Snímače ultrazvukové

Ultrazvukové snímače pomáhají zjišťovat přítomnost předmětu, vzdálenost nebo výšku hladiny bez dotyku. Při výběru rozhoduje nejbližší i nejvzdálenější poloha cíle, jeho schopnost vracet zvuk a požadovaný signál do řízení. Průhlednost nebo barva nejsou hlavním omezením, ale žádný snímač nelze považovat za univerzální řešení pro jakýkoli materiál a uspořádání.

Odraz a měření doby letu

Odrazový snímač vyšle krátký ultrazvukový impulz a vyhodnotí jeho ozvěnu. Vzdálenost určuje ze vztahu d = c × t / 2, kde c je rychlost zvuku a t doba cesty k předmětu a zpět. Dělení dvěma tedy není kalibrační koeficient. Při přibližně 20 °C lze pro názorný výpočet použít c = 343 m/s. Modelově odpovídá vzdálenosti 0,5 m návrat ozvěny asi za 2,9 ms; to samo neurčuje celkovou odezvu přístroje. Základ popisuje také výklad měřicího principu microsonic.

Elektronika potřebuje rozpoznat dostatečně silné echo. Správný princip měření proto ještě nezaručuje, že se zvuk z konkrétního předmětu vrátí do přijímače.

Mrtvá zóna a využitelný rozsah

Bezprostředně před čelem je u běžného odrazového provedení mrtvá zóna. Měnič po vysílání ještě dokmitává a blízkou ozvěnu nedokáže spolehlivě oddělit od vlastního buzení. Nastavení spínacího bodu ani přepočet v PLC tuto fyzikální hranici neodstraní. Nejbližší poloha předmětu musí zůstat mimo ni i při vibracích a montážních odchylkách.

Maximální dosah posuzujte společně s použitým zkušebním terčem. Rozsah uvedený pro dobře odrážející plochu není zárukou stejného výsledku na tenké hraně. Při měření hladiny kontrolujte oba konce: prázdná nádoba nesmí být příliš daleko a naplněná hladina příliš blízko.

Zvukový svazek, povrch a sklon

Zvukový svazek má prostorový tvar. Není to tenká přímka ani kužel s univerzálním úhlem. Detekční diagram ukazuje chování pro určitý terč; velikost, natočení a odrazivost jiného cíle změní použitelnou oblast. Do nákresu aplikace proto zakreslete také okraje nádrže, držáky a sousední díly. Mohou vytvořit konkurenční ozvěnu, přestože neleží přímo na ose.

Hladká plocha má být orientována přibližně kolmo ke směru měření. Při naklopení může poslat odraz stranou. Drsný povrch zvuk rozptyluje, takže někdy připustí větší sklon, ale za cenu slabšího návratu. Měkké pěny a porézní materiály mohou zvuk výrazně pohltit. Průhledná fólie tedy není automaticky snadný cíl: záleží také na zvlnění a poloze.

U kapaliny ověřte skutečný povrch za provozu, včetně pěny a vlnění. Výsledek z klidné hladiny nepřenášejte bez zkoušky na plnění nebo míchání. Pokud aplikace vyžaduje malý měřicí bod, porovnejte také Snímače pro měření vzdálenosti podle konkrétního principu a povrchu.

Teplota a prostředí

Rychlost zvuku ve vzduchu se mění s teplotou; poblíž pokojové teploty jde přibližně o 0,17 % na stupeň. Bez kompenzace se proto může měnit hlášená vzdálenost i u nepohyblivého cíle. Teplotní kompenzaci ověřujte pro konkrétní model. Z místního měření teploty navíc nelze automaticky odvodit přesnou teplotu celé zvukové dráhy nad horkou náplní. Podrobnosti uvádí technické FAQ Pepperl+Fuchs o vlivech prostředí.

Při ověřování sledujte také zahřívání snímače po zapnutí, ofukování, kondenzaci a úsady na čele. Krytí pouzdra samo nepotvrzuje kvalitu akustického měření v těchto podmínkách.

Spínací a analogový výstup

Spínací výstup předává stav, například dosažení nastavené meze. PNP při sepnutí dodává proud do zátěže směrem od kladného napájení, NPN jej odvádí k zápornému pólu. Tomu musí odpovídat zapojení vstupu PLC. NO/NC vyjadřuje logiku spínání, nikoli druh tranzistoru. Hystereze odděluje podmínky sepnutí a rozepnutí a pomáhá omezit přepínání poblíž meze.

Analogový výstup předává průběžnou hodnotu v určeném rozsahu, například 0–10 V nebo 4–20 mA. Vyžaduje odpovídající analogový vstup a shodné škálování. Napěťový a proudový kanál nejsou zaměnitelné. Označení „snímač vzdálenosti“ samo neznamená, že každá varianta poskytuje PLC číselnou vzdálenost.

Příklady doložené v nabídce TECHNOLINE

Tyto údaje patří uvedeným modelům Lanbao, nikoli celé kategorii. Technický list UR18-CC35 uvádí mrtvou zónu 0–30 mm, zatímco dokumentace UR18-CM1 uvádí 0–60 mm. Podobný objednací kód proto nestačí k potvrzení záměnnosti.

Elektrická a mechanická kompatibilita

• Porovnejte napájecí rozsah, proudovou zatížitelnost spínacího výstupu a parametry vstupu řízení. U analogu zkontrolujte dovolenou zátěž, referenční potenciál a způsob napájení; samotné označení 4–20 mA neprokazuje dvouvodičovou smyčku.
• Podle výkresu ověřte závit, délku těla, prostor za konektorem a možnost nasměrovat čelo. Montážní závit není automaticky procesní těsnicí připojení.
• U Kabelů a konektorů ke snímačům vybírejte správné provedení, počet kontaktů i obsazení pinů. Shodný závit konektoru nepotvrzuje shodné zapojení.
• Teach-in provádějte podle návodu přesného objednacího kódu. Nastavovací vodič nemusí být další výstup ani synchronizační vstup.

Synchronizace a přeslech mezi snímači

Snímač může zachytit impulz sousedního přístroje nebo jeho odraz. Takový akustický přeslech se může projevit až po spuštění druhé části stroje. Nejprve ověřte předepsané rozestupy, orientaci a odrazné plochy.

Podporovaná synchronizace koordinuje měřicí cykly. Při souběžném vysílání pracují přístroje současně, což však nemusí umožnit jednoznačně přiřadit objekt jednomu snímači. Multiplexní režim přiděluje měření postupně jednotlivým přístrojům; s jejich počtem je nutné počítat s delším intervalem aktualizace každého kanálu. Dostupné režimy, napěťové úrovně a časování určuje výrobce konkrétního typu. U modelů v tabulce nelze synchronizaci předpokládat jen z přítomnosti Teach-in. Rozdíl režimů vysvětluje FAQ Pepperl+Fuchs k synchronizaci.

Modelový příklad: hladina z výstupu 4–20 mA

Uvažujme ověřenou sestavu, kde 4 mA odpovídají vzdálenosti 100 mm a 20 mA vzdálenosti 900 mm. Jde o zvolené modelové nastavení, nikoli tovární konfiguraci uvedených výrobků. Přepočet je d = 100 + (I − 4) × 800 / 16, s proudem I v mA a vzdáleností d v mm.

Při 12 mA vyjde d = 500 mm. Je-li čelo snímače 1000 mm nad referenčním dnem, výška hladiny je h = 1000 − 500 = 500 mm. Rostoucí vzdálenost zde znamená klesající hladinu. Nejvyšší hladina musí stále respektovat mrtvou zónu a rezervu pro vlnění. Proud při ztrátě echa posuzujte podle dokumentace; nepřevádějte jej automaticky na platnou hladinu.

Postup výběru a ověření

1. Zapište krajní vzdálenosti, nejmenší cíl, jeho sklony a požadovanou dobu reakce.
2. Vyberte konkrétní výstup a ověřte vstup PLC, montáž a kabeláž.
3. Zkoušejte skutečný materiál v krajních polohách, při změně teploty a se všemi sousedními snímači v provozu.
4. Zaznamenejte nastavení, odezvu i chování bez cíle. Výsledek posuzujte podle požadavků stroje.

Časté otázky a chyby

Odstraní Teach-in mrtvou zónu?

Ne. Učí vyhodnocovací meze v použitelném rozsahu. Přiblížení cíle do mrtvé zóny tím nezíská platný výsledek.

Znamená jemné rozlišení stejnou přesnost?

Ne. Rozlišení vyjadřuje rozlišitelný krok, opakovatelnost rozptyl za stejných podmínek a přesnost odchylku od skutečné vzdálenosti. Tyto údaje porovnávejte odděleně.

Proč funguje snímač na stole, ale kolísá ve stroji?

Prověřte sklon cíle, vedlejší odrazy, ofukování a přeslech. Praktickou zkouškou je postupné zapínání sousedních snímačů při nehybném cíli. Stabilní kabeláž sama nevylučuje akustickou příčinu.