtarlama veya yıldırım. Radyo dalgalarının dalga boyu ile karşılaştırıldığında sensörün küçük boyutları nedeni ile bu tür periyodik etki çok az bir tehlike oluşturur. kısa süreli geçici etkiler yaklaşım anahtarlarına yüksek bağışıklık veren devreler yardımı ile süzülebilir. Etkinin olabileceği diğer bir noktada kablodur. Eğer siviç kablosu uygun bir şekilde çekilmemiş ise kablo, radyo dalgalarını alan bir anten gibi davranabilir veya kendisine paralel çekilen diğer kablolardaki geçici gürültüleri kapabilir. Bu durumda süzücü devreler kullanılabilir.
Diğer etkenler
Çoğu diğer tip sensörlerle karşılaştırıldığında indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları ses ve ışıktan etkilenmez. Yaklaşım anahtarının bağışık olmadığı tek etki X ışını ve radyasyondur. Elektrik kaynağının yarattığı gibi çok yakındaki güçlü manyetik alan indüktif yaklaşım anahtarının işlevini zorlaştırabilir. Bu tür uygulamalar için kaynağa (akıma) dayanıklı tipler vardır
7. ELEKTRİKSEL VERİLER
7.1. GÜÇ KAYNAĞI VE YÜK
Yaklaşım anahtarları iki kablolu, üç kablolu veya dört kablolu teknoloji adı verilen tiplerde bulunur (Bkz. şekil 17). Üç kablolu ve dört kablolu siviçlerde çalışma gerilimi L+ ve L- (UB ve 0 V) arasına uygulanır ve anahtarlama sinyali çıkışa ek bir kablo üzerinden iletilir. İki kablolu siviçlerde çalışma gerilimi, yaklaşım anahtarı ve ona seri bağlı yüke ortak uygulanan gerilimdir. Bu durumda yük iç direnciyle orantılı gerilim düşümü dolayısıyla yaklaşım anahtarı uçları arasında daha az gerilim vardır. Endüstriyel sistemlerde yaygın çalışma gerilimleri 24 V, 110 V ve 220 V dur. DC ve AC tipler vardır. 12, 48 veya 60 V gibi diğer çalışma gerilimleri çok yaygın değildir.
Bir fabrikada tam çalışma gerilimini sağlamak oldukça zordur ve uygulamada büyük oynamaların olması normaldir. Bu nedenle yaklaşım anahtarları için yaygın uygulama, siviçin doğru olarak çalışacağı, olabildiğince geniş bir çalışma gerilimi aralığı vermektir (10 - 55 VDC veya 20 - 230 VAC gibi). Genel olarak DC tiplerde, verilen çalışma gerilimi değeri sınırları içinde olduğu takdirde gerilimdeki oynamalara ve kaçak akıma izin verilebilir. AC tiplerde harmonik içeriği yaklaşık % 10 u aşmamalıdır.
7.2. ELEKTRİKSEL KORUMA
Çoğu DC yaklaşım anahtarında kısa-devre, ters polarite ve aşırı yük koruması vardır. Ters polarite ye karşı koruma, yaklaşım anahtarına zarar vermeden uçlarının ters çevrilebi1eceği anlamındadır. Fakat her türlü yanlış bağlantıda siviçin doğru olarak çalışması beklenemez. Ek olarak ters polarite koruması olan tüm siviçlerde üç kablolu tipler için kısa devre korumasının olması gerekir yoksa 0 V ile çıkış ucunun karıştırılması durumunda siviç yanar.
Günümüzde çağdaş teknoloji tamamıyla otomatik çalışan kısa devre koruması (Bkz. şekil 16) kullanmaktır ve bu, çıkışın aşırı yüklendiği sürece kapamamasını sağlar. Eğer kısa devre kalkarsa siviç otomatik olarak işlevini yerine getirir.
Yaklaşım anahtarının çalışabi1eceği maksimum akım ile kısa devre korumasının etkili olacağı akım arasında değişken bir fark vardır. Bu fark veya "aşırı yük aralığı" malzeme toleranslarından dolayıdır. Eğer bu gerilim aralığında, her tür zaman sürecinde ve tüm çalışma sıcaklığı aralığında çalışabilirse yaklaşım anahtarı aşırı yük korumalıdır.
7.3. SERİ VE PARALEL BAĞLANTI
Programlanabilir mantık denetleyicilerin (
plc) kullanımının hızla yaygınlaştığı günümüzde bile bir kaç tane yaklaşım anahtarını birbirine seri yada paralel bağlama çoğu uygulama için oldukça faydalıdır. Örneğin; çok büyük bir fabrikada siviçler lokal olarak lojik oluşturacak şekilde bağlanırsa kablolama çok büyük oranda azaltılmış olur. Ayrıca bir fabrikadaki geliştirmelerde bazı siviçlerin birbirine bağlanmasını gerektirebilir.
Üç kablolu siviçlerin paralel bağlanması
20 veya 30'a kadar üç kablolu siviçleri paralel olarak bağlamak kesinlikle olasıdır (Bkz. şekil 23). Yalnızca dikkat edilmesi gereken konu açık konumdaki tüm siviçlerin çok küçük olan kaçak akımları toplanır. Şekilde gösterilen yalıtım diyotları sadece siviç çıkışlarının open-collector olmaması durumunda gerekir.
Üç kablolu siviçlerin seri bağlanması
Üç kablolu siviçler seri olarak bağlandığında üzerlerindeki 1 - 2.5 V 'luk gerilim düşümleri toplanır. Bu gerilim düşümünden sonra da yükün sorunsuz çalışması konusunda gereken özen gösterilmelidir. Ayrıca ilk yaklaşım anahtarı diğer tüm siviçlerin çektiği akımı karşılayabilmelidir. Alt taraftaki yaklaşım anahtarlarının çalışma gerilimleri açılıp kapatıldığı için gecikme zamanının (birkaç 100 ms' ye kadar) olacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Yukarıdaki noktalara özen gösterildiği takdirde 5 - 10 yaklaşım anahtarı seri olarak bağlanabilir.
İki kablolu siviçlerin paralel bağlanması
İki kablolu siviçler paralel bağlandıkları zaman kaçak akımları toplanır. Kaçak akımların toplamı yük için gerekli olan en az akımın çok altında olmalıdır. Ayrıca bir yaklaşım anahtarı anahtarladığı zaman diğer siviçler üzerindeki çalışma gerilimini kaldırır ve bu siviçler kendi konumlarını gösteremez. Çok küçük kaçak akımdan (yaklaşık 0.5 mA) dolayı daha fazla sensörün paralel bağlanabileceği dört fonksiyonlu siviçler dışında, optimum koşullar altında 5 - 10 yaklaşım siviçi paralel olarak bağlanabilir.
İki kablolu siviçlerin seri bağlanması
Normal olarak iki kablolu siviçlerin seri bağlanmasını önermiyoruz. Dikkat edilirse yaklaşım anahtarları üzerindeki gerilim düşümü toplanarak yük üzerine uygulanan gerilimi azaltır. İndüktif yükler anahtarladığı zaman faz farkları etkili olur. Optimum koşullar altında bile, 220 VAC gibi, sadece 2 - 3 yaklaşım anahtarı seri olarak bağlanabilir.
7.4. ANAHTARLAMA ZAMANLARI VE ÇALIŞMA FREKANSLARI
Hedef cismin elektromanyetik alan içine girmesi ile yaklaşım anahtarının çıkış sinyalini anahtarlaması arasındaki zaman genellikle sadece birkaç milisaniye dolaylarındadır. Mekanik siviçlere göre anahtarlama zamanları çok kısadır. Modern hızlı çalışan fabrikalarda sensörlerin kullanımı için bu çok önemlidir. Anahtarlama zamanlarını etkileyen çeşitli etkenler vardır. Bir tarafta osilatör frekansı ve tipi kadar kalite faktörü, kapasite ve indüktansa bağlı olarak enerji depolayan osilatör devresi bir etkendir. Diğer taraftan osilasyon devresi içindeki girdap akımı kayıpları anahtarlama zamanını etkiler. Bu bilindiği gibi hedef cismin boyutları, malzemesi ve uzaklığına bağlıdır. Sonuç olarak bir yaklaşım anahtarında bu zamanlar cisim yaklaşıyorken 0.2 - 1 ms ve uzaklaşıyorken 1 - 15 ms arasındadır (yapı şekline bağlı olarak).
Anahtarlama zamanları, maksimum çalışma frekansı ve cismin emniyetli bir şekilde algılanabileceği maksimum cisim geçiş hızını etkiler. Tüm bu etkenlere karşın maksimum çalışma frekanslarını belirlemede karşılaştırılabilir değerler elde etmek için EN 50010' da bir test yöntemi standartlaştırılmıştır. Standart plaka, kenar uzunluğu m olan ve aralarındaki boşluk 2m olan dişlerden oluşan disktir ve nominal algılama mesafesinin yarısı kadar uzaktan geçer. Bu yöntemle belirlenen çalışma frekansı normal olarak üretici firmaların kataloglarında yer alır.
EN 50010'a göre çalışma frekansı belirleme ölçüm yöntemi
