Serviceline
Serviceline Industrielle Sensoren
Tel.: 0621 776-1111
Fax: 0621 776-271111
Serviceline Explosionsschutz
Telefon: 0621 776-2222
Telefax: 0621 776-272222
Home Blog Ultraschallsensoren Ultraschallsensor FAQ: Reichweite und Genauigkeit

Ultraschallsensor FAQ: Reichweite und Genauigkeit

erstellt am: 12.11.2018 | von: | Kategorie(n): Ultraschallsensoren

Für die richtige Auswahl eines Sen­sors muss gek­lärt wer­den, welche Fak­toren auf die Reich­weite und Genauigkeit von Sen­soren wirken und mit welchen Mit­teln sich fehler­hafte Mes­sun­gen bere­ini­gen lassen.

1. Welche Faktoren beeinflussen die Reichweite von Ultraschallsensoren?

Beispielbild zu Ultraschallsensoren

Die höch­ste Reich­weite wird durch eine ebene Fläche (Norm­re­flek­tor), die sich exakt im recht­en Winkel zur Sen­so­rachse befind­et, erre­icht.

Ein­fluss auf die Reich­weite eines Ultra­schallsen­sors haben die Ober­flächenbeschaf­fen­heit und der Anstell­winkel eines Objek­ts. Die höch­ste Reich­weite wird durch eine ebene Fläche (Norm­re­flek­tor), die sich exakt im recht­en Winkel zur Sen­so­rachse befind­et, erre­icht. Bei sehr kleinen Gegen­stän­den oder Objek­ten, die den Schall teil­weise „wegre­flek­tieren“, ver­ringert sich die Reich­weite entsprechend. Bei Objek­ten mit glat­ter Ober­fläche muss der 90°-Anstellwinkel möglichst genau einge­hal­ten wer­den. Besitzt das Objekt eine raue Ober­flächen­struk­tur, kann der Winkel entsprechend weit­er abwe­ichen. Auch Staub und eine hohe Luft­feuchtigkeit dämpfen die Schall­wellen in der Luft ab. Da die Ultra­schallsen­soren von Pepperl+Fuchs jedoch mit großen Funk­tion­sre­ser­ven aus­ges­tat­tet sind, wirkt sich dieser Umstand kaum auf die Reich­weite aus.

2. Welche Faktoren beeinflussen die Schallkeule?

Das Erken­nungsver­hal­ten oder auch Ansprechkurve ein­er Schal­lkeule wer­den in Kur­ven dargestellt. Aus diesen Kur­ven lässt sich able­sen, in welchem Bere­ich die sichere Erken­nung eines bes­timmten Objek­ts möglich ist. Die Reflex­ion­seigen­schaften eines Objek­ts sind haupt­säch­lich ver­ant­wortlich für die Ansprechkurve. Wenn ein Objekt eine große Ober­fläche besitzt und opti­mal aus­gerichtet ist (große Schal­lkeule), wird es bess­er erkan­nt als kleine, runde oder schlecht reflek­tierende Objek­te (kleine Schal­lkeule).

3. Kann die Schallkeule mithilfe einer Software modifiziert werden?

Füllstandsmessung durch Ultraschallsensoren

Die Sen­sorempfind­lichkeit und somit die Schal­lkeule kann durch Ultra­schallsen­soren mit ein­stell­bar­er Schal­lkeule gezielt verän­dert wer­den. Der Erfas­sungs­bere­ich für die opti­male Erken­nung eines Objek­ts lässt sich durch Pro­gram­mierung oder Teach-in anpassen. Die Pro­gram­mierung der Sen­soren von Pepperl+Fuchs erfol­gt mit den Soft­ware-Tools ULTRA 3000, SONPROG, PACT­ware (IO-Link) oder ULTRA-PROG-IR. Durch die Pro­gram­mierung kann die gesamte Empfind­lichkeit des Ultra­schallsen­sors ver­ringert wer­den, d.h., die Schal­lkeule wird in ihrer Länge (axi­ale Schal­lkeu­len­mod­i­fika­tion) und in ihrer Bre­ite (lat­erale Schal­lkeu­len­mod­i­fika­tion) reduziert. Mith­il­fe entsprechen­der Para­me­ter lassen sich die lat­erale und axi­ale Schal­lkeu­len­bre­ite unab­hängig voneinan­der anpassen. Auf­grund der axi­alen Schal­lkeu­len­mod­i­fika­tion ver­ringert sich haupt­säch­lich die Länge der Schal­lkeule, die lat­erale Schal­lkeu­len­mod­i­fika­tion ver­ringert hinge­gen die Bre­ite. Durch Verklein­ern der Schal­lkeule lassen sich also störende Gegen­stände oder Anbaut­en an Maschi­nen oder in Behäl­tern aus­blenden.

4. Wie verhält sich Ultraschall bei Überdruck?

Zwis­chen Nor­mal­null und 3.000m Höhe nimmt die Schallgeschwindigkeit um weniger als 1 % ab. Auch die atmo­sphärischen Schwankun­gen an einem bes­timmten Ort sind ver­nach­läs­sig­bar ger­ing und wirken sich kaum mess­bar auf die Schallgeschwindigkeit aus. Herrscht in ein­er Anwen­dung ein Über­druck von mehr als 1 Bar gegenüber Normal­druck, so erhöht sich die Schallgeschwindigkeit bei gle­ichzeit­iger Abnahme der Luft­dämp­fung. Dadurch haben Ultra­schallsen­soren bei Über­druck eine erhöhte Reich­weite im Ver­gle­ich zu Normal­druckbe­din­gun­gen. Ab einem Über­druck von etwa 3 Bar über Normal­druck müssen Para­me­tere­in­stel­lun­gen in den Sen­soren verän­dert wer­den, damit die erhöhte Reich­weite und die gerin­gere Luft­dämp­fung nicht zu Inter­feren­zen und Mess­fehlern führen.

Sicher­heit­shin­weis:

Bei Ein­bausi­t­u­a­tio­nen mit Über­druck ist zu beacht­en, dass die meis­ten Stan­dard-Ultra­schallsen­soren kon­struk­tiv nicht darauf aus­gelegt sind, lediglich mit ihrer Front im Druck­bere­ich einge­baut zu wer­den, wenn der Rest des Sen­sors sich außer­halb des Druck­bere­ichs befind­et. Für der­ar­tige Ein­bausi­t­u­a­tio­nen gibt es spezielle Mod­elle. Es ist hinge­gen kein Prob­lem auch Stan­dard­mod­elle kom­plett im Über­druck­bere­ich zu ver­bauen. Dabei sind lediglich die vorste­hen­den Hin­weise bzgl. möglich­er Para­me­ter­an­pas­sung bei höheren Drück­en zu beacht­en.

5. Was bedeutet Genauigkeit bei Ultraschallsensoren?

Auswirkung des Temperaturbereichs auf Ultraschallsensoren

Aus Praxis­sicht sind beim indus­triellen Ein­satz von Ultra­schall-Näherungss­chal­tern im Arbeits­bere­ich von -25°C bis +70°C absolute Genauigkeit­en von 1–3% real­is­tisch

Als Genauigkeit bzw. absolute Genauigkeit wird der Unter­schied zwis­chen dem vom Ultra­schallsen­sor aus­gegebe­nen Mess­wert und der tat­säch­lichen Mess­dis­tanz beze­ich­net. Beim Ein­satz von Ultra­schall-Näherungss­chal­tern im indus­triellen Arbeits­bere­ich von -25 °C bis +70 °C sind absolute Genauigkeit­en von 1–3 % real­is­tisch. Sind kon­stante Umge­bungs­be­din­gun­gen gegeben, so sind auch höhere Genauigkeit­en erre­ich­bar. Hier­bei emp­fiehlt es sich, die Tem­per­aturkom­pen­sa­tion über das Pro­gram­mi­er-Tool auszuschal­ten. Eine weit­ere Möglichkeit beste­ht in der Ver­wen­dung eines Ultra­schall-Ref­eren­zsen­sors, bei dem ein zweit­er Sen­sor gle­ichen Typs par­al­lel zum Messsen­sor mon­tiert und auf ein fest­ste­hen­des Objekt aus­gerichtet wird. Bei Änderun­gen der Umge­bungs­be­din­gun­gen in der Messstrecke ändert sich dabei auch die Ent­fer­nung des Objek­ts auf­grund der geän­derten Schallgeschwindigkeit. Um diesen Mess­fehler muss fol­glich der Mess­wert des Messsen­sors, z.B. in der Steuerung, kor­rigiert wer­den.

Hier geht es zu Teil 5

Hier geht es zu Teil 3

Um mehr über Ultra­schallsen­soren zu erfahren, kön­nen Sie sich nach ein­er Anmel­dung unseren Tech­nol­o­gy Guide Ultra­schallsen­soren herun­ter­laden