ES2324718T3 - Sensor inductivo de presencia, proximidad o posicion. - Google Patents
Sensor inductivo de presencia, proximidad o posicion. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2324718T3 ES2324718T3 ES05360025T ES05360025T ES2324718T3 ES 2324718 T3 ES2324718 T3 ES 2324718T3 ES 05360025 T ES05360025 T ES 05360025T ES 05360025 T ES05360025 T ES 05360025T ES 2324718 T3 ES2324718 T3 ES 2324718T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- plate
- flat part
- cut
- cuts
- sensor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
- H03K17/9505—Constructional details
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Push-Button Switches (AREA)
Abstract
Sensor inductivo de presencia, proximidad o posición, que comprende una bobina de inducción que define una cara de trabajo o activa del sensor, correspondiente a la cara externa de una placa de cubierta o de una parte sustancialmente plana del alojamiento o de la carcasa que contiene la mencionada bobina, estando la mencionada placa o parte plana fabricada de un metal con gran resistencia mecánica y estando en disposición sustancialmente perpendicular al eje de la bobina, sensor (1) caracterizado porque la mencionada placa o parte plana (4) comprende al menos un corte o discontinuidad lineal similar (6, 6''), que se extiende al menos parcialmente a través de la mencionada placa o parte plana (4).
Description
Sensor inductivo de presencia, proximidad o
posición.
La presente invención trata de un sensor
inductivo de presencia, proximidad o oposición, que puede utilizarse
para automatización en producción industrial, para robótica y para
otros usos industriales.
La función principal de semejante sensor
inductivo es la detección sin contacto, de la presencia de un
objetivo metálico localizado a una cierta distancia desde la
superficie o cara de trabajo del sensor.
El principio de funcionamiento de tales sensores
inductivos consiste en el hecho de que se utiliza un circuito
oscilatorio de LC, para generar un campo magnético variable con una
frecuencia que varía entre varios cientos y varios miles de kHz. El
campo magnético de la bobina del sensor induce corrientes parásitas
en el objetivo metálico. Como resultado, el factor de calidad de
circuito de LC cambia en función de la distancia entre el objetivo
metálico y la cara de trabajo del sensor. La variación del factor de
calidad crece a medida que disminuye la distancia entre el objetivo
y la superficie de la cara de la bobina.
El cambio del factor de calidad del circuito
oscilador bajo la acción del objetivo, puede registrarse con el uso
de varios diseños y métodos técnicos, por ejemplo por variación de
la amplitud de oscilaciones amortiguadas del circuito de LC, como se
describe en la aplicación de patente europea número 05 360 003.7, de
26 de enero de 2005, a nombre del solicitante.
Para impedir el apantallamiento del campo
magnético variable mediante el material del cabezal del sensor, en
el que está situada la bobina que genera el mencionado campo
magnético, usualmente el cabezal del sensor está fabricado de
materiales dieléctricos: por ejemplo plásticos o cerámicas. La
desventaja principal de tales sensores consiste en una fuerza
mecánica y una resistencia bajas, lo que impide asegurar una
protección fiable de la bobina del sensor frente a daños mecánicos,
contra impactos o para resistir altas presiones.
Recientemente se ha propuesto fabricar los
sensores inductivos con superficies de trabajo hechas de acero
inoxidable, con un grosor típico de 0,4 a 1,0 mm (sensores de cara
de acero). Es obvio que tales sensores tienen una fuerza mecánica y
una resistencia superiores comparados con los sensores estándar con
caras de trabajo fabricadas de materiales plásticos. Al mismo
tiempo, los sensores de cara de acero tienen una desventaja evidente
comparados con los sensores estándar, a saber, que muestran menos
sensibilidad bajo condiciones idénticas. Esta desventaja es
consecuencia directa del principio de funcionamiento de los sensores
de cara de acero, como se muestra
después.
después.
De hecho, para reducir la atenuación del campo
magnético variable de la bobina mediante la superficie de trabajo
metálica del sensor (generalmente, en la forma de una placa o de una
parte plana), se ha propuesto que el grosor de la mencionada
superficie se fabrique siendo mucho menor que el de la capa
marginal.
El grosor de la capa marginal puede calcularse a
partir de la siguiente fórmula:
donde:
- \alpha =
- grosor de la capa marginal, sobre el que el voltaje del campo magnético variable se reduce en un factor de 2,73.
- C =
- velocidad de la luz en el vacío,
- \mu =
- permeabilidad metálica magnética,
- \lambda =
- coeficiente de conductividad metálica eléctrica, y
- \omega =
- frecuencia angular.
Estimaciones teóricas del grosor de la capa
marginal realizadas utilizando la fórmula (1) han mostrado que para
frecuencias de 10 kHz, el grosor de la capa marginal es de 0,6 mm
para cobre y de 2 mm para acero inoxidable. Por lo tanto, la
frecuencia óptima para uso práctico de los sensores de cara de
acero, no ha de exceder 15-30 kHz, que es de 15 a 20
veces menos que la frecuencia en los actuales sensores estándar con
superficies de trabajo de
plástico.
plástico.
\newpage
Se sabe que el factor de calidad del circuito
oscilador se incrementa al incrementarse la frecuencia resonante, lo
que se describe mediante la fórmula (2):
donde:
- Q =
- factor de calidad del circuito,
- \varpi =
- frecuencia resonante,
- L =
- inductividad,
- r =
- resistencia activa (óhmica) de circuito.
Así, la sensibilidad del sensor inductivo es
proporcional al factor de calidad del oscilador. Por lo tanto, las
restricciones de frecuencia dadas por (1) imponen límites básicos
sobre la sensibilidad de sensores con superficies de trabajo
metálicas (acero inoxidable).
Experimentos prácticos realizados por los
inventores han mostrado que el factor de calidad de los sensores con
superficie de trabajo plástica y metálica (acero inoxidable),
coincide solo en el campo de bajas frecuencias (para el sensor M12,
menores de 20 kHz). Con el incremento de la frecuencia de las
oscilaciones, el factor de calidad del circuito oscilador, y también
la sensibilidad, son sustancialmente mayores para el sensor con una
superficie de trabajo de plástico que para el sensor con una
superficie de trabajo metálica, o ubicado en un alojamiento
completamente metálico fabricado de acero inoxidable.
Es un objetivo de la presente invención es
superar la limitación mencionada. Otro objetivo de esta invención es
optimizar la característica de los sensores con una cara de trabajo
metálica en la forma de una placa de cubierta metálica o de una
parte plana de un alojamiento completamente metálico, sin hacer
peligrar la resistencia mecánica de estos sensores, en concreto en
la región de la cara de trabajo.
Por lo tanto, la presente invención trata de un
sensor inductivo de presencia, proximidad o posición, que comprende
una bobina de inducción que define una cara de trabajo o cara activa
del sensor, que corresponde a la cara externa de una placa de
cubierta o a una parte sustancialmente plana del alojamiento o
carcasa que contiene la mencionada bobina, la mencionada placa o
parte plana estando fabricada de un metal con gran resistencia
mecánica, y estando en disposición sustancialmente perpendicular al
eje de la bobina, el sensor caracterizado porque la mencionada placa
o parte plana comprende al menos un corte o discontinuidad lineal
similar, que se extiende al menos parcialmente a través de la
mencionada placa o parte plana.
Preferentemente, el mencionado al menos un corte
que se extiende transversalmente está sustancialmente centrado con
respecto al área superficial total de la placa o la parte plana.
De acuerdo con una primera realización de la
invención, el al menos un corte se extiende a través de todo el
grosor de la placa o la parte plana, formando así una ranura que
preferentemente está llena de forma compacta con un material
dieléctrico.
De acuerdo con una segunda realización de la
invención, el al menos un corte se extiende solo sobre una parte del
grosor de la placa o la parte plana, dejando una capa de material
sin cortar y continua, el mencionado al menos un corte
proporcionándose sobre la cara externa o sobre la cara interna de la
placa o la parte plana, el corte o los cortes estando
preferentemente rellenos con un material dieléctrico.
Así, la presente invención propone un nuevo
enfoque para diseñar sensores inductivos con una cara de trabajo
metálica, por ejemplo en un alojamiento completamente metálico
(sensores con cara de acero). Este enfoque consiste en el hecho de
que la cara de trabajo metálica no debería tener la forma de una
placa o una parte plana metálica continúa, sino de una placa o una
parte plana con cortes finos o ranuras finas, que impiden la
circulación de corrientes parásitas inducidas por el campo magnético
variable de la bobina de inducción del sensor, en la mencionada
placa o parte plana.
La base física del enfoque propuesto se
describió de forma cualitativa en el libro "The Feynman lectures
on physics", volumen 2, de Richard P. Feynman, Robert B.
Leighton y Matthew Sands; editado por Addison-Wesley
Publishing Company, Inc. Reading, Massachusetts, Palo Alto, Londres,
1964, con la ayuda de un péndulo metálico situado en un campo
magnético permanente. El efecto consiste en que la influencia de las
corrientes parásitas en la placa metálica colocada en el campo
magnético, se reduce enormemente si se corta ranuras en la placa.
Pero esta publicación de la técnica anterior no proporciona ninguna
indicación sobre cómo debe realizarse los cortes, ni sobre su forma
ni dimensión en relación con la forma o la dimensión del campo
magnético.
La invención se comprenderá mejor gracias a la
descripción y los dibujos siguientes, de realizaciones de la
mencionada invención proporcionadas como ejemplos no limitativos de
esta, donde en los mencionados dibujos:
las figuras 1 a 9 son vistas frontales de caras
de trabajo circulares de sensores con alojamientos cilíndricos,
según varias realizaciones de la invención (en las figuras 1 a 5, el
material metálico que forma la parte plana o placa está representado
en color negro, y los cortes o ranuras en color blanco - lo
contrario en las figuras 6 a 9);
las figuras 10 y 11 son vistas frontales de
caras de trabajo cuadradas de sensores con alojamientos en forma de
paralelepípedo, según otras realizaciones de la invención;
las figuras 12 y 13 son vistas recortadas a lo
largo de un plano que comprende el eje x de las bobinas de los
sensores mostrados en las figuras 1 a 11, con una cara de trabajo
respectivamente como una parte plana de un alojamiento unitario
(figura 12) y como una placa separada unida junto con el alojamiento
(figura 13) (no se muestra la/s ranura/s o el/los corte/s);
las figuras 14 y 15 son vistas recortadas de
partes frontales de los alojamientos de sensores según la invención,
que muestran respectivamente cortes no transversales sobre los lados
externo (figura 14) e interno (figura 15) de la parte plana frontal
de los alojamientos de los sensores, y
la figura 16 es una vista recortada de la parte
frontal de un alojamiento de un sensor según la invención, que
muestra cortes o ranuras no transversales, internos y externos
alternados, en la parte plana frontal.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en las figuras mencionadas
previamente, en concreto en las figuras 12 y 13, el sensor 1
comprende principalmente una bobina de inducción 2 que define una
cara frontal 3 de trabajo o activa, del sensor, correspondiente a la
cara externa de una placa de cubierta o de una parte sustancialmente
plana 4 del alojamiento o carcasa 5 que contiene la mencionada
bobina, la mencionada placa o parte plana 4 estando fabricada de un
metal con gran resistencia mecánica y estando en disposición
sustancialmente perpendicular al eje de la bobina X.
Como saben los técnicos en la materia, el
alojamiento 5 del sensor 1 puede también contener otros componentes
o materiales de relleno, pero que carecen de relevancia especial en
el contexto de la presente invención y por lo tanto no se
representan ni se describen.
De acuerdo con la invención y como se muestra en
las figuras 1 a 11 y 14 a 16, la placa o la parte plana 4 comprende
al menos un corte o discontinuidad lineal similar 6, 6', que se
extiende al menos parcialmente a través de la mencionada placa o
parte plana 4.
En la presente especificación, "discontinuidad
lineal" significa una ausencia de material que define un volumen
delgado y alargado, con una profundidad dada y de forma recta o
no.
En general, tales discontinuidades pueden
obtenerse mediante el corte controlado por láser u otros medios
similares de corte de precisión. Pero también pueden obtenerse
mediante corte mecánico, trituración química o directamente por
moldeo.
Así mismo, aquí "metálico" significa
fabricado de metal o de una aleación metálica, o posiblemente
cubierto con un metal o con una aleación metálica.
Experimentos realizados por los inventores han
demostrado (como se describe después en mayor detalle) que la
presencia de un solo corte es ya suficiente para mejorar
notablemente el funcionamiento del sensor 1.
En concreto, este es el caso cuando el
mencionado al menos un corte que se extiende transversalmente 6, 6'
está sustancialmente centrado con respecto al área superficial total
de la placa o la parte plana.
Por lo tanto, es posible que la placa o la parte
plana 4 comprenda un solo corte 6, 6', o alternativamente que la
placa o la parte plana 4 comprenda al menos dos, preferentemente una
pluralidad de cortes 6, 6', que proporcionan una reducción mejorada
de las corrientes parásitas generadas en la placa o la parte plana 4
que forman la cara de trabajo 3, mediante el campo magnético
proporcionado por la bobina 2.
La elección de una de las dos mencionadas
soluciones alternativas depende, por una parte, de la resistencia
mecánica necesaria del sensor 1, y por otra parte del incremento
deseado en la característica de funcionamiento del sensor 1.
De acuerdo con una primera realización de la
invención, y como se muestra por ejemplo en las figuras 1 a 5, el al
menos un corte 6, 6' se extiende a través de todo el grosor de la
placa o la parte plana 4, formando así una ranura que
preferentemente se rellena de forma compacta con un material
dieléctrico 7.
De acuerdo con una segunda realización de la
invención, y como se muestra en las figuras 14 y 15, el al menos un
corte 6, 6' se extiende solo sobre una parte del grosor de la placa
o la parte plana 4, dejando una capa 8 de material que queda sin
cortar y es continuo, el mencionado al menos un corte 6, 6'
proporcionándose en la cara externa 3 o en la interna 3' de la placa
o la parte plana 4, el corte o cortes 6 preferentemente rellenándose
con un material dieléctrico 7.
Preferentemente, el grosor de la capa no cortada
continua 8 de la placa o la parte plana 4, es menor que el grosor de
la capa marginal para la frecuencia utilizada.
De acuerdo con otra realización de la invención
mostrada en la figura 16, la placa o la parte plana 4 comprende al
menos un corte 6 provisto sobre su cara externa 3 y al menos un
corte 6 provisto sobre su cara interna 3', cada uno de los
mencionados cortes 6 extendiéndose solo sobre una parte del grosor
de la placa o la parte plana 4, y los cortes 6 en caras opuestas no
cruzándose entre ellos.
Para conseguir una reducción eficiente de las
corrientes parásitas generadas por la acción de la bobina 2 en la
placa o la parte plana 4, el al menos un corte continuo o
discontinuo 6, 6' o cada uno de estos, situados sobre una de las dos
caras opuestas 3 y 3' de la placa o la parte plana 4, está
localizado sobre una línea recta L que pasa por el punto de
intersección P de la cara considerada 3 o 3', con el eje X de la
bobina 2 localizado en la carcasa o alojamiento 5. Además, el
mencionado al menos un corte 6, 6' tiene una longitud que
corresponde a una parte sustancial de la longitud o dimensión D de
la placa o la parte plana 4, en la dirección definida por la
mencionada línea recta L que cruza transversalmente la mencionada
placa o la parte plana 4.
Así, el plano de cada uno de los mencionados
cortes o ranuras 6, 6' consiste en un plano que comprende el eje X
de la bobina 2, o pasa a través de este.
El mencionado punto de intersección P está en
una situación central en la superficie interna o externa
considerada, de la placa o la parte plana 4, puesto que la propia
bobina está ubicada de manera centrada dentro del alojamiento 5.
Como puede observarse a partir de los dibujos 1
a 3, los cortes o ranuras 6 pueden extenderse radialmente hasta la
periferia exterior de la placa o la parte plana 4.
Sin embargo, como se ilustra mediante las
figuras 4 a 11 y 15, preferentemente los cortes o ranuras 6 no se
extienden al área anular más externa, correspondiente a la sección
de la pared lateral del alojamiento 5 (visto desde la cara de
trabajo), cuando el alojamiento 5 del sensor 1 es un alojamiento
metálico de una pieza, que tiene una parte plana 4 que define la
cara de trabajo 3 (superficie externa de la mencionada parte 4). El
área no cortada (que forma un anillo de anchura a, en torno a la
periferia de la parte plana 4) tiene una anchura correspondiente al
grosor de la pared lateral del alojamiento 5.
Para mantener en la medida de lo posible la
dureza y la resistencia mecánica del sensor, y simultáneamente
incrementar de forma considerable la característica del mencionado
sensor, mediante reducir la acción de interferencia de la placa o la
parte plana 4, la invención propone que esta última comprenda al
menos dos cortes 6 soportados a pares por la misma línea recta L que
pasa por el punto de intersección P de la cara considerada 3 o 3' de
la placa o la parte plana 4 con el eje X de la bobina 2, y en
localización mutuamente simétrica con respecto al mencionado punto
de intersección P, formando así al menos un corte discontinuo 6'
compuesto de dos segmentos 6 soportados por la misma línea recta L y
separados por una distancia d en la región del mencionado punto de
intersección P (figuras 6 a 9 y 11).
Así, al mantener la región central de la placa o
la parte plana 4 sin cortar, se mantiene un área de puente material
entre los sectores formados por los cortes interrumpidos o
discontinuos, que permite preservar sustancialmente la integridad
estructural de la mencionada placa o parte plana 4. El diámetro de
la parte central no cortada es aproximadamente de 1/5 a 1/15,
preferentemente en torno a 1/10, de la dimensión transversal de la
cara de trabajo frontal 3, dependiendo de la forma concreta de la
bobina o de su ferrita posiblemente asociada.
Cada segmento 6 de cada corte discontinuo 6' se
extiende continuamente desde el borde de la placa o la parte plana 4
(posiblemente dejando un área exterior no cortada - véase áreas no
cortadas de anchura a, en la figura 8) hasta la región central no
cortada, que se extiende en torno al punto de intersección P.
Como se muestra en las figuras 6, 8, 9 y 11, los
cortes 6, 6' pueden localizarse ventajosamente sobre diferentes
líneas rectas L que pasan todas a través del punto de intersección P
y se disponen en torno al mencionado punto P, preferentemente en una
disposición angular circunferencial sustancialmente uniforme.
Adicionalmente, la placa o la parte plana 4
pueden comprender además cortes secundarios 9 que se extienden entre
los cortes considerados como cortes primarios 6, sin conexión con
estos últimos y dispuestos en torno al punto de intersección P en
una o varias capas concéntricas localizadas a diversas distancias
respecto del mencionado punto P (figuras 9 y 11).
Estos cortes secundarios 9 pueden reducir los
bucles menores de corrientes parásitas en la placa o la parte plana
4.
Los inventores han llevado a cabo varios
experimentos para validar el principio de la invención, y para
optimizar la configuración de las ranuras y los cortes en la cara de
trabajo metálica 3 del sensor 1, formada por la placa o la parte
plana 4. Estos serán ahora descritos y explicados con referencia a
las figuras 17 a 25.
Esta primera serie de experimentos se llevó a
cabo utilizando un denominado sensor inductivo M12 (sensor con una
carcasa cilíndrica roscada externamente, con un diámetro de 12
mm).
En primer lugar los inventores estudiaron la
dependencia de la "visibilidad" del objetivo respecto de la
topología del objetivo, teniendo en cuenta que la geometría del peor
objetivo será la mejor geometría del plano sensible (cara de
trabajo).
Este enfoque permitió simplificar la
experimentación, que se realizó con un sensor inductivo M12 con una
caja de bronce y una cara de trabajo de plástico, utilizando una
bobina rígidamente montada en una copa de ferrita.
De forma más precisa, los parámetros de la
bobina inductiva son los siguientes: número de vueltas: 200,
diámetro del cable de cobre de la bobina: 0,08 mm. La bobina se puso
en una copa de ferrita B 65933-A-X22
(Epcos AG) con un diámetro externo de 7,35 mm y 3,6 mm de altura.
Las medidas del factor de calidad se realizaron con el uso del
medidor de factor de calidad E7-20.
El conjunto experimental se muestra en la figura
17. El factor de calidad de la bobina se midió (frecuencia de
oscilación de 50 kHz) para varias distancias entre la cara de
trabajo del sensor y el plano del objetivo.
En lugar de objetivos de acero estándar
correspondientes a las normas internacionales IEC
60947-5-2, los inventores utilizaron
objetivos de cobre de los mismos tamaños con diversas topologías de
la superficie metálica. Las formas de los mencionados objetivos
número 1 a número 10 se muestran en la figura 18.
Los objetivos se fabricaron de acuerdo con el
método de litografía de papel recubierto endurecido, y consistieron
en discos delgados 12 mm de diámetro con ranuras de varias
configuraciones. El grosor de la lámina de cobre es de 0,06 mm
(\alpha \sim0,25 mm), y la anchura de las ranuras en el metal es
de 0,4 mm.
En una primera serie de experimentos se probó
los objetivos números 1 a 4. Los resultados experimentales de esta
serie se presentan en la figura 19.
Para estar en disposición de discutir los
resultados obtenidos, parece aconsejable definir un denominado
"coeficiente de superficie del objetivo". Bajo este término
entenderemos la relación del área de ranuras en el objetivo
metálico, respecto del área total del objetivo. Es evidente que para
el objetivo 1 este valor es igual a cero, y que para los objetivos
de números 2 a 4 es aproximadamente el mismo, e igual a
\sim0,5.
Como se sigue de la figura 19, la respuesta del
sensor (variación del factor de calidad frente a la distancia al
objetivo) para objetivos con prácticamente el mismo coeficiente de
superficie objetivo, depende enormemente de la topología del
objetivo, es decir de la configuración de las ranuras sobre los
objetivos. Cuando las partes metálicas del objetivo no forman
circuitos cerrados, la sensibilidad del sensor al objetivo es
prácticamente inexistente. A su vez, esto significa que el uso de
tal topología con múltiples conexiones, a modo de cara de trabajo
metálica de un sensor, en lugar de una cara de plástico, no debería
conducir a una caída sustancial de la sensibilidad del sensor hacía
objetivos convencionales.
La diferencia en los resultados relacionados con
los objetivos números 1 y 2, puede explicarse por la única
diferencia en los coeficientes de superficie del objetivo: el área
del recubrimiento metálico del objetivo 1 tiene un tamaño del doble
que la del objetivo 2, siendo su topología la misma para bucles de
corriente simétricos axialmente. Esto también confirma la asunción
lógica realizada por los inventores en el sentido de que, en un
campo magnético con simetría axial, las corrientes parásitas forman
bucles con simetría axial (en relación con el eje X de la bobina que
genera el campo magnético).
Para usos prácticos, es de interés discutir la
cuestión de la sensibilidad del sensor hacía objetivos metálicos
multi-conectados, cuando el coeficiente de
superficie del objetivo no excede el valor de 0,05 a 0,15. Es obvio
que en el caso de un coeficiente de superficie del objetivo mínimo
(plano de trabajo), sus propiedades mecánicas deberían aproximarse a
las propiedades mecánicas de la superficie de trabajo continua o
sólida. Como se ve a partir de la figura 18, el coeficiente de
superficie de 0,05 a 0,15 corresponde a los objetivos números 6 a 8.
Los resultados de las pruebas para estos objetivos se proporcionan
en la figura 20.
Se puede ver que un solo corte en el objetivo
metálico macizo puede ser suficiente para cambiar en varias veces el
valor de la sensibilidad del sensor al objetivo. La figura muestra
que con un mayor incremento en el número de cortes en la cara de
trabajo, las propiedades del objetivo metálico se aproximan de forma
asintótica a las del dieléctrico, en sus efectos sobre el sensor
inductivo.
Los resultados proporcionados en la figura 21
ilustran el efecto del anillo metálico cerrado (pared anular no
cortada) a lo largo del perímetro del objetivo cortado, sobre la
sensibilidad del sensor.
El anillo conductor periférico incrementa
ligeramente la sensibilidad del sensor al objetivo. Al mismo tiempo
se mantiene una tendencia general, consistente en el hecho de que el
incremento en el número de cortes en la superficie metálica conduce
a una reducción de la interacción objetivos-bobina
de inducción y, como se mencionó arriba, esto conduce al efecto
contrario para la cara de trabajo del sensor.
Para confirmar las ventajas prácticas de la
invención propuesta y para optimizarlas, los resultados ilustrados
en las figuras 19 al 21 se utilizaron en varios experimentos
directos.
En primer lugar, los inventores compararon
modelos de sensor con caras de trabajo metálicas cortadas (la misma
topología que para los objetivos números 9 y 10 de la figura 18),
con una cara de trabajo plástica plana, así como con una cara de
trabajo continua completamente metálica (sin cortes). Sus parámetros
principales se proporcionan en la siguiente tabla 1.
Para los modelos 3 y 4 con una cara de trabajo
de acero inoxidable, las ranuras de 0,2 mm de anchura se fabricaron
con la ayuda de tecnología de corte por láser. En el caso del modelo
5 con una cara de trabajo del bronce, las ranuras se fabricaron de
modo mecánico.
La primera serie de experimentos, que confirman
la posibilidad de conseguir el objetivo de la invención propuesta,
consistieron en tomar medidas de la dependencia con la frecuencia,
del factor de calidad del mismo circuito oscilatorio situado en
varios alojamientos. Los datos resultantes se muestran mediante los
diagramas de la figura 22.
Los cortes en la cara de trabajo metálica 3, 4
del sensor 1 conducen a un incremento sustancial (más del doble) en
el factor de calidad, en comparación con una cara de trabajo
completamente metálica (no cortada o continua). Es necesario
subrayar que este efecto no es una consecuencia de ningún factor
geométrico, puesto que el coeficiente de superficie de la cara de
trabajo no excede de 0,05 en el caso de las caras cortadas, es decir
que es prácticamente igual al de la cara metálica completa o no
cortada.
Otro resultado interesante es el hecho de que el
factor de calidad del sensor con una superficie de trabajo de acero
inoxidable no cortada (modelo 2), y el del sensor con la superficie
de bronce cortada (modelo 5) tienen un valor próximo, aunque la
conductividad eléctrica del bronce es considerablemente mayor que la
del acero inoxidable. Por lo tanto, también es posible producir
sensores con alojamientos fabricados de materiales que son buenos
conductores.
La segunda serie de experimentos (realizada con
los mismos modelos) incluye la medida del factor de calidad como una
función de la distancia entre la cara de trabajo del sensor, y la
superficie del objetivo cuadrado de acero estándar de 12 x 12 x 1
mm. Fueron manejados a dos frecuencias fijas de 50 kHz y 80 kHz.
Como unidad de medida de la sensibilidad del sensor, los inventores
utilizaron el valor diferencial \DeltaQ del factor de calidad,
calculado respecto del valor del factor de calidad en ausencia del
objetivo:
(3)\DeltaQ =
Q(x)-Q(\infty)
Q(x) = factor de calidad de circuito
cuando el objetivo estándar está a una distancia de x milímetros
respecto del sensor, Q (\infty) = factor de calidad del circuito
en ausencia de objetivo.
Los resultados de estas medidas experimentales
se muestran en los diagramas de las figuras 23 (frecuencia de
circuito oscilador de 50 kHz) y 24 (frecuencia de circuito oscilador
de 80 kHz).
Los sensores inductivos de presencia o posición
tratados por la invención son sensores de tipo relé, es decir que
funcionan o se disparan cuando una señal inducida por un objetivo
metálico excede el valor predeterminado del voltaje umbral ajustado
del sensor. Por lo tanto, para comparar los rangos de funcionamiento
de varios sensores es necesario determinar su respectivo umbral de
funcionamiento, eventualmente determinado por la electrónica
utilizada para el tratamiento de la señal. Para proseguir aquí la
discusión, debe tomarse como valor umbral \DeltaQ = 0,1.
Aplicando esto a la figura 23 se tiene como
resultado una distancia de operación de 4 mm para un sensor con una
cara de trabajo de una pieza entera de acero inoxidable (modelo 2),
y 5,5 mm para un sensor con cara de plástico (modelo 1). Cortés o
ranuras en la superficie de trabajo metálica (modelos 3, 4) conducen
a un incremento en la distancia de operación del sensor, en
comparación con la superficie de trabajo metálica no cortada. En el
caso de una frecuencia de oscilación de 80 kHz, la distancia de
operación del sensor es de 3,5 mm para una cara de trabajo de acero
inoxidable no cortada (modelo 2), pero se incrementa de 5,2 a 5,6 mm
para la cara de trabajo provista con cortes o ranuras (modelos 4 y 5
- figura 24).
Las pruebas anteriores sobre ejemplos de
realizaciones de la invención, demuestran que los cortes o ranuras
delgados en la cara de trabajo metálica del sensor, conducen a un
incremento sustancial (más de 1,5) en su distancia de
funcionamiento.
Otra serie de experimentos permitió optimizar
las propiedades mecánicas del sensor mediante elegir formas
concretas de cortes o ranuras.
El conjunto utilizado fue el mismo que en la
figura 17, con las diferencias de que el diámetro del sensor fue de
30 mm y de que el objetivo fue una placa cuadrada de acero (de 1 mm
de grosor) de un tamaño de 60 x 60 milímetros.
Las partes planas de los alojamientos que forman
las caras de trabajo de los modelos de sensor comparados, se
fabricaron de acero inoxidable de 1 mm de grosor y tuvieron la
siguiente configuración o topología, de cortes o ranuras:
- - modelo 6:
- los mismos cortes que en la figura 8 (con: d = 3 mm, D = 30 mm y a = 2 mm),
- - modelo 7:
- los mismos cortes que en la figura 6 (con: d = 3 mm, D = 30 mm y a = 2 mm),
- - modelo 8:
- los mismos cortes que en la figura 4 (con D = 20 mm y a = 2 mm),
- - modelo 9:
- los mismos cortes que en la figura 5 (con D = 20 mm y a = 2 mm),
- - modelo 10:
- sin cortes.
\vskip1.000000\baselineskip
Los parámetros de la bobina de inducción de los
sensores fueron los siguientes: número de espiras = 260, diámetro
del cable de cobre de la bobina = 0,2 mm. La bobina se colocó en una
copa de ferrita B65939-A-X22 EPCOS
con un diámetro externo de 24,5 mm y una altura de 8,8 mm. Se
realizó medidas del factor de calidad con el uso de un medidor del
efecto de calidad E7-20. El factor de calidad de la
bobina se midió (frecuencia de oscilación de 10 kHz) para varias
distancias entre la cara del sensor y el plano del objetivo.
Los resultados de las medidas se proporcionan en
la figura 25.
Igual que para el sensor M12 anterior, el corte
de la cara metálica conduce a un incremento evidente de la distancia
de trabajo. Al mismo tiempo puede extraerse otra conclusión muy
importante: los sensores con cortes interrumpidos (modelos 6, 7) son
iguales en términos de propiedades inventivas, a aquellos con el
corte completo (modelos 8, 9). Este conocimiento conduce a una
importante ventaja, en vista de la solidez mecánica del sensor.
También se observó que el incremento adicional hasta 8 mm de la zona
central sin corte, tuvo como resultado una disminución del 20% de la
señal de la bobina.
De acuerdo con la invención y dependiendo de la
relación [incremento del funcionamiento de las
medidas/resisten-
cia y fuerza mecánicas del alojamiento del sensor], la relación (tal como se definió antes, coeficiente de superficie) de la superficie aparente del corte o cortes 6 respecto de la superficie total de la placa o la parte plana 4, está comprendida dentro del intervalo 0,001 a 0,9.
cia y fuerza mecánicas del alojamiento del sensor], la relación (tal como se definió antes, coeficiente de superficie) de la superficie aparente del corte o cortes 6 respecto de la superficie total de la placa o la parte plana 4, está comprendida dentro del intervalo 0,001 a 0,9.
Dentro de una primera realización alternativa,
puede proponerse que la relación de superficie del corte o de los
cortes 6 respecto de la placa o la parte plana, está comprendida en
el intervalo entre 0,01 y 0,10, preferentemente en torno a 0,05.
Dentro de una segunda realización alternativa
puede proponerse que la relación de superficie del corte o cortes 6
frente a la placa o la parte plana 4, está comprendida en el
intervalo entre 0,05 y 0,20, preferentemente en torno a 0,10.
Aunque puede contemplarse cualquier forma
posible (por ejemplo, véase las figuras 10 y 11), la placa o la
parte plana 4 tienen preferentemente una forma de disco
circular.
Además, la parte plana 4 consiste
preferentemente en una pared de cierre de extremo unitaria, de un
alojamiento cilíndrico o carcasa 5 con sección circular,
preferentemente estando la superficie exterior del mencionado
alojamiento o carcasa 5 equipada con un roscado.
La técnica descrita para proporcionar cortes o
ranuras en la cara de trabajo metálica, proporciona un considerable
incremento de la distancia de trabajo del sensor de inducción en
cuestión. Existe la posibilidad de dejar la zona central sin cortar,
sin una caída esencial de la funcionalidad y el rendimiento del
sensor.
Por supuesto, la presente invención no está
limitada a las realizaciones preferidas descritas y representadas
aquí, y puede realizarse cambios o utilizarse equivalentes sin
apartarse del alcance de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citadas por el
solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del
documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado
en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u
omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este
respecto.
\bullet EP 05 360 003 A [0004]
\bullet RICHARD (P). FEYNMAN; ROBERT B.
LEIGHTON; MATTHEW SANDS. "The Feynman lectures
on physics". Addison-Wesley Publishing
Company, Inc. 1964, vol. 2, [0019]
Claims (16)
1. Sensor inductivo de presencia, proximidad o
posición, que comprende una bobina de inducción que define una cara
de trabajo o activa del sensor, correspondiente a la cara externa de
una placa de cubierta o de una parte sustancialmente plana del
alojamiento o de la carcasa que contiene la mencionada bobina,
estando la mencionada placa o parte plana fabricada de un metal con
gran resistencia mecánica y estando en disposición sustancialmente
perpendicular al eje de la bobina,
sensor (1) caracterizado porque la
mencionada placa o parte plana (4) comprende al menos un corte o
discontinuidad lineal similar (6, 6'), que se extiende al menos
parcialmente a través de la mencionada placa o parte plana (4).
2. Sensor inductivo acorde con la reivindicación
1, caracterizado porque el mencionado al menos un corte que
se extiende transversalmente (6, 6') está sustancialmente centrado
con respecto al área superficial total de la placa o la parte plana
(4).
3. Sensor inductivo acorde con la reivindicación
1 o 2, caracterizado porque el mencionado al menos un corte
(6, 6') se extiende a través de todo el grosor de la placa o la
parte plana (4), formando así una ranura que está preferentemente
rellena de forma compacta con un material dieléctrico (7).
4. Sensor inductivo acorde con la reivindicación
1 o 2, caracterizado porque el al menos un corte (6, 6') se
extiende solo sobre una parte del grosor de la placa o la parte
plana (4), dejando una capa (8) de material sin cortar y continua,
el mencionado al menos un corte (6, 6') estando provisto sobre la
cara externa (3) o interna (3') de la placa o la parte plana (4), el
corte o cortes (6) estando preferentemente rellenos con un material
dieléctrico (7).
5. Sensor inductivo acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el al menos un
corte continuo o discontinuo (6, 6') situado en una de las dos caras
opuestas (3 y 3') de la placa o la parte plana (4), está situado
sobre una línea recta (L) que pasa a través del punto de
intersección (P) de la cara considerada (3 o 3') con el eje (X) de
la bobina (2) localizado en la carcasa o el alojamiento (5), y
porque el mencionado al menos un corte (6, 6') tiene una longitud
que corresponde a una parte sustancial de la longitud o dimensión
(D) de la placa o la parte plana (4), en la dirección definida por
la mencionada línea recta (L) que atraviesa transversalmente la
mencionada placa o parte plana (4).
6. Sensor inductivo acorde con la reivindicación
5, caracterizado porque la placa o la parte plana (4)
comprende al menos dos cortes (6), soportados en pares por la misma
línea recta (L) que pasa a través del punto de intersección (P) de
la cara considerada (3 o 3') de la placa o la parte plana (4) con el
eje (X) de la bobina (2), y situados de forma mutuamente simétrica
con respecto al mencionado punto de intersección (P), formando así
al menos un corte discontinuo (6') compuesto de dos segmentos (6)
soportados por la misma línea recta (L) y separados por una
distancia dada (d) en la región del mencionado punto de intersección
(P).
7. Sensor inductivo acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la placa o la
parte plana (4) comprende un corte (6, 6').
8. Sensor inductivo acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la placa o la
parte plana (4) comprende al menos dos, preferentemente una
pluralidad de cortes (6, 6').
9. Sensor inductivo acorde con la reivindicación
8 cuando depende de la reivindicación 6, caracterizado porque
los cortes (6, 6') están localizados en diferentes líneas rectas (L)
que pasan todas a través del punto de intersección (P) y dispuestos
alrededor del mencionado punto (P), preferentemente en una
disposición angular circunferencial sustancialmente uniforme.
10. Sensor inductivo acorde con la
reivindicación 9, caracterizado porque la placa o la parte
plana (4) comprende además cortes secundarios (9) que se extienden
entre los cortes (6) considerados como cortes primarios, sin
conexión con estos últimos y dispuestos en torno al punto de
intersección (P) en una o más capas concéntricas situadas a diversas
distancias respecto del mencionado punto (P).
11. Sensor inductivo acorde con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la relación
de la superficie aparente del corte o cortes (6) frente a la
superficie total de la placa o la parte plana (4), está comprendida
entre 0,001 y 0,9.
12. Sensor inductivo acorde con la
reivindicación 11, caracterizado porque la relación de
superficie del corte o cortes (6) frente a la placa o la parte plana
está comprendida entre 0,01 y 0,10, preferentemente en torno a
0,05.
13. Sensor inductivo acorde con la
reivindicación 11, caracterizado porque la relación de
superficie del corte o cortes (6) frente a la placa o la parte plana
(4) está comprendida entre 0,05 y 0,20, preferentemente en torno a
0,10.
\newpage
14. Sensor inductivo acorde con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la placa o
la parte plana (4) tienen una forma de disco circular.
15. Sensor inductivo acorde con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la parte
plana (4) consiste en una pared de cierre de extremo unitaria, de un
alojamiento cilíndrico o carcasa (5) con sección circular, la cara
externa del mencionado alojamiento o carcasa (5) estando
preferentemente provista con un roscado.
16. Sensor inductivo acorde con cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la placa o
la parte plana (4) está fabricada de un acero especial,
preferentemente de acero inoxidable.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP05360025A EP1742362B1 (en) | 2005-07-01 | 2005-07-01 | Inductive presence, proximity or position sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2324718T3 true ES2324718T3 (es) | 2009-08-13 |
Family
ID=35355354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES05360025T Expired - Lifetime ES2324718T3 (es) | 2005-07-01 | 2005-07-01 | Sensor inductivo de presencia, proximidad o posicion. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7411385B2 (es) |
| EP (1) | EP1742362B1 (es) |
| JP (1) | JP2007012608A (es) |
| AT (1) | ATE427585T1 (es) |
| DE (1) | DE602005013657D1 (es) |
| ES (1) | ES2324718T3 (es) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2763573T3 (es) | 2007-02-27 | 2020-05-29 | Senstronic S A | Sensor inductivo de presencia o posición |
| US7825655B1 (en) | 2008-05-22 | 2010-11-02 | Balluff, Inc. | Inductive proximity sensors and housings for inductive proximity sensors |
| US10523199B2 (en) * | 2011-12-20 | 2019-12-31 | Robert Hooper | Housings for inductive proximity sensors |
| GB201122231D0 (en) * | 2011-12-23 | 2012-02-01 | Qinetiq Ltd | Proximity sensor |
| US9689804B2 (en) * | 2013-12-23 | 2017-06-27 | Kla-Tencor Corporation | Multi-channel backside wafer inspection |
| KR20160143203A (ko) * | 2015-06-04 | 2016-12-14 | 삼성전자주식회사 | 디스플레이 장치, 스탠드 및 디스플레이 장치의 구동 방법 |
| US10312907B2 (en) * | 2015-06-08 | 2019-06-04 | Gary W. Wineland | Sensing device with magnet for extended sensing distance |
| US9759580B2 (en) * | 2015-08-27 | 2017-09-12 | Texas Instruments Incorporated | Position sensor |
| FR3049068B1 (fr) * | 2016-03-16 | 2018-04-06 | Senstronic | Dispositif detecteur inductif de facteur 1 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5529961Y1 (es) * | 1977-09-26 | 1980-07-17 | ||
| JPS59105742A (ja) * | 1982-12-09 | 1984-06-19 | Toshiba Corp | 呼出信号検出回路 |
| DE3346340C1 (de) * | 1983-12-22 | 1985-03-21 | Werner Turck Gmbh & Co Kg, 5884 Halver | Sensorvorsatz für einen induktiven Näherungsschalter |
| JPS642338A (en) * | 1987-06-24 | 1989-01-06 | Fujitsu Ltd | Wafer-scale semiconductor integrate circuit |
| DE4024899A1 (de) * | 1990-08-06 | 1992-02-13 | Turck Werner Kg | Induktiver naeherungsschalter mit ringfoermigem sensorkopf |
| US5278496A (en) * | 1992-05-22 | 1994-01-11 | Component Sales & Consultants, Inc. | High output and environmentally impervious variable reluctance sensor |
| DE9210564U1 (de) * | 1992-08-07 | 1993-12-09 | Werner Turck Gmbh & Co Kg, 58553 Halver | Sensor für induktive Näherungsschalter |
| DE4228888A1 (de) * | 1992-08-29 | 1994-03-03 | Bosch Gmbh Robert | Induktiver Sensor |
| JP2534824B2 (ja) * | 1993-09-30 | 1996-09-18 | サンクス株式会社 | 近接スイッチ |
| US5563511A (en) * | 1995-05-05 | 1996-10-08 | Echlin, Inc. | Magnetic sensor with protective cap |
| US5581179A (en) * | 1995-05-31 | 1996-12-03 | Allegro Microsystems, Inc. | Hall-effect ferrous-article-proximity sensor assembly |
| JPH10246649A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | 磁気センサ |
| EP0936738A1 (de) * | 1998-02-13 | 1999-08-18 | Optosys SA | Induktiver Näherungsschalter mit einem aus einem Stück bestehenden Gehäuse |
| US6882143B2 (en) * | 2002-04-04 | 2005-04-19 | Clymer Technologies, Llc | Inductive sensor |
| US7221150B2 (en) * | 2004-10-14 | 2007-05-22 | Unison Industries Llc | Toothed shell on a variable reluctance speed sensor |
-
2005
- 2005-07-01 AT AT05360025T patent/ATE427585T1/de not_active IP Right Cessation
- 2005-07-01 DE DE602005013657T patent/DE602005013657D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2005-07-01 ES ES05360025T patent/ES2324718T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2005-07-01 EP EP05360025A patent/EP1742362B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2006
- 2006-06-22 JP JP2006172213A patent/JP2007012608A/ja active Pending
- 2006-06-30 US US11/477,416 patent/US7411385B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070001667A1 (en) | 2007-01-04 |
| ATE427585T1 (de) | 2009-04-15 |
| DE602005013657D1 (de) | 2009-05-14 |
| US7411385B2 (en) | 2008-08-12 |
| JP2007012608A (ja) | 2007-01-18 |
| EP1742362A1 (en) | 2007-01-10 |
| EP1742362B1 (en) | 2009-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2324718T3 (es) | Sensor inductivo de presencia, proximidad o posicion. | |
| CA2398689C (en) | Inductive proximity sensor for detecting ferromagnetic, non-permeable or magnet targets | |
| JPH09325002A (ja) | 電子スケール | |
| JP2016004041A (ja) | 変化する切欠きに対して繰り返して配置されたプレートを有するアブソリュート型エンコーダスケール | |
| WO2011154786A1 (ja) | ポジションセンサ | |
| TWI420547B (zh) | 詢答機系統 | |
| ES2701307T3 (es) | Medida materializada así como dispositivo de medición de posición | |
| BR0103696B1 (pt) | Aparelho para medição da espessura de camadas finas | |
| JP6351210B2 (ja) | 電流センサ | |
| ES2800201T3 (es) | Dispositivo inductor con configuración ligera | |
| ES2869243T3 (es) | Transformador de corriente eléctrica y aparato de medición de corriente | |
| JP6395942B2 (ja) | 位置センサー | |
| EP3259552B1 (en) | Bearing with a clearance measurement device | |
| CN110291680A (zh) | 用于谐振器和其他器件等频率和品质因子测量的测量结构及包括该结构的装置 | |
| WO2017126341A1 (ja) | 近接センサ | |
| ES2760498T3 (es) | Disposición de medición inductiva para aparatos de monedas de caída libre | |
| JP4524195B2 (ja) | 磁気検出素子 | |
| JP2006208048A (ja) | 回転角検出装置 | |
| ES2209382T3 (es) | Sensor de induccion. | |
| KR100580148B1 (ko) | 코인 호퍼 | |
| CN111868480B (zh) | 位置检测装置 | |
| JP2003279349A (ja) | 静電容量型傾斜センサ | |
| ITMI991544A1 (it) | Sensore per angoli di rotazione | |
| JP6640006B2 (ja) | 変位センサ | |
| US1600332A (en) | Josef haslauer |