Sensorskolen (5:5)

Universell ultralyd

Ultralydfølere benyttes i mange applikasjoner for avstands- og nivåmåling.

Ultralyd sensorer/givere finnes i en rekke ulike utførelser.
Ultralyd sensorer/givere finnes i en rekke ulike utførelser.

Ultralydfølere benyttes i mange applikasjoner for avstands- og nivåmåling.

Ultralyd på godt og vondt

Det er de viktigste fordelene med ultralyd avstandsmåling/deteksjon:

  • Ufølsomme for smuss og støv
  • Metalliske, blanke og transparente objekter detekteres uten problem
  • Pålitelig deteksjon av faste stoffer og væsker

Som alle måleprinsipper, sliter også ultralyd med visse ulemper, blant annet:

  • Påvirkning fra omgivelser, temperatur, trykk, relativ fuktighet og kraftige luftstrømmer kan påvirke måleresultatet.
  • Blindsone.
  • Formen og overflaten på objektene som skal detekteres, må vurderes.
  • Objekter som absorberer lyd lar seg vanskelig detektere.

Sensorskolen

Automatiserings artikkelserie Sensorskolen dekker induktive-, kapasitive-, ultralyd- og roterende givere samt fotoceller. Typiske oppgaver, for slike sensorer, er identifikasjons- og posisjoneringsoppgaver, start og stopp av transportband, indikering av åpen/stengt på ventiler, telling av produkter på transportband, samt måling av hastighet/turtall.

Serien er utviklet i tett samarbeid med Agnar Sæland hos Pepperl+Fuchs AS. Han hadde mange års automatiseringserfaring fra metallurgibransjen før han på midten av 1990-tallet meldte overgang til leverandørsiden. Sæland har over 10 års erfaring med Pepperl+Fuchs produkter for ”Factory Automation”, eller stykkproduksjon.

Funksjonsmessig er ultralydfølere lik fotoceller, bortsett fra at fotocellene opererer med lys, og ultralydfølere med lydbølger.

 

Lydbølgene sendes ut mot et objekt og reflekteres fra dette tilbake til mottakeren i føleren. Tiden det tar måles, og omregnes til avstand. Denne avstanden kan enten presenteres som en analog strøm- eller spenningsverdi, eller som en transistorutgang.

 

Felles sender og mottager

 

Ettersom lydens hastighet (ca. 330 m/sek) er enormt mye langsommere enn lysets, er ultralydmålinger vesentlig langsommere enn fotocellemålinger. Lyden som benyttes i ultralydfølere, er i frekvensområdet over det hørbare området, fra 60 til 400 kHz. Den sendes ut i form av ”pakker”, og danner et eliptisk ”lydfelt” foran sensoren.

 

Etter at hver ”lydpakke” er sendt, kobler føleren seg over i mottaksmodus og venter på å motta reflektert lyd fra objekter som befinner seg i dette feltet. Lyden som høres ved bruk av ultralydfølere, er utsendelsesfrekvensen på disse pakkene.

 

Blindsone

 

Alle ultralydfølere har en blindsone nærmest sender/mottakerelementet, som er i størrelsesorden 5-10 % av måleområdet til sensoren. Dette tilsvarer den tiden det tar til senderelementet slutter å svinge og er klar til å motta lydsignal etter at lydpakka er sendt.

 

Overføringsmediet for lydbølgene er luft. Luftens egenskaper påvirker lydens hastighet, og dermed måleresultatet. Parametere som påvirker, er temperatur, luftfuktighet og barometrisk trykk.

 

Det er ofte et temperaturelement i føleren, slik at det blir kompensert for temperaturendringer. Trykk og fuktighet kompenseres det ikke for. Likeledes vil sterk vind kunne påvirke målingen. Kommer denne vinden på tvers av målekjeglen, kan vi risikere at lyden ”blåser vekk” slik at det ikke kommer noe signal tilbake til mottakerelementet.

 

Mange muligheter

Prinsippskisse for ultralyd, merk spesielt blindsonen i rødt, hvor det ikke kan måles.
Prinsippskisse for ultralyd, merk spesielt blindsonen i rødt, hvor det ikke kan måles.
 

Selv om ultralyd sensorer har en del begrensinger, er det imidlertid et faktum at ultralyd er meget godt egnet som måleprinsipp i en mengde applikasjoner. For eksempel nivåmåling i tanker, avstandsmåling, som kollisjonsbeskyttelse for traverskraner eller som beskyttelse mot uønsket lukking av dører i tog og busser. I en slik applikasjon monteres føleren over døra og overvåker om det er personer i trinnet før døra lukkes igjen, for å hindre klemskader.

 

Ultralyd kan også benyttes til deteksjon av meget små objekter som for eksempel overvåking av trådbrudd i en tekstilmaskin.

 

Nøyaktigheten som kan oppnås med ultralyd, er meget god. Ettersom det forgår en beregning i føleren, må det være en mikroprosessor i denne. Denne kan, for enkelte følere, benyttes til å tilpasse føleren til den aktuelle applikasjon ved hjelp av et PC program. Slike tilpasninger kan være å legge inn filter slik at røreverk i tanker ikke kommer med på målingen, eller å dempe signalet, slik at bølgebevegelser ikke påvirker måleresultatet.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå