Bild 01: Ultraschallsensoren der Serie UB*-F42 von Pepperl+Fuchs mit IO-Link in verschiedenen Ausführungen (Quelle:Pepperl+Fuchs)
Die Physik des Ultraschalls weist eine Reihe von prinzipiellen Stärken auf, die dem UB*-F42 (Bild 1) von Pepperl+Fuchs [1] wesentliche Vorteile gegenüber anderen Messverfahren verschaffen. Der Ultraschallsensor beruht auf einem Ultraschallwandler, in dem ein piezokeramisches Element mittels einer Membran kurze Schallimpulse generiert. Zugleich erfasst der Wandler auch das Echo dieser Impulse und nutzt es als Messgrundlage: Der Abstandswert zum Zielobjekt wird von der integrierten Elektronik aus der Zeitdifferenz zwischen Sende- und Echoimpuls berechnet.
Anders als etwa optische Signale lassen sich Schallwellen von Material, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des Zielobjekts nicht beeinträchtigen. Elektrische Felder und magnetische Induktionseffekte beeinflussen die Messung ebenso wenig, wie Dampf, Niederschlag, Staub und Anhaftungen. Der Sensor selbst ist ebenfalls gegen praktisch jede Art der Verschmutzung immun.
Einen weiteren Vorteil bietet die Ausbreitungscharakteristik der Schallwellen. Der ursprüngliche Impuls entspricht der Kreisform der Membran, doch der Durchmesser wird während der Ausbreitung kontinuierlich größer. Es entsteht eine sogenannte Schallkeule, die den Zielbereich nicht punktuell, sondern flächig „abtastet“. So ist auch bei unregelmäßigen Oberflächen, Aussparungen und durchbrochenen Konturen des Zielobjekts eine zuverlässige Detektion gewährleistet. Zudem erfolgt die Messung berührungslos und verschleißfrei; feste Objekte werden ebenso erfasst wie Flüssigkeitsspiegel und amorphe Massen.
Sensoren für das IIoT
Die Ultraschallsensoren der Serie UB*-F42 verbinden die bewährten Stärken des Messprinzips mit der Option der Kommunikation per IO-Link. Die integrierte Schnittstelle ermöglicht eine einfache Inbetriebnahme sowie Parametrierung der Geräte und eröffnet darüber hinaus den Zugriff auf sämtliche Sensorparameter sowie differenzierte Diagnose- und Prozessdaten. Über IO-Link können neben den eigentlichen Messwerten zahlreiche weitere Parameter, wie Betriebsstunden, Temperatur oder Gerätestatus, abgerufen werden. Zugleich wird die durchgängige Kommunikation zwischen dem Feldgerät und allen übergeordneten Ebenen möglich. Zusammen mit der zur Verfügung stehenden Datenvielfalt ist das die Grundlage für die Einbindung der Sensoren in das IIoT und Industrie-4.0-Umgebungen.
Die Hardware der Serie UB*-F42 wurde ebenfalls für den industriellen Einsatz in rauen Umgebungen optimiert. Das Gerätekonzept hat sich bereits bei den gleichnamigen Produkten der Vorgängerserie sowie der konzeptionell identischen K0-Serie über viele Jahre und in zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen bewährt. Bei der Entwicklung der neuen Generation wurden an wesentlichen Punkten Verbesserungen implementiert. Eine davon ist das Ersetzen der Kunststoffstecker durch metallene Anschlüsse, um die mechanische Stabilität zu steigern. Mit IP67 weist das Gehäuse jetzt eine höhere Schutzart auf und gewährleistet hohe Dichtheit gegen Staub sowie Feuchtigkeit. Unverändert blieben dagegen die Abmessungen und Installationsvorrichtungen; zudem gibt es für den Austausch der konzeptidentischen K0-Geräte passende Adapterplatten. Die breite Auswahl aus zahlreichen verschiedenen Ausgangsvarianten bietet Optionen für alle gängigen Konstellationen. Außerdem weist die Serie eine große Reichweitenspanne auf – mit den Messbereichen 500 mm, 2 000 mm, 4 000 mm und 6000 mm.