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Ratgeber

Ultraschallsensoren: Anwendung in verschiedensten Bereichen

Ultraschallsensoren übernehmen in unserer hoch technisierten Welt vielfältige Aufgaben. Das Einsatzspektrum reicht von der Einparkhilfe bei Kraftfahrzeugen über die berührungslose Messung von Füllständen bis zur Höhenmessung. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie Ultraschallsensoren funktionieren und was es beim Kauf zu beachten gilt.



Wo werden Ultraschallsensoren eingesetzt?

Ultraschall gibt es nicht nur beim Arzt, auch aus Industrie, Handwerk und Landwirtschaft ist er nicht mehr wegzudenken. Ein typisches Beispiel für den Einsatz von Ultraschallsensoren stellt die Einparkhilfe bei Kraftfahrzeugen dar. Die Sensoren werden meist in beiden Stoßstangen eingebaut und erfassen zuverlässig, wenn das Fahrzeug sich beim Ein- oder Ausparken einem Objekt nähert. Einige Hersteller koppeln das System mit einem Bremsassistenten, der das Fahrzeug automatisch stoppt, wenn es einer Wand oder einem anderen Auto zu nahe kommt. Moderne vollautomatische Parkassistenten wären ohne exakte Messung der Distanz via Ultraschall undenkbar. In industriellen und landwirtschaftlichen Anlagen finden Ultraschallsensoren Verwendung, um zuverlässig den Füllstand von Materialien und Flüssigkeiten zu ermitteln. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich etwa um Kies, toxische Chemikalien, Milch oder Getreide handelt.

Ultraschallsensoren sind ausgesprochen robust und widerstandsfähig und ermöglichen es, Messungen berührungslos vorzunehmen. In landwirtschaftlich eingesetzten Maschinen helfen sie beispielsweise dabei, während der Arbeit auf dem Feld den korrekten Abstand zum Boden einzuhalten. Kostspieligen Beschädigungen kann so vorgebeugt werden. In Lagerhäusern werden Gabelstapler oder Hubwagen mit solchen Sensoren ausgestattet, um im hektischen Arbeitsalltag Kollisionen zu vermeiden. An Schranken- und Toranlagen wird mittels Ultraschall-Sensor erfasst, wenn ein Fahrzeug passieren möchte. Die Öffnung kann dann vollautomatisch erfolgen. In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie werden einzelne Produkte wie Tabletten oder Flaschen mithilfe von Ultraschall gezählt. Eine Zählung funktioniert selbst dann zuverlässig, wenn das Förderband mit hoher Geschwindigkeit läuft. Darüber hinaus finden Ultraschall-Sensoren bei der Niveauregulierung von Flüssigkeiten oder Granulaten Anwendung.



Funktionsweise eines Ultraschallsensors

Ein Sensor, der mit Ultraschall arbeitet, kann berührungslos die Entfernung von Objekten messen. Damit das funktioniert, sendet der Sensor in regelmäßigen Abständen kurze und hochfrequente Schallimpulse aus, die sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft bewegen.
Sobald der emittierte Schall auf ein Objekt trifft, erfolgt eine Reflexion, die vom Sensor wieder aufgenommen wird. Anhand der Dauer, die ein Impuls vom Aussenden bis zum Erfassen des Echos benötigt, kann der Abstand zu einem Objekt errechnet werden. Ein Ultraschallsensor vereint in den meisten Fällen Sender und Empfänger in einem Gehäuse. Generell kann ein Ultraschall-Impuls von allen festen Materialien reflektiert werden. Optimal geeignet sind harte Oberflächen wie von Metall oder Holz. Diese reflektieren den überwiegenden Teil der ausgestrahlten Impulsenergie. Problematisch sind dagegen weiche Stoffe wie Schaumstoff, dünne Folien, Textilien oder schräg stehende Oberflächen.



Was muss ich beim Kauf von Ultraschallsensoren berücksichtigen?

Beim Kauf eines Ultraschallsensors sollten Sie die mögliche Reichweite beachten.
Zudem ist es wichtig, dass ein Sensor, der ersetzt werden muss, möglichst über die gleichen Spezifikationen verfügt wie sein Vorgänger, um Messungenauigkeiten zu vermeiden.
Beim Einsatz unter widrigen Bedingungen sollten Sie zu einem Sensor mit gekapseltem Gehäuse greifen. Auch der zulässige Temperaturbereich und die Beständigkeit gegenüber Vibrationen stellen wichtige Parameter dar, die bei der Anschaffung zu berücksichtigen sind.



Unser Praxistipp: Mindestabstand bei Ultraschallmessungen beachten!

Ein Ultraschallsensor sendet und empfängt Ultraschallimpulse. Allerdings kann er nicht beides zur gleichen Zeit tun. Aus diesem Grund gibt es vor dem Sensor eine Blindzone, in der keine Objekte erfasst werden können. Vor einer Messung sollten Sie daher den für das Sensor-Modell nötigen Mindestabstand in Erfahrung bringen.



FAQ – häufig gestellte Fragen zu Ultraschallsensoren

Was ist eigentlich Ultraschall?

Unter Ultraschall versteht man Frequenzen im Bereich oberhalb von 16 kHz. Dieser Bereich kann vom menschlichen Gehör nicht mehr wahrgenommen werden. Erzeugt wird Ultraschall durch Quarzkristalle. Um die Reichweite zu erhöhen, lassen sich die Impulse bündeln.

Wie genau ist eine Messung mit Ultraschall?

Generell lässt sich mit entsprechenden Sensoren eine hohe Genauigkeit erzielen. Wie genau die Messung tatsächlich ist, hängt vom Sensor selbst, aber auch von den vorherrschenden Umweltbedingungen ab. Luftdichte und Luftfeuchtigkeit beeinflussen ab einem bestimmten Wert die Reichweite der Ultraschall-Impulse. Zudem können hohe Temperaturen zu einer Verkürzung der Reichweite führen. Niederschläge in Form von Regen oder Schnee und ein Staubaufkommen haben in hoher Konzentration eine Reduzierung der Schallenergie zur Folge. Sehr starke Luftbewegungen können ebenfalls zu instabilen Messergebnissen führen.

Welche Vor- und Nachteile hat die Radartechnologie gegenüber Ultraschall?

Radar weist gegenüber Ultraschall einige Vorteile auf: Eine Blindzone muss beispielsweise nicht berücksichtigt werden. Außerdem werden Radarwellen nicht von Temperatur, Druck oder Windgeschwindigkeit beeinflusst. Auch eine Verschmutzung des Radarsensors hat keinen Einfluss auf dessen Funktionalität. Hinzu kommt, dass eine Messung mit Radar einen höheren Genauigkeitsgrad erreicht und der Messbereich deutlich höher als bei Ultraschall ausfällt. Dem entgegen steht ein deutlich höherer Anschaffungspreis für Radartechnik.

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