Ultrasone sensoren

Wat is een ultrasone sensor?

Een ultrasone sensor detecteert objecten met behulp van hoogfrequente geluidsgolven.

De sensor zendt een geluidspuls uit richting het object. Een gedeelte van deze geluidsgolf wordt door het object teruggekaatst en vervolgens door de sensor ontvangen.

Op basis van de tijd tussen het uitzenden en ontvangen van het geluid kan de sensor bepalen of een object zich binnen het ingestelde detectiegebied bevindt.

Omdat ultrasoon gebruikmaakt van geluid in plaats van licht zijn optische eigenschappen zoals kleur, transparantie en glans veel minder bepalend dan bij foto-elektrische sensoren.

Hierdoor zijn ultrasone sensoren interessant voor objecten die optisch moeilijk betrouwbaar te detecteren zijn.

Waar worden ultrasone sensoren toegepast?

Ultrasone detectiesensoren worden onder andere gebruikt voor:

• transparante objecten;
• glazen flessen;
• kunststof verpakkingen;
• donkere producten;
• glanzende objecten;
• vloeistoffen;
• schuim;
• niveaugrensdetectie;
• productdetectie op transportbanden;
• aanwezigheidscontrole;
• afstandsafhankelijke schakeldetectie.

Ze worden veel toegepast binnen machinebouw, verpakkingsindustrie, logistiek, handling en procesautomatisering.

Ultrasone sensor voor transparante objecten

Een belangrijke toepassing is het detecteren van transparante producten.

Bij een gewone optische sensor kan transparantie ervoor zorgen dat een groot gedeelte van het uitgezonden licht door het object heen gaat.

Bij ultrasone detectie speelt deze optische transparantie geen rol.

Daarom kunnen ultrasone sensoren interessant zijn voor bijvoorbeeld:

• glazen flessen;
• PET-verpakkingen;
• transparante kunststof bakken;
• transparante folie;
• bepaalde vloeistofhouders.

Of een ultrasone sensor daadwerkelijk geschikt is, hangt daarnaast af van vorm, afmetingen en positie van het object.

Donkere en zwarte objecten detecteren

Ook zeer donkere of zwarte objecten kunnen voor sommige optische detectieprincipes lastig zijn doordat relatief weinig licht wordt teruggekaatst.

Een ultrasone sensor werkt met geluidsgolven en is daardoor niet afhankelijk van de kleur van het oppervlak.

Dit maakt ultrasoon interessant wanneer producten met sterk verschillende kleuren binnen dezelfde machine worden verwerkt.

Glanzende en reflecterende objecten

Bij glanzende metalen of kunststof oppervlakken kunnen optische reflecties een uitdaging vormen.

Omdat een ultrasone sensor geen licht gebruikt, heeft de optische reflectiviteit van het materiaal geen directe invloed op de detectie.

Wel blijft de geometrie van het oppervlak belangrijk.

Een zeer schuin geplaatst of sterk gebogen oppervlak kan een geluidsgolf namelijk van de sensor weg reflecteren.

Daarom moet bij ultrasone detectie ook altijd naar de montagehoek en vorm van het object worden gekeken.

Ultrasone sensor voor niveaugrensdetectie

Ultrasone sensoren kunnen worden gebruikt om te controleren of materiaal of vloeistof een bepaalde positie bereikt.

Denk bijvoorbeeld aan:

• vloeistof in een tank;
• granulaten in een container;
• producten in een hopper;
• verpakkingsmateriaal;
• onderdelen in een voorraadbak.

Bij deze toepassingen wordt de sensor gebruikt als detectiesensor: de besturing ontvangt een schakelsignaal wanneer het materiaal binnen het ingestelde detectiegebied komt.

Wanneer daarentegen een daadwerkelijke continue afstand of niveauwaarde nodig is, is een ultrasone meetsensor geschikter.

Detecteren of afstand meten?

Dit onderscheid is belangrijk.

Een ultrasone sensor uit deze categorie wordt primair gebruikt voor schakelen en detecteren.

Bijvoorbeeld:

Detectiesensor:

“Er staat een product op 300 mm afstand.”

Of:

“Het vloeistofniveau heeft de ingestelde grens bereikt.”

Een ultrasone meetsensor levert daarentegen een continue meetwaarde, bijvoorbeeld:

“De afstand bedraagt 327 mm.”

Wanneer een werkelijke afstandswaarde nodig is voor een PLC of regelsysteem, bekijk dan onze ultrasone meetsensoren.

Dit voorkomt dat een complexere meetsensor wordt toegepast wanneer een eenvoudig schakelsignaal voldoende is.

Detectiebereik van een ultrasone sensor

Ultrasone sensoren zijn verkrijgbaar met uiteenlopende detectiebereiken.

Het benodigde bereik wordt bepaald door:

• minimale afstand tot het object;
• maximale afstand;
• objectgrootte;
• reflecterende eigenschappen voor geluid;
• montagemogelijkheden;
• gewenste schakelmarge.

Een groter detectiebereik is niet automatisch beter.

De gekozen sensor moet vooral stabiel functioneren binnen de werkelijke afstanden van de toepassing.

Dode zone van een ultrasone sensor

Een belangrijk aandachtspunt bij ultrasone sensoren is de dode zone, ook wel blind zone genoemd.

Direct voor de sensor bevindt zich doorgaans een gebied waarbinnen geen betrouwbare detectie mogelijk is.

Dit ontstaat doordat de transducer na het uitzenden van de geluidspuls kort tijd nodig heeft voordat terugkerende signalen betrouwbaar kunnen worden ontvangen.

Daarom moet het object zich buiten deze minimale afstand bevinden.

Voor compacte machines met weinig ruimte kan deze eigenschap bepalend zijn voor de sensorselectie.

Invloed van objectgrootte

Niet ieder object reflecteert evenveel ultrasone energie terug naar de sensor.

Een groot, vlak oppervlak is doorgaans eenvoudiger te detecteren dan een zeer klein of dun onderdeel.

Bij kleine objecten moet daarom rekening worden gehouden met:

• grootte van het object;
• vorm;
• afstand;
• diameter van de geluidbundel;
• oriëntatie ten opzichte van de sensor.

Voor zeer kleine onderdelen kan een laser sensor of fiber-optische sensor geschikter zijn.

Invloed van de montagehoek

Ultrasone detectie werkt het beste wanneer voldoende geluid van het object terug richting sensor wordt gereflecteerd.

Bij een vlak oppervlak dat sterk onder een hoek staat, kan een groot deel van het geluid van de sensor af worden gereflecteerd.

Hierdoor kan de detectie minder stabiel worden.

Bij sensorselectie en montage moet daarom rekening worden gehouden met:

• hoek van het object;
• vorm van het oppervlak;
• afstand;
• bewegingsrichting;
• beschikbare montageruimte.

Invloed van temperatuur

De snelheid van geluid in lucht verandert met de temperatuur.

Hierdoor kan temperatuur invloed hebben op een ultrasone afstandsbepaling.

Veel industriële sensoren beschikken daarom, afhankelijk van de uitvoering, over temperatuurcompensatie.

Bij toepassingen met sterke temperatuurwisselingen moet worden gecontroleerd of de gekozen sensor hiervoor geschikt is.

Ook maximale en minimale omgevingstemperatuur zijn belangrijke selectiecriteria.

Ultrasone sensor of optische sensor?

Een optische sensor gebruikt licht voor objectdetectie.

Optische sensoren bieden voordelen bij snelle toepassingen en kleine objecten, maar de detectie kan afhankelijk zijn van kleur, transparantie, glans en reflectiviteit.

Een ultrasone sensor kan aantrekkelijker zijn wanneer deze optische eigenschappen sterk variëren.

Globaal:

Ultrasone sensor of capacitieve sensor?

Ook een capacitieve sensor kan niet-metalen materialen detecteren.

Capacitieve sensoren zijn bijvoorbeeld interessant voor:

• kunststof;
• vloeistoffen;
• poeders;
• granulaten;
• niveaucontrole door bepaalde tankwanden.

Het detectiebereik van een capacitieve sensor is doorgaans relatief klein.

Een ultrasone sensor kan interessanter zijn wanneer contactloze detectie over een grotere afstand gewenst is.

Ultrasone sensor of laser sensor?

Een laser sensor heeft een kleine en nauwkeurig gerichte lichtspot.

Laser is daardoor interessant voor:

• kleine objecten;
• exacte positie;
• nauwe detectiezones;
• hoge snelheid.

Ultrasoon heeft juist voordelen wanneer optische eigenschappen zoals kleur of transparantie problematisch zijn.

Het juiste detectieprincipe hangt daarom af van materiaal, objectgrootte, snelheid en gewenste afstand.

PNP of NPN ultrasone sensor

Industriële ultrasone sensoren zijn verkrijgbaar met verschillende uitgangstypen.

Veel voorkomende schakeluitgangen zijn:

• PNP;
• NPN;
• NO;
• NC;
• programmeerbare of complementaire schakelfuncties.

Bij een PNP-sensor schakelt de uitgang doorgaans richting de positieve voedingsspanning.

Bij NPN schakelt de uitgang richting 0 V.

Bij retrofit is het belangrijk dat de nieuwe sensor past bij de gebruikte PLC-ingang.

Een PNP-sensor kan daarom niet automatisch worden vervangen door een NPN-uitvoering.

Teach-in en instelbare schakelpunten

Afhankelijk van de uitvoering kan bij een ultrasone sensor het gewenste schakelpunt worden ingesteld.

Dit kan bijvoorbeeld via:

• drukknop;
• teach-in ingang;
• potentiometer;
• software;
• IO-Link.

Hiermee kan het detectiegebied op de machine en het daadwerkelijke object worden afgestemd.

Voor OEM-toepassingen kan eenvoudige parametrering voordelen bieden wanneer dezelfde machine voor verschillende productformaten wordt gebruikt.

Responstijd en bewegende objecten

Omdat een ultrasone sensor eerst een geluidspuls moet uitzenden en de echo moet ontvangen, is de responstijd een belangrijk selectiecriterium.

Bij snel bewegende objecten moet worden gecontroleerd of de sensor snel genoeg kan reageren.

Belangrijke factoren zijn:

• snelheid van het object;
• grootte;
• afstand;
• gewenste schakelfrequentie;
• benodigde detectiezekerheid.

Voor zeer snelle teltoepassingen kan een optisch of fiber-optisch principe geschikter zijn.

Omgevingscondities

De machineomgeving moet eveneens worden meegenomen in de selectie.

Denk aan:

• stof;
• vocht;
• temperatuur;
• condens;
• reiniging;
• luchtstromingen;
• drukveranderingen;
• beschikbare montage;
• IP-beschermingsklasse.

Voor zware industriële omstandigheden zijn robuuste uitvoeringen met hogere beschermingsgraden beschikbaar.

Waar moet je op letten bij het kiezen van een ultrasone sensor?

Belangrijke selectiecriteria zijn:

• objectmateriaal;
• objectgrootte;
• vorm en oriëntatie;
• minimaal en maximaal detectiebereik;
• dode zone;
• responstijd;
• schakelfrequentie;
• PNP of NPN;
• NO of NC;
• teach-in mogelijkheden;
• connector of kabel;
• voedingsspanning;
• omgevingstemperatuur;
• beschermingsklasse;
• beschikbare montageruimte.

Voor continue afstands- of niveaumeting moeten daarnaast nauwkeurigheid, resolutie en uitgangssignaal worden beoordeeld.

Ultrasone sensor vervangen

Een bestaande ultrasone sensor vervangen vereist meer dan alleen het vergelijken van het maximale detectiebereik.

Bij Indusen vergelijken we onder andere:

• fabrikant en typenummer;
• detectiebereik;
• dode zone;
• PNP/NPN-uitgang;
• NO/NC-functie;
• responstijd;
• voedingsspanning;
• behuizing;
• schroefdraad;
• connector;
• pinbezetting;
• teach-in functie;
• beschermingsklasse.

Hiermee kunnen we zoeken naar een passend alternatief wanneer een bestaande sensor niet meer leverbaar is, een lange levertijd heeft of wanneer een andere technisch geschikte oplossing gewenst is.

Bekijk hiervoor ook onze pagina over retrofit & vervanging.

Ultrasone sensoren voor machinebouw en automatisering

Indusen ondersteunt machinebouwers, OEM's en industriële eindgebruikers bij het selecteren en vervangen van ultrasone sensoren voor object- en aanwezigheidsdetectie.

Voor een nieuwe toepassing ontvangen wij bij voorkeur:

• wat er gedetecteerd moet worden;
• materiaal en vorm;
• minimale en maximale afstand;
• snelheid van het object;
• gewenste uitgang;
• beschikbare montage;
• omgevingscondities.

Heb je al een bestaande ultrasone sensor? Stuur het merk, volledige typenummer en indien mogelijk een foto of datasheet. Wij vergelijken de technische eigenschappen en zoeken naar een passende oplossing.

Bekijk ook onze detectiesensoren voor andere detectieprincipes en onze sensoroplossingen voor complete industriële detectievraagstukken.