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DER KONSTRUKTEUR 5/2015

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SENSORTECHNIK I SPECIAL

SENSORTECHNIK I SPECIAL Allrounder mit Spitzengehör Ultraschall-Sensoren erfassen zuverlässig unterschiedlichste Objekte auch in rauer Umgebung Melanie Harke Ob Glas oder Metall, schwarz oder weiß, glänzend oder transparent: Ultraschallsensoren erfassen feste, flüssige, pulverförmige Materialien berührungslos und auch unter extremen Umgebungsbedingungen. Selbst die kleinsten von ihnen sind starke Allrounder für fast jede Art von Einsatz in der Fertigungsautomatisierung. I n die Logistik und Fertigungsautomatisierung haben Sensoren, die Ultraschall nutzen, vor gut drei Jahrzehnten Einzug gehalten. Kompakt, leistungsstark und heute immer preiswerter in der Anschaffung eignen sie sich optimal, um auf engstem Raum Objekte zu erkennen, automatisierte Prozesse zu überwachen und Qualitätsanforderungen durchgehend sicherzustellen. Im Gegensatz zu optischen Sensoren, die ausschließlich lichtreflektierende und lichtundurchlässige Objekte erkennen oder induktiven Sensoren, die nur ferromagnetische Metallteile erkennen, sind dem Einsatz von Ultraschallsensoren so gut wie keine Grenzen gesetzt. Sie können alle Arten von Objekten detektieren, die den Schall reflektieren. Und das tun nahezu alle Materialien wie Flüssigkeiten, Glas und hauchdünne Folien, aber auch Grobkörniges, Späne, feiner Sand, Hölzer, Metalle sowie Kunststoffe. Weiße Objekte auf weißem Hintergrund, Schwarzes auf Schwarz, störendes Fremdlicht oder glänzende Oberflächen – all das ist keine Herausforderung für Ultraschallsensoren. Melanie Harke, microsonic GmbH, Dortmund Einsatzbereich und Grenzen Entscheidend bei der Auswahl eines Ultraschallsensors ist sein Messbereich und der damit verbundene dreidimensionale Erfassungsbereich – seine Tastweite. Die kleinste zuverlässige Tastweite wird durch die Blindzone eines Sensors bestimmt. Innerhalb der Blindzone dürfen sich keine Objekte oder Störreflektoren befinden. Die Grenztastweite gibt die maximale Reichweite an, bis zu welcher Entfernung der Ultraschallsensor messen kann. Je nach Sensortyp liegt sein Messbereich zwischen 20 mm und 8 m. Bei Schallimpulsen jenseits von 16 kHz, d. h. höher als vom Menschen wahrnehmbare Frequenzen, spricht man von Ultraschall. Die Schallgeschwindigkeit ist temperaturabhängig. Bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C beträgt die Schallgeschwindigkeit 343,5 m/s oder 1244 km/h. Die Schallgeschwindigkeit ändert sich mit 0,17 %/°C. Um diesen Einfluss zu kompensieren, haben die meisten Ultraschallsensoren von Microsonic eine interne Temperaturmessstelle. Diese Temperaturmessstelle sitzt im Sensor immer direkt hinter dem Ultraschallwandler, um möglichst präzise die Lufttemperatur im Bereich der Messstrecke zu erfassen. Geringe Luftströmungen beeinflussen die Messgenauigkeit nicht. Staub und Nebel können das Schallsignal dämpfen und unter Umständen die maximale Reichweite eines Ultraschallsensors verringern. In den meisten Fällen ist eine Messung jedoch trotzdem möglich. Auch dünne Schmutz- Der Kleinste der Sensoren braucht nur 45 s, um den optimalen Arbeitspunkt zu erreichen oder Staubablagerungen auf der Sensormembran beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Lediglich bei konstanten, heißen Umgebungstemperaturen oder Objekttemperaturen von über 85 °C erreicht das Ultraschallprinzip seine natürliche Leistungsgrenze. Für jede Anwendung der passende Sensor Microsonic entwickelt und fertigt immer wieder neue Ultraschallsensoren, die Objekte mit höchster Präzision erfassen. Die Produktpalette umfasst abstandsmessende 56 Der Konstrukteur 5/2015

SPECIAL I SENSORTECHNIK NEWSLETTER Der E-Mail-Service für Konstruktions leiter und Konstrukteure, Entscheider in disziplinübergreifenden Konstruktions- und Entwicklungsprozessen im Maschinenbau und in der Elektrotechnik. 01 02 Aktuelle Informationen rund um die Themen Antriebstechnik, Fluidtechnik, Automatisierungstechnik, CAD/CAM/PLM, Verbindungs- und Werkstofftechnik sowie Konstruktionselemente. 03 01 Dieser Sensor findet dank neuer Temperaturkompensation der Schallgeschwindigkeit in kürzester Zeit seinen optimalen Arbeitspunkt 02 Dank schlanker Schallkeule und hoher Auflösung können mit diesem Exemplar auch kleinere Gegenstände mit höchster Genauigkeit abgetastet werden 03 Das Digital-Display dieses Sensors gibt Messwerte direkt aus und unterstützt seine einfache Einstellung Jeden Monat neu. Allroundtalente in M30-Bauform mit Digitaldisplay wie den MIC+; im zylindrischen M12-Gehäuse den Nano; oder im quaderförmigen Miniaturgehäuse den SKS. Chemiebeständig ausgeführt sind die Ultraschallsensoren CRM+ und HPS+ – in rostfreiem Edelstahl oder aus chemieresistentem Kunststoff PVDF und mit Teflonfolie beschichtetem Ultraschallwandler. Ist kein passender Sensor im Programm, werden zusammen mit dem Kunden maßgeschneiderte Sensorlösungen für dessen Anforderungen entwickelt. Besonders klein Mit einer M12-Gewindehülse und nur 55 mm Gehäuselänge ist der kleine Nano prädestiniert, um Füllstände gerade in kleinen Behältern von transparenten Flüssigkeiten oder auch grobkörnigen Teilen zu messen. Der laut Anbieter weltweit Kleinste seiner Art bietet zwei Tastweiten: 250 mm und 350 mm, und ist mit Analog- oder Schaltausgang verfügbar. Die Varianten mit Analogausgang sind mit 0 bis 10 V Spannungsausgang oder 4 bis 20 mA Stromausgang ausgestattet. Die Analogsensoren haben eine Gehäuselänge von 60 mm. Im Nano wurde eine völlig neue Temperaturkompensation der Schallgeschwindigkeit realisiert, mit der der Sensor in kürzester Zeit seinen optimalen Arbeitspunkt findet. In den ersten 45 s nach Zuschalten der Betriebsspannung prüft der Sensor, ob er aus einem „Kaltstart“ beginnt, oder bereits „betriebswarm“ ist. Abhängig von diesem Prüfergebnis durchläuft die Temperaturkompensation unterschiedliche Kompensationskennlinien. Denn ganz gleich wo die Temperaturmessstelle am oder im Sensor angeordnet ist, so erfasst diese immer auch die Eigenerwärmung des Sensors. Und diese Eigenerwärmung muss als Offset von der gemessenen Temperatur abgezogen werden. Nur so lässt sich auf die tatsächliche erscheint monatlich Jetzt kostenlos anmelden! Der Konstrukteur 5/2015 57 www.vfmz.com/newsletter

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