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Ultraschallsensoren
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Umgebungseinflüsse
Aufgrund physikalischer Eigenschaften der Schallausbreitung werden
die Reichweite und Geschwindigkeit des Ultraschallsignals von folgen-
den Faktoren beeinflusst:
-.Lufttemperatur
-.Relative Luftfeuchte
-...Luftdruck
Das folgende Diagramm zeigt die theoretische Beziehung zwischen Luft-
temperatur sowie Luftdruck und der Schallgeschwindigkeit.
Druck [hPa]
Temperatur [˚C]
Schallgeschwindigkeit [m/s]
320
330
340
350
360
370
-20 -10 0
20
10
30 40 50 60
1060
1013
960
Die täglichen Luftdruckschwankungen haben einen vernachlässigbaren
Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit.
Temperatur
Schwankungen der Lufttemperatur im Objektbereich wirken sich unmit-
telbar auf die Ausbreitung der Schallwellen und damit auf die Genauig-
keit des Sensors aus. Typisch ist eine Änderung der Schallgeschwindig-
keit um 0,17%/K. So erhöht sich z.B. bei einer Temperaturerhöhung von
20°C auf 40°C die Schallgeschwindigkeit um ca. 3,5%. Ein festes Objekt
wird damit näher am Sensor erscheinen. Um diesen Effekt zu eliminieren
besitzen die meisten Ultraschallsensoren eine Temperaturkompensation;
ein im Sensor befindlicher elektrischer Fühler misst die Umgebungstem-
peratur.
Ultraschallsensoren unterliegen einer gewissen Eigenerwärmung wel-
che von Bauform und Einbau abhängt. Dies führt in den ersten 60 Minu-
ten nach dem Einschalten des Sensors zu einem zusätzlichen Tempera-
turfehler von max. 2%.
Sprunghafte Temperaturänderungen können durch die Trägheit des Tem-
peraturfühlers nicht kompensiert werden.
Der Einfluss der Lufttemperatur und –feuchte auf die Reichweite eines
Ultraschallsensors kann beispielhaft den folgenden Diagrammen ent-
nommen werden. Die Zusammenhänge gelten, bezogen auf den jeweili-
gen Erfassungsbereich, prinzipiell für alle Ultraschallsensoren.
rel. Luftfeuchte
Reichweite [m]
Temperatur [˚C]
14
12
10
8
6
4
2
0
-40 -20 0 20 40 60 80 100
0 %
5 %
20 %
60 %
100 %
UC4000-30GM-...
rel. Luftfeuchte
Reichweite [m]
Temperatur [˚C]
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
-40 -20 0 20 40 60 80 100
0 %
5 %
20 %
60 %
100 %
UC500-30GM-...
Niedrige Temperaturen erhöhen unabhängig von der Luftfeuchte die
Reichweite. Bei hohen Temperaturen reduziert sich die Reichweite mit
zunehmendem Einfluss durch die relative Luftfeuchte.
Die Datenblattangaben zum Erfassungsbereich beziehen sich auf eine
Umgebungstemperatur von 20°C und 50% relative Luftfeuchte.
Regen oder Schneefall
Leichter Regen oder Schneefall hat keinen Einfluss auf den Betrieb von
Ultraschallsensoren. Durch schräge Montage des Sensors muss die An-
sammlung von Wasser oder Schnee auf der Wandleroberfläche vermie-
den werden.
Objekteigenschaften
Ultraschallsensoren können feste, flüssige und pulverförmige Objekte
erkennen. Materialeigenschaften wie Transparenz, Farbe oder Oberflä-
chenbehandlung (poliert oder matt) haben keinen Einfluss auf die Zuver-
lässigkeit der Erkennung.
Ebene und glatte Oberflächen, die sich rechtwinklig zur Wandlerachse
befinden, ermöglichen eine ideale Reflexion . Die maximale Winkelab-
weichung des Objektes von der idealen Position beträgt ca. ± 3°.
Raue Oberflächen reflektieren einen Teil der Schallenergie diffus. Die Er-
kennungsreichweite nimmt ab. Die Rauhigkeit der Oberfläche lässt im
Gegenzug eine größere Winkelabweichung zu.
Auswahl und Inbetriebnahme eines Ultra-
schallsensors
1. Funktionsprinzip
Ultraschallreflexionstaster
Sender und Empfänger befinden sich im selben Gehäuse. Das Objekt
dient als Schallreflektor.
Merkmale:
•
Einfache Installation, nur ein Messkopf
•
Die Reichweite ist von den Oberflächeneigenschaften und dem
Anstellwinkel des Objektes abhängig
•
Messrate im Vergleich zu Einwegschranke geringer
•
Hintergrundausblendung
Einleitung