Sensores Ultrassônicos (Parte 4): Influências na Precisão da Medição

Temperatura do ar

A temperatura do ar tem o maior impacto sobre a precisão da medição de um sensor ultrassônico. Depois que o tempo de trânsito do pulso ultrassônico refletido tiver sido medido, o sensor calcula a distância ao objeto usando a velocidade do som. No entanto, como a temperatura do ar varia, a velocidade do som muda a 0.17% por grau Kelvin. Quase todos os sensores ultrassônicos da Pepperl+Fuchs possuem uma sonda de temperatura para compensar este efeito. Esta sonda mede a temperatura ambiente e o sensor corrige a distorção relacionada a temperatura dos valores medidos.

Umidade

A umidade possui uma influência insignificante na velocidade do som numa temperatura ambiente e em temperaturas mais baixas. No entanto, em temperaturas mais altas do ar, a velocidade do som aumenta à medida que umidade aumenta.

Pressão do ar

A velocidade do som diminui em menos de 1% entre o nível do mar e 3,000 m de altitude. Flutuações atmosféricas em um local específico são insignificantes e os efeitos na velocidade do som são dificilmente mensuráveis.

Correntes de ar

Se o objeto tem as propriedades reflexivas do refletor padrão, correntes de ar regulares (vento) não tem efeito sobre a medição ultrassônica a velocidades de 7 Kn (50-61,5 km/h). Tempestades ou furacões podem provocar medições instáveis (com perda de sinal). Com relação a alterações na velocidade do som, nenhuma conclusão geral pode ser obtida. Isso ocorre porque a direção da corrente do ar e as velocidades da corrente do ar estão sempre mudando. Por exemplo, particularmente objetos quentes causam uma significante turbulência no ar. O ultrassom pode estar disperso ou desviado de forma que não haja eco suficiente de retorno.

Névoa de tinta

Não tem efeito detectável na operação dos sensores ultrassônicos. No entanto, a névoa não podem se estabelecer na superfície do transdutor ativo, afim de evitar o comprometimento da sensibilidade do transdutor.

Ruído externo

O ruído externo se distingue dos ecos do alvo desejado e geralmente não causa um mal funcionamento. Se a fonte de interferência tem a mesma frequência que o sensor ultrassônico, o nível do ruído externo não deve exceder o nível de ecos do alvo. Isso pode ocorrer ao encher um silo com pedras, como um exemplo.

Tipos de gás

Os sensores ultrassônicos da Pepperl+Fuchs são projetados para operarem no ar atmosférico. Operação em outros gases (por exemplo, no caso do dióxido de carbono) pode causar sérios erros de medição ou até mesmo perda total da função devido a divergências na velocidade do som e atenuação.

Os sensores ultrassônicos operam usando o método de tempo de trânsito de eco, que significa que o tempo decorrido entre o pulso ultrassônico emitido e quando o eco recebido é avaliado. O sensor ultrassônico calcula a distância do objeto a partir da velocidade do som. Quando o som é propagado no ar, a velocidade do som é de cerca 344 m/s à temperatura ambiente. No entanto, a velocidade do som é dependente da temperatura e muda em aproximadamente 0,17% a cada grau Celsius. Essas alterações afetam o tempo de transmissão e podem distorcer a distância calculada. A maior parte dos sensores ultrassônicos da Pepperl+Fuchs têm um intervalo de trabalho de -25 °C a +70 °C.

Sem compensação de temperatura e a uma distância de medição de 100 cm, uma mudança de 20 °C na temperatura poderia causar um erro de medida de 8,5 cm em 70 °C e +7,65 cm a -25 °C.

Por isso, a maior parte destes sensores ultrassônicos estão equipados com sondas de temperatura cujas medidas são usadas para corrigir as distâncias medidas. Esta compensação é realizada em todo o intervalo de trabalho dos sensores ultrassônicos, de -25 °C a +70 °C e permite que precisões de medição de aproximadamente ±1,5% sejam alcançadas.

A precisão/precisão absoluta refere-se a diferença entre o valor de saída que é medido pelo sensor ultrassônico e a distância real do alvo. Do ponto de vista prático, precisões absolutas de 1% a 3% são possíveis em aplicações industriais com ranges de operação de -25 °C a +70 °C. Precisões maiores podem ser obtidas em ambientes com condições muito estáveis. Neste caso, é aconselhável desligar a compensação de temperatura (usando a ferramenta de programação).

Outra possibilidade seria usar um sensor ultrassônico de referência. Esta abordagem envolve a montagem de um segundo sensor do mesmo tipo paralelo ao sensor de medição e alinhando-o a um objeto fixo. Se as condições ambientais no range de medição mudarem, a distância em relação ao objeto também será exibida de maneira alterada devido à velocidade do som modificada. O valor de medição deve ser então corrigido pelo valor desse erro.