BRPI0902282A2 - sensor de proximidade indutivo para montagem embutida e método para projetar o mesmo - Google Patents

Abstract

SENSOR DE PROXIMIDADE INDUTIVO PARA MONTAGEM EMBUTIDA E MéTODO PARA PROJETAR O MESMO. A presente invenção refere-se a um sensor de proximidade indutivo para embutimento em uma placa de montagem de aço doce (2), compreendendo um invólucro com uma parede frontal (16) de material sintético, formando uma face de monitoramento (4) em uma extremidade frontal do invólucro, um oscilador (10) compreendendo uma bobina do sensor (7) com um núcleo (9), feito de um material com uma permeabilidade magnética relativa maior do que 1, tipicamente uma ferrita, que é disposto dentro do invólucro atrás da parede frontal, de modo que um lado aberto do núcleo (9) é dirigido no sentido da face de monitoramento (4), para direcionar o campo magnético da bobina no sentido de um alvo (6), em frente da face de monitoramento (4), um elemento metálico cilíndrico oco (3) disposto perpendicular à face de monitoramento (4) e circundando o núcleo (9), e um circuito de medida (11) para medir uma atenuação do oscilador (10), devido às correntes parasitas. O núcleo (9) é circundado radialmente por uma camada metálica com uma baixa resistividade elétrica inferior a 15<109><87>.cm e com uma espessura inferior a 40<109>m para aperfeiçoar a capacidade de embutimento do sensor. Alternativamente, essa camada metálica fina pode ser omitida, se a resistividade elétrica do elemento metálico (3) for ajustada a um valor na faixa de 15<109><87>.cm A 50 <109><87>.cm

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SENSOR DEPROXIMIDADE INDUTIVO PARA MONTAGEM EMBUTIDA E MÉTODO PARA PROJETAR O MESMO".

A presente invenção refere-se a um sensor de proximidade indutivo para embutir em uma placa de montagem metálica de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 ou 9 e a um método para projetar o mesmo.

Os sensores de proximidade compreendem um oscilador RLC com uma bobina de sensor, cujo campo magnético gera correntes parasitas em um alvo. A perda de potência provocada por essas correntes parasitas representa uma carga, que atenua crescentemente o oscilador, na medida em que a distância entre o sensor e o alvo é reduzida.

A medida para a taxa, na qual um oscilador dissipa a sua energia armazenada, é o fator de qualidade Q, que é 211 vezes a razão da energia armazenada para a energia dissipada por ciclo. O fator de qualidade máxima Qmax do sistema oscilante de um sensor de proximidade indutivo é medido no estado não-embutido do sensor e na ausência do alvo. Em operação, o fator de qualidade Q deprecia devido às perdas de correntes parasitas na placa de montagem e/ou em um alvo. A normalização do fator de qualidade Q para o fator de qualidade máxima Qmax, um fator de qualidade relativo va Qrei, é definida como se segue:

<formula>formula see original document page 2</formula>

Se nenhum corpo influenciando o campo está presente no meio físico do sensor, Q é igual a Qmax e, portanto, Qrei é igual a 1. O que foi mencionado com relação ao fator de qualidade Q antes se aplica também ao fator de qualidade relativa CW deprecia devido ao fato de que a dissipação de energia por ciclo é aumentada pelas perdas de correntes parasitas na placa de montagem e/ou no alvo. O grau dessa depreciação é a medida para a atenuação do oscilador:

<formula>formula see original document page 2</formula>

O circuito do sensor compreende um circuito de medida disposto para gerar um sinal de saída, que é uma função dessa atenuação.Uma distinção é feita entre os sensores de proximidade indutivos de comutação e analógicos. O circuito de medida de uma chave de proximidade é disposto para comutar o sinal de saída de um estado para outro, tão logo a atenuação atinja um limiar de referência, que é também chamado limiar operacional nesse contexto, enquanto que o circuito de medida de um sensor de proximidade analógico é disposto para gerar um sinal de saída, que, para atenuações excedendo um limiar de referência, é uma função mo-notônica da atenuação do oscilador.

A superfície externa de um invólucro do sensor compreende uma fase de monitoramento, na qual o campo magnético da bobina do sensor é dirigido por meio de um núcleo. A distância alvo é a distância dessa face de monitoramento para o alvo, e o alcance do sensor é o valor no qual a distância alvo precisa ser reduzida (por aproximação do alvo para a face de monitoramento), para produzir uma variação do sinal de saída do sensor.

O alcance do sensor assim definido é chamado distância operacional, se o sensor for uma chave de proximidade. O alcance especificado na folha de dados de um sensor é chamado o alcance nominal. O alcance efetivo de um sensor pode se desviar do seu alcance nominal, devido às tolerâncias de manufatura, por exemplo.

Como uma base para a medida e a especificação do alcance do sensor, o padrão internacional IEC 60947-5-2 define o tamanho e o material do alvo a ser usado. O alvo padrão é uma placa quadrada de aço doce, com uma espessura de 1 mm e um comprimento lateral que é igual ao diâmetro da face de monitoramento ou três vezes o alcance nominal do sensor, o quefor maior.

O alcance de um sensor de proximidade indutivo e sua capacidade de embutimento são relacionados ao contrário. Quanto maior a distância alvo, menores são as perdas de correntes parasitas no alvo, resultando em um maior impacto das perdas de correntes parasitas na placa de montagem na quantidade total de perdas de correntes parasitas que é determinante para atenuação do oscilador.

Para aumentar o alcance de um sensor, o seu limiar de referên-cia é reduzido. Na tabela apresentada a seguir, a distância operacional nominal de chaves de proximidade capazes de embutimento, como especificado no padrão IEC 60947-5-2, que é atingível com um limiar de referência de aproximadamente 35 por cento, é comparada à distância operacional medida do estado dimensionado correspondentemente das chaves de proximidade da técnica, caracterizada por um limiar de referência de apenas 10 por cento:

<table>table see original document page 4</column></row><table>

Tabela 1

Nessa tabela, o tamanho dos sensores é especificado pelo diâ-metro de uma luva rosqueada externamente, formando o invólucro dos sensores.

Um sensor de proximidade de longo alcance é caracterizado por um limiar de referência de 10 por cento ou menos. Por redução do limiar de referência abaixo de 10 por cento, sensores com um alcance ainda mais longo podem ser obtidos. Os sensores de longa distância com um limiar de referência inferior a 5 por cento são conhecidos na técnica. Com base nos valores na coluna direita da tabela acima, o alcance nominal Smin de um sensor de longa distância pode ser determinado aproximadamente usando a fórmula:

Smin = 0,14+ 0,114* d14 (3)

na qual d é o diâmetro externo da luva do invólucro do sensor em milímetros e Smin é o alcance do sensor em milímetros.

Os sensores de longo alcance usuais não são inteiramente capazes de ser embutidos em uma placa de montagem de aço, porque a atenuação provocada pela placa de montagem no estado embutido quase quecoincide com, ou excede o, limiar de referência do sensor, tornando, em particular, qualquer sensor de proximidade do tipo de comutação inoperante.

Para atenuar a influência da placa de montagem, o uso de uma saia de blindagem circundando a bobina e o núcleo, para impedir que o campo do sensor atinja a placa de montagem, é sugerido no pedido de patente alemã DE 3438998 A1. Uma camada metálica, projetada para agir como uma blindagem contra um campo magnético alternado, é pelo menos tão espessa quanto da profundidade da crosta do material da camada na freqüência de oscilação do campo, e, de preferência, mais espessa. A profundidade da crosta de um material pode ser calculada como:

profundidade da crosta = <formula>formula see original document page 5</formula>

em que:

p é a resistividade do material em (Q.m); f é a freqüência angular do campo em [Hz]; uo é a permeabilidade do espaço livre em [N/A2]; e Uréa permeabilidade magnética relativa do material.

Por exemplo, a profundidade da crosta de cobre, a uma freqüência de 1 MHz, é 66 um. A freqüência operacional dos sensores com uma bobina de sensor tendo um núcleo é, de preferência, acima de 50 kHz, para atingir uma longa distância operacional, mas é geralmente abaixo de 1 MHz e, portanto, uma camada de cobre circundando o núcleo deve ser ainda mais espessa, para agir como uma blindagem.

É um objetivo da presente invenção aperfeiçoar a capacidade de embutimento de sensores de proximidade, sem afetar adversamente os seus alcances de sensor.

Esse objetivo é alcançado por um sensor de proximidade capaz de ser embutido, de acordo com a reivindicação 1 ou 9, e um método para projetar esse sensor, de acordo com a reivindicação 13 ou 14.

Os aspectos preferidos da invenção são especificados nas reinvindicações dependentes.

A invenção é descrita em detalhes a seguir em conjunto com asconcretizações preferidas representadas nos desenhos em anexo.

A figura 1 mostra, em uma vista em perspectiva, um sensor de proximidade indutivo montado rente a uma placa de montagem.

A figura 2 mostra uma representação esquemática de uma disposição compreendendo um sensor montado em uma placa de montagem de acordo com a figura 1 e um alvo em frente do sensor.

A figura 3 mostra um gráfico do fator de qualidade relativa Qrei do oscilador de um sensor, como mostrado na figura 2, em função da distância alvo x.

A figura 4 mostra uma disposição compreendendo um sensor, uma placa de montagem e um alvo, definindo a geometria de um modelo para simulação FEM.

A figura 5 mostra o diagrama da perda de corrente parasita calculada pela simulação do Método de Elementos Finitos (FEM) de um sensor com uma geometria de acordo com a figura 4.

A figura 6 mostra em uma escala ampliada a vista seccional longitudinal da parte frontal de um sensor de proximidade indutivo.

A figura 7 mostra a parte frontal de uma concretização alternativa do sensor de acordo com a figura 6.

A figura 1 mostra um sensor de proximidade indutivo 1 montado em uma placa de montagem 2. O invólucro do sensor consiste, substancialmente, em uma luva cilíndrica 3 feita de metal não-ferromagnético, que é rosqueada no seu lado externo e aparafusada em um furo atravessante ros-queado correspondentemente da placa de montagem 2, de modo que uma face de monitoramento 4 do invólucro, que é perpendicular ao eixo da luva, fica rente à superfície frontal 5 da placa de montagem 2. O termo montado rente é usado como um sinônimo para embutido a seguir e implica que o furo atravessando a placa de montagem não fica maior próximo à superfície frontal 5 da placa de montagem, de modo que nenhum espaço é proporcionado em torno de uma parte frontal do sensor 1.

A figura 2 é uma representação esquemática de uma disposição compreendendo uma chave de proximidade indutiva 1, montada em umaplaca de montagem 2 de acordo com a figura 1, e uma placa de alvo 6, montada disposta na parte frontal da sua face de monitoramento 4. O sensor tem um circuito elétrico e um circuito magnético, que são representados separadamente. O circuito elétrico com a bobina do sensor 7 é mostrado como um diagrama de blocos, enquanto que o circuito magnético é representado pelas linhas de campo magnético 8 e diferentes corpos de material expostos ao campo magnético, isto é, um núcleo em vaso aberto 9 da bobina do sensor 9, uma luva do invólucro 3 circundando radialmente esse núcleo 9, a placa de montagem 2 e o alvo. Esses corpos são mostrados em vista seccional em um plano de corte pela parte intermediária da luva 3, que é cilíndrica e de seção transversal circular. O circuito elétrico e o circuito magnético são ligados pela bobina do sensor 7.

O circuito elétrico, também chamado circuito do sensor, compreende um oscilador RLC 10, cujo componente indutivo L é formado pela bobina do sensor 7 e pelo núcleo 9 dessa bobina. O núcleo 9 consiste em um material com uma permeabilidade magnética relativa maior do que 1, tipicamente, uma ferrita. O campo magnético da bobina do sensor gera correntes parasitas no alvo 6, e a perda de potência provocada por essas correntes parasitas representa uma carga que atenua crescentemente o oscilador 10, na medida em que a distância entre a face de monitoramento 4 e o alvo 6, que é referida como a distância alvo x, é reduzida.

O circuito do sensor compreende ainda um circuito de medida 11 e um circuito de saída 12. O circuito de medida 11 é projetado para medir a atenuação do oscilador, com base em uma quantidade elétrica que é uma função monotônica dessa atenuação. Dependendo do projeto eletrônico do oscilador, essa quantidade pode ser a amplitude do oscilador ou a corrente de saída de, por exemplo, um amplificador de realimentação do oscilador. O circuito de medida compreende uma unidade de transformação de sinal 14, que pode ser precedida por um retificador 13. A unidade de transformação de sinal 14 de um sensor de proximidade é um comparador, disposto para comparar a atenuação com um limiar de referência predeterminado, que é também chamado limiar operacional nesse contexto. Em oposição a isso, aunidade de transformação de sinal 14 de um sensor de proximidade analógico tem uma função de transferência projetada para gerar um sinal de saída do circuito de medida, que é uma função linear da distância alvo x para valores entre zero e a distância na qual a atenuação corresponde ao limiar de referência.

O sinal de saída da unidade de transformação de sinal 14 é condicionado pelo circuito de saída 12, para formar um sinal de saída do sensor, que é disponibilizado no lado de fora do invólucro por meio de um conduto de sinal.

A distância alvo x, na qual um alvo de tamanho padrão, como definido acima, atenua o oscilador ao limiar de referência predeterminado, define o alcance do sensor. O alcance de um sensor do tipo de comutação é também chamado distância operacional.

A figura 3 mostra o gráfico da atenuação relativa do oscilador Qrei em função da distância alvo. O limiar de referência de um sensor de longo alcance é acima da linha de 90%. Nesse ponto operacional, a curva é um tanto plana, de modo que mesmo uma pequena atenuação provocada pela placa de montagem tem um impacto significativo no alcance do sensor. Não obstante, o projeto de um sensor de proximidade de longo alcance capaz de k- ser embutido em uma placa de montagem metálica (usualmente, uma placa de montagem de aço doce) é possível, porque a geometria e a resistividade elétrica dos elementos condutores, que circundam radialmente o núcleo da bobina do sensor, podem ser adaptadas de tal modo que o alcance do sensor embutido na placa de montagem é alinhado com o alcance do sensornão-embutido (o alcance do mesmo sensor sem a placa de montagem).

Quanto maior a precisão desse alinhamento, melhor é a capacidade de embutimento do sensor. Para que um sensor de proximidade indutivo seja considerado capaz de ser embutido, o seu alcance no estado embutido não deve diferir significativamente do seu alcance no estado não-embutido. Uma diferença de mais de 30 por cento entre o primeiro e o último é considerada significativa. De preferência, essa diferença não deve exceder 20 por cento e, particularmente, essa diferença não deve exceder 10 porcento.

Um elemento condutor pode formar parte do invólucro ou ser disposto dentro dele. Usualmente, um dos elementos condutores circundando o núcleo da bobina do sensor é uma luva metálica 3 do invólucro. Outros elementos podem incluir camadas metálicas aplicadas na superfície interna e/ou na superfície externa dessa luva, ou um ou mais elementos, que são interpostos radialmente entre o núcleo e a luva.

Os elementos circundando radialmente o núcleo são elementos que ficam do lado de fora do núcleo na direção radial e que ficam próximos ao núcleo na direção axial, de modo que são expostos, pelo menos parcialmente, ao campo magnético da bobina do sensor no estado embutido e/ou não-embutido do sensor. Isso inclui elementos que, na direção axial, ficam parcial ou inteiramente em frente do núcleo, porque o núcleo dirige o campo magnético no sentido da extremidade frontal do invólucro. Ao contrário, a geometria de uma parte posterior da luva 3, que não fica exposta ao campo magnético e não conduz correntes parasitas, não tem qualquer influência nas perdas de correntes parasitas na disposição sensor - alvo. É, portanto, suficiente se uma parte frontal da luva, representando um elemento metálico cilíndrico oco circundando o núcleo, for considerada como um elemento eletricamente condutor circundando o núcleo. De uma maneira geral, alguma coisa situada atrás da extremidade posterior do núcleo na direção axial pode ser ignorada.

Todos os elementos condutores circundando o núcleo são radialmente mais finos do que a profundidade da crosta dos seus respectivos materiais na freqüência operacional do oscilador, de modo que não agem como uma blindagem. Se a espessura radial de um elemento condutor não for constante, essa regra se aplica para o ponto mais fino desse elemento. Por exemplo, a espessura de uma luva de invólucro rosqueada internamente é a sua espessura no ponto mais profundo da rosca nesse contexto.

A figura 4 mostra um sensor 1 embutido em uma placa de montagem 2. O invólucro do sensor consiste substancialmente em uma luva metálica cilíndrica 3 com uma rosca no seu lado externo. Uma extremidadefrontal da luva 3 é fechada por uma tampa de fechamento plástica 15. A facede monitoramento 4 na extremidade frontal do invólucro é a superfície exter-na do fundo 16 de uma tampa plástica 15, que forma uma parede frontal 16do invólucro. A face de monitoramento 4 fica rente à extremidade frontal daluva 3. O núcleo em vaso aberto 9 da bobina do sensor 7 é disposto dentroda luva atrás da parede frontal 16, e o seu lado aberto é dirigido no sentidoda face de monitoramento 4, de modo que o campo magnético da bobina dosensor 7 é dirigido no sentido do alvo 6, em frente da face de monitoramento4. Nesse exemplo, o único elemento eletricamente condutor, circundandoradialmente o núcleo 9, dentro do espaço delimitado pela superfície externado invólucro é uma parte frontal da luva 3. Essa estrutura é usada para sen-sores de diferentes tamanhos, até pelo menos o diâmetro de luva M50.

Um método de adaptar adequadamente os elementos conduto-res por meio de simulações FEM vai ser apresentado a seguir. O alcance dosensor embutido é alinhado com o alcance do mesmo sensor no seu estadonão-embutido, se, em uma disposição consistindo no sensor 1, um alvo 6 noalcance nominal do sensor Sn, em frente da sua face de monitoramento 4 eem uma placa de montagem 2, na qual o sensor está embutido (como mos-trado, por exemplo, na figura 4), a placa de montagem 2 pode ser removidasem afetar a quantidade total de perdas de correntes parasitas. Para verifi-car se essa condição é satisfeita, as perdas de correntes parasitas na dispo-sição são determinadas usando simulações FEM.

No modelo para a simulação dessa disposição, cada corpo nocircuito magnético é especificado por sua geometria, permeabilidade e resis-tividade elétrica. O alvo padrão é uma placa de aço doce quadrada, que temuma espessura de 1 mm e cujos lados medem três vezes o alcance nominaldo sensor Sn. A especificação da geometria da luva pode ser limitada a umaparte frontal da luva e, de preferência, inclui a geometria exata da sua rosca,para obter resultados exatos. Outros parâmetros, que necessitam ser espe-cificados para a simulação FEM, são o número de enrolamentos da bobinado sensor, a freqüência operacional do oscilador e a intensidade de umacorrente de bobina (constante) ou uma voltagem de bobina e a resistênciada bobina.

Com base nesse modelo de simulação, a quantidade total deperdas de correntes parasitas na disposição é calculada numericamente pormeio de simulação FEM. A simulação é conduzida para a disposição, inclu-indo a placa de montagem, e para a mesma disposição sem a placa de mon-tagem, e a diferença na perda de corrente parasita total é determinada. Seessa diferença não for próxima a zero, uma propriedade de um elementocondutor, circundando o núcleo, é ligeiramente modificada na sua especifi-cação no modelo de simulação, e a simulação é repetida para calcular denovo a diferença na perda de corrente parasita total entre as situações come sem a placa de montagem. Uma vez que nesse exemplo a luva metálica éo único elemento condutor circundando o núcleo, a propriedade que é modi-ficada incrementalmente é, de preferência, a sua resistividade elétrica. Ob-servando-se a evolução dessa diferença, devido às variações incrementaisfeitas na resistividade da luva, essa resistividade pode ser ajustada a umvalor no qual a diferença em perda de corrente parasita total com e sem aplaca de montagem é próxima de zero.

Esse é o caso quando a perda de corrente parasita total é igualcom ou sem a placa de montagem. No circuito elétrico, a perda de correnteparasita total pode ser representada como uma resistência equivalente nocircuito equivalente paralelo da bobina do sensor. Desse ponto de vista, aresistividade do metal da luva é adaptada de tal modo que a resistência e-quivalente percebida pela bobina nas disposições com e sem a placa demontagem é igual.

A figura 5 mostra uma representação gráfica de valores das per-das de correntes parasitas Ptot, calculadas para uma disposição de acordocom a figura 4, com um sensor de tamanho M8 tendo um alcance nominal Snde 3 mm, para diferentes valores da resistividade elétrica ps da luva 3 doinvólucro. Os pontos pretos representam os valores para o estado não-embutido (sem a placa de montagem) e os círculos abertos representam osvalores para o estado embutido (com a placa de montagem) do sensor. Aperda de potência no núcleo é considerada como sendo constante e peque-na, de modo que representa meramente um deslocamento, que foi omitidopara simplificar o cálculo. Há uma interseção nos gráficos representando asperdas de correntes parasitas totais com e sem a placa de montagem. Noponto dessa interseção, o metal da luva tem uma resistividade elétrica de 18nQ.cm. Se um metal com essa resistividade for usado para formar a luva deum sensor, como especificado no modelo usado para a simulação, o seualcance, quando embutido em uma placa de montagem de aço doce, é per-feitamente alinhado com o seu alcance no estado não-embutido.

Esse método de projetar um sensor de proximidade, para embu-timento em uma placa de montagem metálica, provou ser particularmente útilpara o projeto de sensores de longo alcance, que são caracterizados por umlimiar de referência igual ou inferior a 10 por cento, ou por um alcance nomi-nal excedendo o alcance mínimo na fórmula (3) acima.

Uma vez que o metal da luva precisa ser selecionado para suaresistividade elétrica, esse metal pode não ser de inércia química suficientepara algumas aplicações, e um revestimento da superfície externa da luvacom um metal diferente, tal como cromo, pode ser necessário. Esse revesti-mento representa um elemento adicional de material condutor circundando onúcleo, que precisa ser especificado no modelo de simulação FEM para adeterminação da resistividade necessária da luva.

Se a parte frontal de uma luva de invólucro for o único elementocondutor, circundando o núcleo de um sensor, além de um revestimento pro-tetor de um material adequado, tal como cromo, que pode ser aplicado àsuperfície externa da luva, a resistividade do metal da luva não-ferromagnético, necessária para alinhamento das perdas de correntes para-sitas totais, com e sem a placa de montagem, fica em uma faixa entre 15laQ.cm e 50 |aQ.cm. Um metal desse tipo típico é uma liga contendo cobre,níquel e zinco.

Esses, bem como outros valores de resistividade indicados nes-te documento, se referem ao respectivo material a uma temperatura de20°C.

A figura 6 mostra a parte frontal de outra concretização de umsensor de proximidade indutivo. A bobina do sensor 7, o seu núcleo 9 e ageometria do invólucro compreendendo a luva metálica 3 são idênticos à-queles do sensor mostrado na figura 4, com a exceção de que um revesti-mento 18 é aplicado à superfície interna da luva, em uma parte frontal domesmo. A luva 3' consiste em um metal não-ferromagnético, com uma resis-tividade elétrica que é mais alta do que o valor determinado para uma perfei-ta capacidade de embutimento do sensor, de acordo com o método descritocom referência às figuras 4 e 5 acima. Uma luva feita de aço inoxidável épreferivelmente usada para sua inércia química. A resistividade elétrica ex-cessiva da luva pode ser compensada por aplicação do revestimento 18, queconsiste, de preferência, também em um metal não-ferromagnético, cuja re-sistividade é mais baixa do que aquela do metal da luva.

Dependendo do material, geometria e disposição exata do re-vestimento 18, a diferença entre os alcances do sensor, nos estados embu-tido e não-embutido, é positiva ou negativa, e há exatamente uma espessurade revestimento na qual essa diferença é zero. A simulação FEM pode serusada como explicado com referência à figura 4 acima, para determinar essaespessura. Nesse caso, as propriedades, que são preferivelmente alteradasentre os ciclos de simulação individuais, são as propriedades do revestimen-to 18, isto é, a sua espessura ou a sua resistividade elétrica.

Independentemente do material da luva, uma espessura de re-vestimento de 40 um é considerada como sendo um máximo para sensoresde qualquer tamanho usual, até pelo menos M50, se a resistividade elétricado revestimento estiver abaixo de 15 uQ.cm. De um modo geral, quantomais fino for o revestimento, mais baixa é a resistividade elétrica que o mate-rial precisa estar, para alinhar os alcances do sensor nos seus estados em-butido e não-embutido. Uma espessura de revestimento de 30 um é consi-derada como sendo uma máxima, se a resistividade elétrica do material dorevestimento estiver abaixo de 10 uQ.cm (exemplo: latão) e uma espessurade revestimento de 20 um é considerada como sendo uma máxima, se aresistividade elétrica do material do revestimento estiver abaixo de 5 uQ.cm(exemplos: cobre, alumínio, ouro). A espessura efetiva do revestimento me-tálico é abaixo dos valores máximos aplicáveis e não precisa ser determina-da com base nas particularidades do respectivo sensor, de preferência, deacordo com o método descrito com referência à figura 4 acima.

Não é significativo que as abordagens para a otimização da ca-pacidade de embutimento de um sensor de proximidade, de acordo com osexemplos da figura 4 (sem o revestimento metálico 18) e da figura 6 (com orevestimento metálico 18), sejam baseadas no mesmo princípio físico: oselementos eletricamente condutores circundando o núcleo da bobina dosensor são ajustados de modo que a quantidade total de perdas de corren-tes parasitas, distribuídas no meio do alvo, placa de montagem e elementoscondutores do invólucro do sensor, no estado montado, é igual às perdas decorrentes parasitas incorridas sem a placa de montagem no estado não-embutido. Em particular, o revestimento metálico 18 não tem a função deuma blindagem. De fato, um revestimento metálico blindando efetivamente aplaca de montagem da bobina do sensor e do núcleo não pode agir comoum meio para ajustar a distribuição de perdas de correntes parasitas, de a-cordo com a invenção. Portanto, a espessura do revestimento metálico 18 épreferivelmente inferior à metade da profundidade da crosta do material derevestimento na freqüência operacional do oscilador, e, particularmente, infe-rior a 30% dessa profundidade de crosta. Como mencionado antes, essafreqüência operacional é preferivelmente acima de 50 kHz, para garantiruma distância operacional suficientemente longa do sensor.

A figura 7 mostra a parte frontal de um sensor, que é similar à-quela mostrada na figura 6. A diferença básica é que o revestimento metáli-co 18" não é aplicado à superfície interna da luva, mas, em vez disso, à su-perfície interna de uma parede circunferencial 17 da tampa plástica 15, quese estende para um vão entre a luva 3" e o núcleo 9. Outra diferença é que atampa plástica 15 se projeta ligeiramente sobre a extremidade frontal da luvametálica 3".

Muitas variações e modificações são possíveis dentro dos espíri-to e âmbito da invenção.

Em vez do revestimento 18, 18", um filme metálico fino pode serusado.

O revestimento 18, 18", ou filme, pode ser disposto em outrasposições, de preferência, em algum lugar entre o núcleo e a luva, incluindoas possibilidades de dispor o revestimento ou filme na superfície interna daluva (como mostrado na figura 6), ou em uma superfície radialmente externado núcleo.

A superfície na qual o revestimento ou filme (a camada metálicafina) é aplicado é, de preferência, substancialmente cilíndrica, mas desviosda forma cilíndrica, tal como uma superfície portadora em forma de cone,resultando em uma forma cônica de um revestimento metálico depositadonessa superfície, são também possíveis.

Em vez do núcleo em forma de vaso, um núcleo em forma de Eou um núcleo em forma de U pode ser usado. Um aspecto comum dessasformas de núcleo é que são abertos em um lado, de modo que direcionam ocampo magnético da bobina do sensor basicamente em uma direção.

Nas concretizações de acordo com a figura 4 ou 6, a tampa 15pode ser prescindida, e uma resina sintética pode ser usada para fechar aluva 3 na sua extremidade frontal. Nesse caso, uma camada de resina co-brindo o núcleo forma a parede frontal do invólucro.

Em vez de uma luva rosqueada 3, uma luva metálica com umasuperfície externa lisa pode ser usada. A forma da seção transversal da luvametálica 3 não é necessariamente circular. Por exemplo, uma luva metálicaou forma externa quadrada - cilíndrica pode ser usada.

Finalmente, um invólucro sintético pode ser usado em vez daluva metálica 3. Nesse caso, o núcleo 9 é circundando por um elemento me-tálico cilíndrico oco, disposto dentro do invólucro sintético, perpendicular àface de monitoramento 4. Um elemento metálico em forma anular é suficien-te para a finalidade da invenção, e esse elemento metálico pode ser combi-nado com uma camada metálica do mesmo modo como descrito para o ele-mento metálico em forma de luva, com referência à figura 6.

Claims (15)

1. Sensor de proximidade indutivo (1) para embutimento em umaplaca de montagem metálica (2), compreendendo um invólucro com umaparede frontal (16) de material sintético, formando uma face de monitora-mento (4) em uma extremidade frontal do invólucro, um oscilador (10) com-preendendo uma bobina do sensor (7) com um núcleo (9), consistindo emum material com uma permeabilidade magnética relativa maior do que 1,tipicamente uma ferrita, que é disposto dentro do invólucro atrás da paredefrontal (16), de modo que um lado aberto do núcleo (9) é dirigido no sentidoda face de monitoramento (4), para direcionar o campo magnético da bobinano sentido de um alvo (6), em frente da face de monitoramento (4), um ele-mento metálico cilíndrico oco disposto perpendicular à face de monitoramen-to (4) e circundando o núcleo (9), e um circuito de medida (11) para mediruma atenuação do oscilador (10), devido às correntes parasitas, caracteriza-do pelo fato de que o núcleo (9) é circundado radialmente por uma camadametálica (18, 18"), com uma resistividade elétrica inferior a 15 ^Q.cm e comuma espessura inferior a 40 |am.

2. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que a camada (18, 18") consiste em metal não-ferromagnético.

3. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que a camada (18, 18") é disposta entre o ele-mento metálico e o núcleo.

4. Sensor de proximidade de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o elemento metálico é umaluva metálica (3) e o núcleo (9) é disposto dentro dessa luva (3).

5. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 4, ca-racterizado pelo fato de que a parede frontal é o fundo (16) de uma tampa doinvólucro (15), uma parede circunferencial (17) da tampa (15) se estendepara um vão entre a luva (31, 3") e o núcleo (9), e a camada (18") é dispostana superfície interna dessa parede (17).

6. Sensor de proximidade de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a camada (18, 18") é umrevestimento metálico.

7. Sensor de proximidade de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada(18, 18") é inferior à metade da profundidade da crosta do material da cama-da, na freqüência operacional do oscilador (10), e, de preferência, inferior a 30% dessa profundidade da crosta.

8. Sensor de proximidade de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o circuito de medida (11) édisposto para mudar um sinal de saída do circuito do sensor, tão logo a ate-nuação exceda um limiar de referência predeterminado correspondente auma atenuação de 0,1 (10 por cento) ou menos.

9. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 8, ca-racterizado pelo fato de que a espessura da camada metálica (18, 18") éadaptada de modo que, para um alvo de aço doce (6), a distância entre aface de monitoramento (4) e o alvo (6), na qual a atenuação provocada porcorrentes parasitas corresponde ao limiar de referência no estado embutidodo sensor, difere da mesma distância no estado não-embutido do sensor por 30 por cento no máximo e, de preferência, por 20 por cento no máximo.

10. Sensor de proximidade indutivo (1) para embutimento emuma placa de montagem metálica (2), compreendendo um invólucro comuma parede frontal (16) de material sintético, formando uma face de monito-ramento (4) em uma extremidade frontal do invólucro, um oscilador (10)compreendendo uma bobina do sensor (7) com um núcleo (9), consistindoem um material com uma permeabilidade magnética relativa maior do que 1,tipicamente uma ferrita, que é disposta dentro do invólucro atrás da paredefrontal (16), de modo que um lado aberto do núcleo (9) é dirigido no sentidoda face de monitoramento (4), para direcionar o campo magnético da bobinano sentido de um alvo (6), em frente da face de monitoramento (4), um ele-mento metálico cilíndrico oco disposto perpendicular à face de monitoramen-to (4) e circundando o núcleo (9), e um circuito de medida (11) para mediruma atenuação do oscilador (10), devido às correntes parasitas, caracteriza-do pelo fato de que o elemento metálico (3) consiste em um metal não-ferromagnético, com uma resistividade elétrica de 15 |iQ.cm a 50 (aQ.cm.

11. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o elemento metálico é uma luva metálica (3) eo núcleo (9) é disposto dentro dessa luva (3).

12. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 10 ou-11, caracterizado pelo fato de que o circuito de medida (11) é disposto paramudar um sinal de saída do circuito do sensor, tão logo a atenuação excedaum limiar de referência predeterminado correspondente a uma atenuação de-10 por cento ou menos.

13. Sensor de proximidade de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a resistividade elétrica da parte da luva, cir-cundando o núcleo (9), é adaptada de modo que, para um alvo de aço doce(6), a distância entre a face de monitoramento (4) e o alvo (6), na qual a ate- nuação provocada por correntes parasitas corresponde ao limiar de referên-cia no estado embutido do sensor, difere da mesma distância no estado não-embutido do sensor por 30 por cento no máximo e, de preferência, por 20por cento no máximo.

14. Método para projetar um sensor de proximidade, como defi-nido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato deque, em uma disposição compreendendo o sensor (1) e um alvo de aço do-ce (6), disposto a uma distância fixa em frente da face de monitoramento (4)do mesmo, a atenuação do oscilador (10) é determinada no estado embutidodo sensor (1) e no estado não-embutido do sensor (1), e se a atenuação de-terminada não for a mesma em ambos os estados, então a espessura dacamada metálica (18, 18") é ajustada por um incremento, e essas etapassão repetidas uma ou mais vezes para determinar uma espessura da cama-da (18, 18"), na qual a atenuação no estado embutido é substancialmenteigual à atenuação no estado não-embutido.

15. Método para projetar um sensor de proximidade, como defi-nido em qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato deque, em uma disposição compreendendo o sensor (1) e um alvo de aço do-ce (6), disposto a uma distância fixa em frente da face de monitoramento (4)do mesmo, a atenuação do oscilador (10) é determinada no estado embutidodo sensor (1) e no estado não-embutido do sensor (1), e se a atenuação de-terminada não for a mesma em ambos os estados, então a resistividade elé-trica do elemento metálico, circundando o núcleo (9), é ajustada por um in-cremento, e essas etapas são repetidas uma ou mais vezes para determinaruma resistividade elétrica do dito elemento metálico, na qual a atenuação noestado embutido é substancialmente igual à atenuação no estado não-embutido.