ltrazvuková čidla

Zásady ultrazvukové detekce
Princip ultrazvukové detekce
Ultrazvukové čidlo vysílá cyklicky vysokofrekvenční impuls, který se šíří prostorem rychlostí
zvuku. Pokud narazí na nějaký předmět, odrazí se od něj a vrací se zpět k čidlu jako ozvěna.
Z časového intervalu mezi vysláním impulsu a návratem ozvěny odvodí čidlo vzdálenost
k předmětu.
-250 mm
-200 mm
-150 mm
-100 mm
-50 mm
-0 mm
-50 mm
-100 mm
-200 mm
-150 mm
-250 mm
Mic-31
-0 mm
1. Vyslání zvukového impulsu
-50 mm
-100 mm
2. Odraz
-150 mm
Vyrovnan· plocha
-200 mm
-250 mm
Trubka φ 27 mm
3. Příjem ozvěny
-300 mm
350 mm
-350 mm
-400 mm
-450 mm
Vzhledem k tomu, že ultrazvuková čidla měří vzdálenost na principu časové odezvy
na vyslaný zvukový impuls při konstantní rychlosti šíření zvuku a ne pomocí měření
intenzity, mají vynikající schopnost potlačení pozadí. Téměř všechny materiály, které
odrážejí zvuk, lze detekovat bez ohledu na jejich barvu. Lze je použít bez problému
na průhledné materiály a tenké fólie.
Tato čidla umožňují měřit vzdálenosti od 30 mm do 10 m s přesností 1 mm. Některá čidla mají rozlišení až 0,18 mm. Měří stejně dobře v čistém ovzduší jako i v barevné mlze
a jejich spolehlivé funkci nebrání ani tenké nánosy na membráně čidla.
-500 mm
-550 mm
-600 mm
-650 mm
-700 mm
Dosah
Důležitým prvkem výběru je dosah čidla a s tím spojené 3-rozměrné šíření signálu prostorem.
Dosah určuje do jaké vzdálenosti může ultrazvukové čidlo měřit běžné odrazivé předměty
s dostatečnou rezervou spolehlivé funkce. U předmětů s dobrou odrazivostí, lze čidlo použít
až k jeho mezní hodnotě dosahu. Uvnitř zeleného pásma bude detekován předmět s normální
odrazivostí (trubka o průměru 10 až 27 mm). Toto je typický pracovní dosah čidel. Modré
pásmo znázorňuje dosah do kterého lze rozpoznat ještě předmět s dobrou odrazivostí (deska
500x500 mm) za předpokladu, že je plošně optimálně umístněn vzhledem k čidlu. Mimo
modře vyznačené zóny není čidlo schopné vyhodnotit přítomnost předmětu.
Slepá zóna
Dosah
Mezní hodnota dosahu 600 mm
-1.000 mm
-800 mm
-600 mm
-400 mm
-0 mm
-400 mm
-200 mm
-600 mm
-800 mm
-1.000 mm
-125 mm
-100 mm
-75 mm
-50 mm
-25 mm
-25 mm
-0 mm
-50 mm
-75 mm
-100 mm
-0 mm
-200 mm
Mic-101
Mic-25
-125 mm
0 mm až 60 mm
350 mm
-0 mm
-25 mm
-200 mm
-50 mm
-400 mm
ausgerichtete
Platte
Vyrovnan· plocha
Vyrovnan· plocha
-600 mm
-75 mm
-100 mm
-800 mm
Trubka φ 27 mm
Rohr
¯ 10
mm
Trubka
φ 10
mm
-125 mm
-1.000 mm
-1.200 mm
-150 mm
1300 mm
250 mm
Slepá zóna
Dosah
Mezní hodnota dosahu
-175 mm
-1.400 mm
-200 mm
-1.600 mm
-225 mm
-1.800 mm
-250 mm
-2.000 mm
-275 mm
-2.200 mm
-300 mm
-2.400 mm
-325 mm
-2.600 mm
-350 mm
-2.800 mm
-375 mm
-3.000 mm
0 mm až 30 mm
250 mm
350 mm
Velice zúžený signál zvláště vhodný pro měření hladin v malých nádržích a vzdáleností
malých předmětů.
Slepá zóna
0 mm až 200 mm
Dosah
1300 mm
Mezní hodnota dosahu 2000 mm
Zásady ultrazvukové detekce
Příklady aplikací
-1.600 mm
-2.000 mm
-1.200 mm
-400 mm
-800 mm
-0 mm
-400 mm
-800 mm
-1.200 mm
-1.600 mm
-2.000 mm
Mic-301
-0 mm
-400 mm
Standardní režim - senzor přiblížení
Přiblíží-li se předmět k čidlu na vzdálenost menší než nastavenou, dojde
k aktivaci výstupu. Detekční vzdálenost je svázána s nastavitelnou hysterezí.
Detekce není závislá na barvě předmětu, pozadí předmětu je zcela potlačeno.
Vyrovnan· plocha
-800 mm
-1.200 mm
-1.600 mm
Trubka φ 27 mm
-2.000 mm
-2.400 mm
Aktivní
výstup
Neaktivní výstup
-2.800 mm
-3.200 mm
3500 mm
-3.600 mm
-4.000 mm
-4.400 mm
Nastavená vzdálenost detekce
-4.800 mm
-5.200 mm
-5.600 mm
-6.000 mm
Slepá zóna
0 mm až 350 mm
Dosah
3400 mm
Mezní hodnota dosahu 5000 mm
-3.000 mm
-2.400 mm
-1.800 mm
-600 mm
-1.200 mm
-0 mm
-600 mm
-1.200 mm
-2.400 mm
-1.800 mm
-3.000 mm
Mic-601
Režim okénkového komparátoru
Výstup je aktivován, je-li předmět uvnitř okna definovaného dvěmi mezními
hodnotami. Tak lze například kontrolovat sprvnou velikost lahví v krabicích.
Příliš vysoké nebo příliš nízké lahve budou vyloučeny.
Neaktivní
výstup
Aktivní
výstup
Neaktivní
výstup
-0 mm
-600 mm
-1.200 mm
Nastavená
vzdálenost
detekce
Vyrovnan· plocha
-1.800 mm
-2.400 mm
Trubka φ 27 mm
-3.000 mm
-3.600 mm
-4.200 mm
-4.800 mm
-5.400 mm
6000 mm
-6.000 mm
-6.600 mm
Režim s potlačeným popředím
Potlačení rušivých ozvěn pocházejících z hran ležících mezi čidlem a
předmětem. Při plnění lahví a měření maxima hladiny lze takto například
potlačit ozvěnu ze zúženého hrdla.
-7.200 mm
-7.800 mm
-8.400 mm
-9.000 mm
Slepá zóna
0 mm až 800 mm
Dosah
6000 mm
Mezní hodnota dosahu 8000 mm
Velký dosah pro měření hladin v silech a nádržích.
Potlačení
ozvěny
Vyloučení aktivace
výstupu rušivou
ozvěnou
Aktivní
výstup
Nastavená
vzdálenost
detekce
Neaktivní
výstup
Zásady ultrazvukové detekce
Definice pojmů
Reflexní režim
Funkce podobná jako u reflexní optické závory. Čidlo pracuje v režimu
okénkového komparátoru tak, aby odrazová plocha (např.plech) byla uvnitř
okna. Výstup čidla je aktivní, jakmile nějaký předmět plně zakryje odrazovou
plochu. Přitom není důležité, zda předmět zvuk plně absorbuje nebo naopak
odráží. Tato funkce je využívána zejména u obtížně snímatelných materiálů
jako např. pěnových hmot.
Předmět
Nastavitelná vzdálenost
dosahu
0
Nastavený
aktivní výstup *
Slepá zóna
Dosah
Mezní dosah
*absence předmětu = neaktivní výstup
Odrazová
Nastavené plocha
okno
Čidla s analogovým výstupem
Ultrazvuková čidla s analogovým výstupem mají výstupní signál buď proudový
(4 – 20mA) nebo napěťový (0 – 10V). Typ výstupního signálu je určen hodnotou zatěžovacího odporu. Pro Rz ≤ 500Ω je výstup proudový,pro Rz ≥ 10kΩ je výstup napěťový. Hodnota
výstupního signálu může být přímo úměrná nebo nepřímo úměrná vzdálenosti. Čidla jsou
využívána např. pro spojité měření výšky hladiny.
Kabely k ultrazvukovým čidlům Microsonic
2metrový kabel
5metrový kabel
bez kabelu
přímé
pravoúhlé
4-pól
KST4G-2
KST4A-2
5-pól
KST5G-2
KST5A-2
4-pól
KST4G-5
KST4A-5
5-pól
KST5G-5
KST5A-5
4-pól
STG4
5-pól
STG5
Kabel - obal je z PVC, 4x0,34mm2 nebo 5x0,25mm2.
Lineární
výstup
4mA
Nastavené
analogové
okno
20mA
Zapojení konektorů s kabelem
(1)
Hnědá
(2)
Bílá
(3)
Modrá
(4)
Černá
(5)
Šedá
1
2
1
4
3
4
5
2
3
Ultrazvuková čidla
M30x1,5
φ65
φ47,5
M30x1,5
Tvar
M30x128
M30x128
M30x128
M30x136
M30x140
Jmen. dosah Sn (mm)
30 až 250
60 až 350
200 až 1300
350 až 3400
800 až 6000
Obal
Nastavení dosahu
14
0
48
73
73
M30x1,5
13
6
12
8
12
8
12
8
73
M30x1,5
M30x1,5
TlaËÌtko T2
Dioda D2
Dioda D1
TlaËÌtko T1
TlaËÌtko T2
Dioda D2
Dioda D1
TlaËÌtko T1
TlaËÌtko T2
Dioda D2
Dioda D1
TlaËÌtko T1
TlaËÌtko T2
Dioda D2
Dioda D1
TlaËÌtko T1
48
TtlaËÌtko T2
Dioda D2
Dioda D1
TlaËÌtko T1
mosaz-nikl
mosaz-nikl
mosaz-nikl
mosaz-nikl
mosaz-nikl
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
5-pól. konektor
5-pól. konektor
5-pól. konektor
5-pól. konektor
5-pól. konektor
Připojení
Objednací číslo ss verze
PNP NO / NC
mic-25/D/HV/M30
mic-31/D/HV/M30
mic-101/D/HV/M30
mic-301/D/HV/M30
mic-601/D/HV/M30
2PNP NO / NC
mic-25/DD/HV/M30
mic-31/DD/HV/M30
mic-101/DD/HV/M30
mic-301/DD/HV/M30
mic-601/DD/HV/M30
Analogový výstup
mic-25/IU/HV/M30
mic-31/IU/HV/M30
mic-101/IU/HV/M30
mic-301/IU/HV/M30
mic-601/IU/HV/M30
(4-20mA/0-10V)
Min. / Max. nap. napětí
12 až 30Vss
12 až 30Vss
12 až 30Vss
12 až 30Vss
12 až 30Vss
Max zatěžovací proud (Ia)
500 mA
500 mA
500 mA
500 mA
500 mA
Frekvence ultrazvuková
320kHz
400kHz
200kHz
120kHz
80kHz
Opakovatelná přesnost
±1mm
±1mm
±2mm
±3mm
±4mm
Časová odezva analog.výst.
40ms
55ms
70ms
130ms
225ms
Třída krytí
Napájecí proud bez zátěže
IP65
IP65
IP65
IP65
IP65
≤60mA (≤70mA verze UI)
≤60mA (≤70mA verze UI)
≤60mA (≤70mA verze UI)
≤60mA (≤70mA verze UI)
≤60mA (≤70mA verze UI)
-20 až +70oC
-20 až +70oC
-20 až +70oC
-20 až +70oC
-20 až +70oC
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
Provozní teplota
Indikátor 3-barevná LED
Ochrana proti zkratu
a přepólování
1 (Hnědá) +V
1 (Hnědá) +V
(+)
(+)
2 (Bílá)
2 (Bílá) výstup D1
5 (Šedá) komunikace
5 (Šedá) komunikace
Zapojení mic-xxx/D
Zapojení mic-xxx/DD
4 (Černá) výstup D
4 (Černá) výstup D2
Rz
Rz
3 (Modrá) 0V
Rz
3 (Modrá) 0V
(-)
1 (Hnědá) +V
(-)
(+)
2 (Bílá) výstup IU
5 (Šedá) komunikace
Zapojení mic-xxx/IU
4 (Černá)
Rz
3 (Modrá) 0V
(-)
PIN č.
Typ D
Typ DD
Typ IU
Barva vodiče
1
2
3
4
5
+V
0V
Výstup
Komunikace s PC
+V
Výstup 1
0V
Výstup 2
Komunikace s PC
+V
Analog.
0V
Komunikace s PC
Hnědá
Bílá
Modrá
Černá
Šedá
2
1
5
3
4
Ultrazvuková čidla
Tvar
Jmen. dosah Sn (mm)
Obal
Nastavení dosahu
M30x84
M30x84
M30x84
M30x102
M30x105
30 až 250
60 až 350
200 až 1300
350 až 3400
800 až 6000
mosaz-nikl
mosaz-nikl
mosaz-nikl
mosaz-nikl
mosaz-nikl
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
tlačítky nebo přes PC
5-pól. konektor
5-pól. konektor
5-pól. konektor
5-pól. konektor
5-pól. konektor
Připojení
Objednací číslo ss verze
PNP NO / NC
mic+25/D/TC
mic+35/D/TC
mic+130/D/TC
mic+340/D/TC
mic+600/D/TC
2PNP NO / NC
mic+25/DD/TC
mic+35/DD/TC
mic+130/DD/TC
mic+340/DD/TC
mic+600/DD/TC
mic+25/IU/TC
mic+35/IU/TC
mic+130/IU/TC
mic+340/IU/TC
mic+600/IU/TC
mic+25/DIU/TC
mic+35/DIU/TC
mic+130/DIU/TC
mic+340/DIU/TC
mic+600/DIU/TC
Analogový výstup
(4-20mA/0-10V)
PNP NO/NC - analog. výstup
(4-20mA/0-10V)
Min. / Max. nap. napětí
9 až 30Vss
9 až 30Vss
9 až 30Vss
9 až 30Vss
9 až 30Vss
Max. zatěžovací proud (Ia)
200 mA
200 mA
200 mA
200 mA
200 mA
Frekvence ultrazvuková
320kHz
400kHz
200kHz
120kHz
80kHz
Opakovatelná přesnost
±0,15%
±0,15%
±0,15%
±0,15%
±0,15%
Časová odezva analog.výst.
50ms
70ms
110ms
180ms
240ms
Třída krytí
IP67
IP67
IP67
IP67
IP67
≤80mA
≤80mA
≤80mA
≤80mA
≤80mA
Napájecí proud bez zátěže
-25 až +70oC
-25 až +70oC
-25 až +70oC
-25 až +70oC
-25 až +70oC
3-digitový displej LED, 2 tříbarevné LED
3-digitový displej LED, 2 tříbarevné LED
3-digitový displej LED, 2 tříbarevné LED
3-digitový displej LED, 2 tříbarevné LED
3-digitový displej LED, 2 tříbarevné LED
ano
ano
ano
ano
ano
Provozní teplota
Indikace
Ochrana proti zkratu
a přepólování
1 (Hnědá) +V
1 (Hnědá) +V
(+)
5 (Šedá) komunikace
5 (Šedá) komunikace
Zapojení mic+xxx/D
Zapojení mic+xxx/DD
4 (Černá) výstup D
4 (Černá) výstup D2
Rz
Rz
3 (Modrá) 0V
Rz
3 (Modrá) 0V
(-)
1 (Hnědá) +V
(-)
1 (Hnědá) +V
(+)
(+)
2 (Bílá) výstup IU
2 (Bílá) výstup IU
Zapojení mic+xxx/IU
(+)
2 (Bílá) výstup D1
2 (Bílá)
5 (Šedá) komunikace
5 (Šedá) komunikace
4 (Černá)
4 (Černá) výstup D
Zapojení mic+xxx/DIU
Rz
Rz
3 (Modrá) 0V
Rz
3 (Modrá) 0V
(-)
PIN č.
Typ D
Typ DD
Typ IU
Typ DIU
Barva vodiče
1
2
3
4
5
+V
0V
Výstup D
Komunikace s PC
+V
Výstup D1
0V
Výstup D2
Komunikace s PC
+V
Analogový IU
0V
Komunikace s PC
+V
Analogový IU
0V
Výstup D1
Komunikace s PC
Hnědá
Bílá
Modrá
Černá
Šedá
(-)
2
1
5
3
4
microsonic
zws, jedno z nejmenších ultrazvukových čidel
Nové ultrazvukové čidlo zws
je nejmenší v kvádrovém provedení s tlačítkem "Teach-in"
Hlavní přednosti
l Nejmenší ultrazvukové čidlo v kvádrovém provedení ::: umožňuje nová řešení
l Krabička je podobná jako u fotoelektrických čidel ::: vhodná alternativa pro kritická řešení
l 0.20mm rozlišení ::: pro přesné měření vzdálenosti
l Podstatně zúžené pole detekce ::: pro lepší rozlišení v prostoru
l Ukládání do paměti snímaných bodů tlačítkem "Teach-in" ::: použití horního zabudovaného tlačítka
l Volitelná funkce spínání ::: použitím tlačítka "Teach-in"
l Synchronizace ::: pro současný provoz několika čidel v malém prostoru
l Verze s PNP a NPN logikou ::: zpracování signálů pod naprostou kontrolou
l Provozní napětí 20-30V ss
::: použití různých zdrojů
l Konektor M8x1 ::: pro snadné a rychlé připojení
Ultrazvuková čidla
0.15 m
Miniaturní rozměry
Řízení výstupu
čidla pouhých 20 x 32 x 12mm.
Kolík 2 na konektoru lze použít k
blokování čidla
Start
synchronizaci libovolného počtu
čidel. Na řídící vstup se přivede
–UB
impuls obdelníkového průběhu a
Tlačítko "Teach-in"
blokování čidla
+UB
t i > 150 µs
8 ms < t p < 1 s
šířky t i > 150 µs mezi (opakovací
Tlačítko na horní straně čidla umož-
doba může být v rozsahu od 8ms
ňuje snadné nastavení vzdálenosti
detekce. Stačí umístit snímaný předmět na požadovanou vzdálenost od
Externí synchronizační signál
do 1s.
Úroveň H na synchronizačním
vstupu blokuje funkci čidla.
čidla a stisknout tlačítko "Teach-in"
Zóna detekce
na 3 sekundy.
u zws se podstatně zmenšil průměr detekční zóny.
Stisknutí tlačítka "Teach-in"
Rovněž slepá zóna je omezena
10 sekund, mění se režim výstupní
funkce mezi spínáním a rozpínáním.
na pouhých 20mm.
Zúžené pole detekce ultrazvukem
1 hnědý
U
Verze s výstupem
2 bílý
4 černý
3 modrý
+ UB
Řídící vstup
D
- UB
PNP a NPN
Jmenovitý dosah
Slepá zóna
Jmenovitý dosah
Maximální dosah
Úhel rozptylu signálu
Frekvence ultrazvuková
Rozlišení
Opakovatelná přesnost
Přesnost
Napájecí napětí UB
Max. zvlnění UB
Proudová spotřeba bez zátěže
Krabička
Třída krytí podle EN 60 529
Připojení
Ovládání
Indikace
Programovatelnost
Synchronizace
Provozní teplota
Skladovací teplota
Hmotnost
Spínání výstupu
Hystereze spínání
Frekvence spínání
Časová odezva
Čas zotavení po připojení
Objednací číslo
20–150 mm
20–150 mm
20 mm
150 mm
250 mm
Viz. graf
380 kHz
0.20 mm
± 0.15%
Teplotní odchylka0.17%/°C
20-30 V ss, ochrana proti přepólování
± 10%
< 25 mA
ABS,Ultrazvukové čidlo: polyuretanová pěna,
pryskyřice epoxy s obsahem skla
IP 67
4-kolíkový konektor M8 s indikací
Tlačítko "Teach-in"
Zelená LED: provoz, žlutá LED: stav výstupu
Ne
Ano, externí
–20°C až +70°C
–40°C až +85°C
10 g
pnp, UB–2 V, Imax= 200 mA,
Volitelný NO/NC, chráněný proti zkratu
2 mm
25 Hz
40 ms
< 300 ms
zws-15/CD/HV/QS
20 mm
150 mm
250 mm
Viz. graf
380 kHz
0.20 mm
± 0.15%
Teplotní odchylka0.17%/°C
20-30 V ss, ochrana proti přepólování
± 10%
< 25 mA
ABS,Ultrazvukové čidlo: polyuretanová pěna,
pryskyřice epoxy s obsahem skla
IP 67
4-kolíkový konektor M8 s indikací
Tlačítko "Teach-in"
Zelená LED: provoz, žlutá LED: stav výstupu
Ne
Ano, externí
–20°C až +70°C
–40°C až +85°C
10 g
npn, –UB+2 V, Imax= 200 mA,
Volitelný NO/NC, chráněný proti zkratu
2 mm
25 Hz
40 ms
< 300 ms
zws-15/CE/HV/QS