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Praxiswissen Ultraschallsensoren (Teil 5): Einfacher Einbau und Montage

Reinigung der Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren bei der Detektion von Leiterplatten
In dieser Anwendung detektiert ein Ultraschallsensor Leiterplatten. Doch was ist zu beachten bei Einbau und Montage von Ultraschallsensoren?

Sie können Ultraschallsensoren in beliebiger Lage installieren und betreiben – die Sensoren sind weitgehend unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Dennoch gibt es einige Details, die dazu beitragen, dass Sie die ideale Messleistung erreichen. Beispielsweise ist beim Reinigen von Ultraschallsensoren darauf zu achten, dass der Ultraschallwandler nicht beschädigt wird. Wassertropfen oder Krustenbildung auf der Wandleroberfläche beeinflussen die Funktion des Ultraschallsensors. Geringfügige Staubablagerungen sind hingegen unkritisch.

Betätigungsrichtung des Ultraschallsensors

Die zu erkennenden Objekte können von jeder beliebigen Seite in die Schallkeule eintreten. Die zu erwartenden Schaltpunkte lassen sich anhand der in den Datenblättern angegebenen Reichweiten und Ansprechkurven ermitteln.


Objekteigenschaften

Ultraschallsensoren erkennen feste, flüssige und pulverförmige Objekte. Die Oberfläche eines Objekts muss die Schallwellen des Ultraschallsensors reflektieren können. Schallschluckende Materialien wie z. B. Watte, Wolle oder Dämmmaterial reduzieren die angegebene Reichweite des Sensors.

Materialeigenschaften wie Transparenz, Farbe oder Oberflächenbehandlung (poliert oder matt) haben keine Auswirkung auf die Erkennungszuverlässigkeit. Raue, unebene Oberflächen reflektieren einen Teil der Schallenergie diffus. Dabei nimmt die Erkennungsreichweite ab.

Große Objekte mit ebenen und glatten Oberflächen, die sich rechtwinklig zur Abstrahlrichtung befinden, ermöglichen eine ideale Reflexion. Eine zunehmende Winkelabweichung bewirkt die Ablenkung des Schalls. Eine zuverlässige Erkennung wird dann nicht mehr gewährleistet.

Große Objekte mit einer unebenen, rauen Oberfläche lassen hingegen eine größere Winkelabweichung zu. Der Grund dafür liegt in der überwiegend diffusen Reflexion des Ultraschallsignals.


Schallkeule und Freiräume


Bei der Ansprechkurve von Ultraschallsensoren spricht man von einer sogenannten Schallkeule. Innerhalb der Schallkeule werden Objekte erkannt, wenn sie genügend Schall zum Sensor reflektieren. Die Ansprechkurve ist abhängig von den Reflexionseigenschaften des Objekts. Daher werden in den Datenblättern Schallkeulendiagramme für verschiedene Standardobjekte angegeben. Die Schallkeule besitzt keine exakt definierten Grenzen und kann sich durch Umwelteinflüsse wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit verändern.

Befinden sich in einer Anwendung Gegenstände, die nicht erfasst werden sollen, ist ein Freiraum um die Schallkeulenachse einzuhalten. Nur so lassen sich Fehlschaltungen durch ungewollte Reflexionen vermeiden. Bei kleinen, runden oder schlecht reflektierenden Objekten kann man sich an der Ansprechkurve 2 (25 mm Round bar) orientieren, ebenso bei glatten Flächen, die parallel zur Abstrahlrichtung des Sensors (Behälterinnenwand, Rohr) montiert sind. Bei größeren Objekten mit guten Reflexionseigenschaften (Störkanten) ist ein Freiraum einzuhalten, der mindestens der Kurve 1 (Flat surface, 100 mm x 100 mm) entspricht.

Können die Freiräume aus konstruktiven Gründen nicht eingehalten werden, gibt es bei vielen Sensortypen von Pepperl+Fuchs die Möglichkeit, die Schallkeule zu modifizieren. Dies kann über Teach-Tasten oder über ein Programmier-Interface und entsprechende Software durchgeführt werden. Über die Software ist es auch möglich, störende Gegenstände innerhalb des Erfassungsbereichs gezielt auszublenden (Festzielausblendung über Blindbereich).


Mindestabstände bei der parallelen Montage von Ultraschallsensoren

Zur Verhinderung gegenseitiger Beeinflussung sind die in den nachfolgenden Abbildungen angegebenen Mindestabstände zwischen Ultraschallsensoren desselben Typs zu beachten. Die angegebenen Werte sind als Richtlinien zu verstehen. Sie gelten, wenn die Strahlwinkel parallel zueinander ausgerichtet sind und die Oberflächen der Objekte sich im rechten Winkel zu den Achsen der Strahlwinkel befinden. Andernfalls ist der tatsächlich erforderliche Abstand „X“ experimentell zu ermitteln. Dieser hängt von Ausrichtung, Art und Oberfläche der zu erkennenden Zielobjekte ab, die sich innerhalb der Schallkeule befinden.



Mindestabstände bei der gegenüberliegenden Montage von Ultraschallsensoren

Für die gegenüberliegende Montage sind die unten aufgeführten Abstände zu beachten. Beim Auftreten von Störungen kann es notwendig werden, den Abstand „X΄“ zu vergrößern oder gegebenenfalls die Synchronisations- oder Multiplexfunktion zu aktivieren. Synchronisierte und nicht synchronisierte Ultraschallsensoren sollten nicht einander gegenüberliegend montiert werden.



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