Sensores ultrassônicos 101: Respostas a Perguntas Frequentes

sensor ultrassônico para detecção de nível

Imagem: Sensor ultrassônico para detecção de nível

Resumo: Os sensores ultrassônicos usam energia elétrica e um transdutor cerâmico para emitir e receber energia mecânica sob a forma de ondas sonoras. As ondas sonoras são essencialmente ondas de pressão que viajam através de sólidos, líquidos e gases e podem ser usadas em aplicações industriais para medir distância ou detectar a presença ou ausência de alvos. Estas perguntas e respostas abordam algumas dúvidas comuns sobre sensores ultrassônicos, teoria e terminologia. 

P: O que são sensores ultrassônicos?

]Sensores ultrassônicos são dispositivos de controle industrial que usam ondas sonoras acima de 20.000 Hz, além do alcance da audição humana, para medir e calcular a distância desde o sensor até um objeto alvo especificado. 

P: Como funciona um sensor ultrassônico?

O sensor possui um transdutor cerâmico que vibra quando a energia elétrica é aplicada a ele. As vibrações comprimem e expandem moléculas de ar em ondas desde a face do sensor até um objeto alvo. Um transdutor transmite e recebe som. O sensor ultrassônico medirá a distância emitindo uma onda de som e depois "ouvindo" por um período de tempo definido, permitindo o eco de retorno da onda sonora que volta do alvo antes de retransmitir.  

P: Quando devo usar um sensor ultrassônico?

Como os sensores ultrassônicos usam o som em vez da luz para detecção, eles funcionam em aplicações onde os sensores fotoelétricos não podem. Os sensores ultrassônicos são uma ótima solução para a detecção de objetos transparentes e para a medição de nível de líquido, aplicações que os sensores fotoelétricos têm dificuldades por causa da translucidez do alvo. A cor e/ou a refletividade do alvo não afetam os sensores ultrassônicos que podem funcionar de forma confiável em ambientes de alto brilho.

P: Quando devo usar um sensor ultrassônico em vez de um sensor óptico?

Os sensores ultrassônicos oferecem vantagens ao detectar objetos transparentes, nível de líquido ou superfícies altamente refletivas ou metálicas. Os sensores ultrassônicos também funcionam bem em ambientes úmidos já que um feixe óptico pode refrear as gotículas de água. No entanto, sensores ultrassônicos são suscetíveis a flutuações de temperatura ou vento. Com sensores ópticos, você também pode ter um feixe de tamanho pequeno, resposta rápida e em alguns casos, você pode projetar um ponto visível em um alvo para ajudar no alinhamento do sensor. 

P: Como os sensores ultrassônicos lidam com ruído e interferência?

Qualquer ruído acústico na frequência em que o sensor ultrassônico está recebendo pode interferir no desempenho desse sensor. Isso inclui ruídos de alta frequência como os criados por um apito, silvos de válvulas de alívio, ar comprimido ou dispositivos pneumáticos. Você também pode ter interferência acústica se posicionar dois sensores ultrassônicos na mesma frequência próximos. Outros tipos de ruído, ruído elétrico, não são exclusivos dos sensores ultrassônicos.

P: Que condições ambientais afetam um sensor ultrassônico?

A flutuação da temperatura afeta a velocidade das ondas sonoras de um sensor ultrassônico. À medida que a temperatura aumenta, as ondas de som partem e retornam mais rápido do alvo. Embora o alvo não tenha mudado, para o sensor parecerá que o alvo está mais próximo.  As correntes de ar causadas por equipamentos pneumáticos ou ventiladores também podem desviar ou perturbar o caminho da onda ultrassônica. Isso pode levar um sensor a não reconhecer a localização correta de um alvo.

P: Por que eu preciso deixar meu sensor ultrassônico aquecer antes de operá-lo?

O sensor ultrassônico não deve ser configurado ou operado até que tenha tido a chance de aquecer. Quando um sensor é ligado pela primeira vez, os componentes individuais são aquecidos e também aquecem o espaço e os componentes ao redor. Essa flutuação na temperatura desde um início frio até a temperatura de operação é denominada "Espera de Aquecimento". Até que todos os componentes estabilizem-se à temperatura de operação correta, a precisão de suas medições pode ser afetada.  

P: O que é uma zona morta?

Uma zona morta refere-se à área diretamente à frente da face do transdutor, onde o sensor não pode fazer medições de forma confiável. Isso é devido a um fenômeno chamado transiente oscilatório. Transiente oscilatório é a vibração contínua do transdutor após o pulso de excitação. A energia deve se dissipar antes que o transdutor possa ouvir um eco de retorno. Lembre-se de posicionar seu alvo fora da zona morta especificada no seu sensor ultrassônico. 

P: Os sensores ultrassônicos são mais lentos do que os sensores fotoelétricos?

Sim. A velocidade do som é consideravelmente mais lenta do que a velocidade da luz, portanto, um sensor ultrassônico, por sua própria natureza, será mais lento do que um sensor óptico.

P: Que tipos de alvos devo evitar ao usar um sensor ultrassônico?

Os melhores alvos para uso com um sensor ultrassônico são superfícies grandes, planas e sólidas de materiais como metal, cerâmica, vidro ou madeira. O posicionamento deve ser sempre perpendicular ao sensor. Alvos de superfície macia ou irregular, como pallets, serragem ou espuma devem ser evitados.

P: Qual é a melhor maneira de detectar objetos posicionados aleatoriamente usando um ultrassom?

Programe o sensor para que o "fundo" seja sua condição boa. Ao programar uma superfície de fundo ultrassonicamente refletivo como a condição boa, qualquer objeto entre o sensor e o fundo será detectado, fazendo com que a saída seja alterada.

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