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Einbauhinweise für Ultraschallsensoren

Hinweise für Einbau und Betrieb

Die Ultraschallsensoren können in jeder beliebigen Lage eingebaut und betrieben werden.
Einbaulagen, die zu starken Schmutzablagerungen auf der Sensoroberfläche führen, sind zu vermeiden.
Wassertropfen und starke Verkrustungen auf der Wandleroberfläche können die Funktion beeinträchtigen. Leichte Staubablagerungen und Farbniederschlag beeinträchtigen die Funktion nicht.
Bei abzutastenden Objekten, die ebene und glatte Oberflächen haben, sind die Sensoren in einem Winkel von 90° ± 3° zur Oberfläche zu montieren.
Raue Oberflächen erlauben dagegen deutlich größere Winkelabweichungen. Eine Oberfläche ist für den Ultraschall rau, wenn ihre Rautiefe in der Größenordnung der Wellenlänge der Ultraschallfrequenz oder größer ist.
Der Schall wird dann diffus reflektiert, was zu einer Reduzierung der Betriebstastweite führen kann. Bei rauen Oberflächen ist die maximal zulässige Winkelabweichung und die maximal mögliche Tastweite durch einen Versuch zu ermitteln.
Schallabsorbierende Materialien wie Watte oder weiche Schaumstoffe können die Betriebstastweite reduzieren. Flüssigkeiten und feste Materialien reflektieren den Schall sehr gut.

Montageabstände und Synchronisation

Werden zwei oder mehrere Sensoren in einem zu geringen Abstand zueinander montiert, können sie sich gegenseitig beeinflussen. Um dies zu vermeiden, müssen entweder die Montageabstände ausreichend groß gewählt, oder die Sensoren untereinander synchronisiert werden. Die nachfolgende Tabelle gibt die Mindest-Montageabstände zwischen nicht synchronisierten Sensoren an.

Mindest-Montageabstände zwischen nicht synchronisierten Sensoren

Betriebstastweite
0,07 m ≥ 0,25 m ≥ 1,10 m
0,15 m ≥ 0,25 m ≥ 1,30 m
0,24 m ≥ 0,25 m ≥ 1,40 m
0,25 m ≥ 0,35 m ≥ 2,50 m
0,35 m ≥ 0,40 m ≥ 2,50 m
0,7 m ≥ 0,70 m ≥ 4,00 m
1,0 m ≥ 0,70 m ≥ 4,00 m
1,3 m ≥ 1,10 m ≥ 8,00 m
3,4 m ≥ 2,00 m ≥ 18,00 m
6,0 m ≥ 4,00 m ≥ 30,00 m

Die Montageanstände gelten als Richtwerte. Bei schräg stehenden Objekten kann der Schall zum Nachbarsensor "gespiegelt" werden. Dann sind die Mindestabstände im Versuch zu ermitteln.

Werden Sensoren in Abständen zueinander montiert, die kleiner als die in der Tabelle angegebenen Werte sind, sollten die Ultraschallsensoren untereinander synchronisiert werden. Dadurch führen die Sensoren ihre Messungen immer zum gleichen Zeitpunkt durch.

Synchronisation über Pin 5
Viele microsonic-Ultraschallsensoren haben eine integrierte Synchronisation, die zum Beispiel durch einfaches Verbinden von Pin 5 am Gerätestecker aktiviert werden kann. Andere Sensoren erfordern ein externes Taktsignal.

Schallumlenkung

Der Schallstrahl kann über eine schallharte und glatte Reflexionsfläche ohne nennenswerte Verluste umgelenkt werden. Hierfür stehen als Zubehör 90°- Umlenkflächen zur Verfügung.
Diese können vorteilhaft bei beengten Einbauverhältnissen genutzt werden.

90°- Schallumlenkfläche

Genauigkeit

Die (absolute) Genauigkeit ist die Abweichung zwischen der wahren Entfernung zwischen Sensor und Objekt und der vom Sensor gemessenen Entfernung. Die erzielbare Genauigkeit hängt von den Reflexionseigenschaften des Objektes und den physikalischen Einflüssen auf die Schallgeschwindigkeit in der Luft ab.
Objekte mit schlechten Reflexionseigenschaften oder mit einer Oberflächenrauigkeit, die größer als die Wellenlänge der Ultraschall-Frequenz ist, beeinträchtigen die erzielbare Genauigkeit. Eine Größe hierfür lässt sich kaum angeben, als Faustformel kann man von einer Unschärfe von mehreren Wellenlängen der verwendeten Ultraschall-Frequenz ausgehen.

Lufttemperatur

Den größten Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit und somit auf die Genauigkeit hat die Lufttemperatur mit 0,17% / K. Deshalb haben die meisten Ultraschallsensoren von microsonic eine interne Temperaturkompensation. Noch besser lässt sich der Einfluss der Temperatur über eine Vergleichsmessung einer bekannten Strecke durchführen. Mit temperaturkompensierten Sensoren ist eine Genauigkeit von ≤ ±1 % zu erreichen.

Luftdruck

Die Schallgeschwindigkeit ist in weiten Bereichen vom Luftdruck unabhängig. microsonic hat spezielle Sensoren, die Abstandsmessungen bei bis zu 4 bar Überdruck erlauben.

Relative Luftfeuchte

Der Einfluss der Luftfeuchte auf die Genauigkeit kann gegenüber dem Einfluss der Lufttemperatur vernachlässigt werden.

Wiederholgenauigkeit R

Die Wiederholgenauigkeit oder Reproduzierbarkeit beschreibt die Abweichung der gemessenen Entfernungswerte untereinander, die unter gleich bleibenden Bedingungen über einen festgelegten Zeitraum aufgenommen wurden.
Die Wiederholgenauigkeit der microsonic-Sensoren ist besser ± 0,15%. 

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