Ultrasonics Know-How (deel 5): eenvoudige installatie en montage

De te detecteren voorwerpen kunnen de geluidsbundel uit gelijk welke richting benaderen. De verwachte detectiepunten kunnen nauwkeurig worden benaderd met behulp van de meetbereiken en responscurves vermeld in de datasheets van de ultrasone sensoren.

Ultrasone sensoren kunnen vaste stoffen, vloeistoffen en poeders detecteren. De eigenschappen van het objectoppervlak zijn van essentieel belang voor de sensorevaluatie van het echosignaal. Effen, gladde oppervlakken die zich onder een rechte hoek tegenover de geluidsbundel bevinden, zorgen voor een ideale terugkaatsing van het geluid. De hoekafwijking van de meetplaat mag niet groter zijn dan 3° om een betrouwbare detectie te garanderen.

Materiaaleigenschappen zoals transparantie, kleur of oppervlaktebehandeling (gepolijst of mat) hebben geen effect op de betrouwbaarheid van de detectie. Ruwe oppervlakken reflecteren de akoestische energie in verschillende richtingen. Dit verkleint het effectieve detectiebereik. Omgekeerd, laten ruwe oppervlakken een grotere hoekafwijking toe dankzij de overwegend diffuse reflectie van het ultrasoonsignaal.

Deze eigenschap kan worden benut om vulniveaus of hopen grofkorrelig materiaal met een hoekafwijking tot 45° (binnen een beperkt meetbereik) te detecteren.

De volgende voorwerpen laten zich uitzonderlijk goed detecteren:

• Alle gladde en vaste voorwerpen die zich loodrecht tegenover de geluidsbundel bevinden
• Alle vaste voorwerpen met een oppervlakteruwheid die diffuse reflecties veroorzaakt en die willekeurig zijn georiënteerd
• Oppervlakken van vloeistoffen onder een hoek van < 3° van de as van de geluidsbundel

De volgende materialen zijn moeilijk te detecteren:

• Materialen die ultrasone signalen absorberen, zoals vilt, katoen, ruwe textiel of schuimrubber
• Materialen met een temperatuur van meer dan 100 °C

In dergelijke gevallen kan een eenwegsensor nodig zijn om de materialen te detecteren.

Men spreekt vaak van een geluidsbundel om naar de responscurve van ultrasone sensoren te verwijzen. Objecten worden binnen de geluidsbundel gedetecteerd als ze voldoende geluid naar de ultrasone sensor terugkaatsen. De responscurve wordt bepaald door de reflectie-eigenschappen van het object. In de datasheets worden geluidsbundeldiagrammen ter beschikking gesteld voor allerhande standaard objecten. De geluidsbundel heeft geen exact vastgelegde grenzen en kan worden beïnvloed door omgevingsomstandigheden zoals temperatuur of vochtigheid.

Als er in de toepassing sprake is van ongewenste geluidsreflecterende objecten moet men ervoor zorgen dat er voldoende vrije ruimte is rondom de geluidsbundel. Dit is de enige manier om foutieve schakelsignalen ten gevolge van ongewenste terugkaatsingen te vermijden.

Responscurve 2 (ronde staaf met diam. 25 mm) kan als richtlijn worden gebruikt voor kleine, ronde of weinig reflecterende voorwerpen. Ze kan ook worden gebruikt voor gladde oppervlakken die parallel aan de richting van de geluidsbundel van de ultrasone sensor worden gemonteerd (binnenwand van tanks, pijpleidingen). Voor grotere objecten met goede reflectie-eigenschappen (interferentieranden) moet ten minste een speling in overeenstemming met responscurve 1 (vlakke plaat van 100 x 100 mm) worden voorzien.

Vele van Pepperl+Fuchs' ultrasone sensoren laten toe de geluidsbundel aan te passen, voor wanneer de speling niet kan worden gegarandeerd. Deze procedure wordt uitgevoerd met behulp van de Teach-in functie of met een programmeringsinterface en -software. Deze software kan worden gebruikt om op selectieve basis bepaalde storende objecten binnen het meetbereik te onderdrukken (specifieke interferentieonderdrukking).

Om interferentie te vermijden tussen ultrasone sensoren die binnen hetzelfde meetbereik worden ingezet en parallel aan elkaar zijn gemonteerd, moeten minimumafstanden tussen de sensoren worden gerespecteerd (zie onderstaande illustraties). De opgegeven waarden in de afgebeelde tabel fungeren als richtlijn. Ze zijn van toepassing wanneer de hoeken van de geluidsbundels parallel aan elkaar zijn uitgelijnd en de objectoppervlakken zich loodrecht tegenover de as van de geluidsbundels bevinden. De werkelijk vereiste tussenruimte (X) zal afhangen van de uitrichting, de aard en het oppervlak van het doelobject dat zich binnen de geluidsbundel bevindt.

Wanneer ultrasone sensoren recht tegenover elkaar worden gemonteerd, moeten de montageafstanden uit de onderstaande tabel worden gerespecteerd. In geval van interferentie kan het nodig zijn de tussenruimte (X) te vergroten of, waar toepasselijk, het synchronisatie- of multiplexfeature te activeren. Gesynchroniseerde en niet-gesynchroniseerde ultrasone sensoren mogen niet recht tegenover elkaar worden gemonteerd.