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Possibilità di impiego dei sensori ad ultrasuoni

Le possibilità di impiego dei sensori a ultrasuoni sono molteplici – che si tratti del classico rilevamento oggetti, di una precisa misurazione del livello o di una pratica misurazione della distanza.

Qui puoi trovare tante utili informazioni sulle diverse applicazioni realizzabili con i sensori a ultrasuoni. Lasciatevi ispirare dalle possibilità e scoprite al contempo i loro potenziali limiti.



StaalCloud Keyvisual

Se vuoi passare direttamente a tutti i sensori a ultrasuoni disponibili:

Vai ai sensori a ultrasuoni


1. Dove vengono impiegati gli ultrasuoni?

I sensori a ultrasuoni sono spesso considerati i "coltellini svizzeri" tra i sensori di posizione. Questo perché sono estremamente versatili e per le loro numerose possibilità di impiego.

Contrariamente ai sensori ottici, i sensori a ultrasuoni sono in grado di rilevare diverse sostanze tra cui liquidi, merci sfuse, sostanze solide e oggetti trasparenti o colorati, come il vetro.

Inoltre, si distinguono per la capacità di rilevare con precisione oggetti in avvicinamento e in allontanamento. Rispetto ai sensori ottici, i sensori a ultrasuoni sono anche meno sensibili a polvere o nebbia, pertanto si possono usare anche nelle aree di impiego più gravose.

1.2 Tre possibilità di impiego dei sensori ad ultrasuoni

I sensori a ultrasuoni devono il nome al cosiddetto principio degli ultrasuoni, che è alla base del loro funzionamento. Inviano onde sonore e misurano le onde riflesse calcolando il tempo che intercorre tra il segnale a ultrasuoni inviato e la ricezione del segnale riflesso. Con la misurazione del tempo è possibile capirre la posizione degli oggetti, la distanza e le caratteristiche della sostanza.

In linea di massima si possono individuare tre ambiti di applicazione per i sensori a ultrasuoni.

  1. Rilevamento oggetti
  2. Misurazione del livello
  3. Misurazione della distanza

2. Sensori a ultrasuoni per il rilevamento di oggetti

Un'applicazione comune dei sensori a ultrasuoni è il rilevamento di oggetti in tempo reale.

Le migliori condizioni sono date dagli oggetti duri e lisci, che riflettono bene il suono. Ad esempio materiali come metallo, ceramica o vetro. Il colore e la trasparenza del target non influiscono sulla capacità del sensore di rilevare oggetti. Sono numerosi e diversi gli oggetti rilevabili.

I materiali morbidi, come il feltro e l'espanso assorbono il suono, pertanto non sono adatti. Va prestata particolare attenzione anche alle condizioni ambientali con effetto fonoassorbente, in quanto potrebbero compromettere i risultati dei rilievi.

Insomma, si può dire che i sensori a ultrasuoni sono la scelta migliore per rilevare oggetti in modo flessibile, versatile e con attenzione alla spesa. Inoltre, i sensori a ultrasuoni convincono per la facilità di installazione, manutenzione e uso. Occorre fare solo attenzione che siano installati in senso trasversale rispetto all'oggetto da misurare.

2.1 Vantaggi e limiti nel rilevamento di oggetti con i sensori a ultrasuoni

Vantaggi: Limiti: Esempi di soluzioni alternative:
  • Utilizzabile per diverse sostanze
  • Rilevamento di oggetti senza contatto e senza usura anche colorati o trasparenti
  • Misurazione in tempo reale
  • Diverse distanze disponibili
  • Ridotta tendenza a guastarsi
  • Facile manipolazione
  • Facile installazione e manutenzione
  • Soluzione economica
  • Inadatto per oggetti fonoassorbenti

    (ad es. feltro, espanso, sabbia)

  • Rilevamento ridotto di oggetti spigolosi e molto piccoli
  • Limitata capacità di rilevare oggetti in movimento rapido
  • Misurazione imprecisa in caso di condizioni ambientali che incidono sulla trasmissione dei suoni

    (ad es. rumori forti, vento e pioggia, elevata umidità dell'aria)

  • Richiede un posizionamento e un orientamento verticale specifici rispetto all'oggetto da rilevare

I sensori a ultrasuoni per rilevaree oggetti si trovano qui:

Vai ai sensori a ultrasuoni per il rilevamento di oggetti
Fig. 1: Un sensore a ultrasuoni utilizzato in un parcheggio coperto per rilevare la presenza di motociclisti

Fig. 1: Un sensore a ultrasuoni utilizzato in un parcheggio coperto per rilevare la presenza di motociclisti

2.2 Rilevamento oggetti – Esempio di applicazione:
Rilevamento affidabile di motociclisti davanti a una barra di transito

Situazione:

in un parcheggio coperto si possono rilevare non soltanto le auto, ma anche i motociclisti in modo affidabile davanti a una sbarra di accesso. In passato ci sono stati casi di sbarre ch si sono abbassate al momento sbagliato o malfunzionamenti che hanno provocato ritardi e disguidi per gli utenti. Questi inconvenienti d'ora in poi saranno solo un ricordo.

La nostra soluzione per te:

I sensori ottici rispetto agli ultrasuoni come le barriere fotoelettriche e i sensori laser sono limitati rilevamento dei motociclisti, in quanto rilevano solamente una ridotta superficie del veicolo e a causa dell’installazione in combinazione con l'altezza da terra possono comprometterne la precisione.

I sensori a ultrasuoni sono un valido aiuto in questo caso perché in queste situazioni rilevano senza problemi la presenza dei motociclisti. In combinazione con un relè temporizzato è anche possibile fissare un momento preciso per l'abbassamento della sbarra non appena il veicolo non viene più rilevato dalle onde degli ultrasuoni.


3. Impiego di sensori a ultrasuoni per la misurazione del livello

I sensori a ultrasuoni trovano un'ampia applicazione anche nella misurazione del livello, in quanto sono adatti per un rilevamento preciso della maggior parte delle sostanze in tempo reale.

Le condizioni eccezionali sono date dai serbatoi con superfici lisce, che riflettono bene i suoni , come ad esempio i serbatoi metallici o di vetro. Soltanto i materiali in schiuma o con contenuti porosi e le sostanze fortemente riflettenti o fonoassorbenti possono compromettere la misurazione.

Inoltre, è meglio un utilizzo non ottimale in condizioni ambientali quando si influisce sulla trasmissione dei suoni, come forti oscillazioni di temperatura, vibrazioni o rumori possano incidere sulle prestazioni dei sensori a ultrasuoni. Al di là di questi potenziali limiti prevedibili, i sensori a ultrasuoni sono una soluzione efficace per misurazioni del livello precise in diversi ambiti industriali.

Sono pochi gli altri sensori con una flessibilità e una versatilità simile a quella dei sensori a ultrasuoni per il rilevamento del livello.

Grazie al funzionamento senza contatto, i sensori a ultrasuoni, non entrando per nulla in contatto con il target, consentono di evitare in modo efficace le impurità della sostanza. Questa caratteristica li rende particolarmente adatti ad applicazioni nell'industria alimentare e farmaceutica, dove è necessario attenersi a rigidi standard igienici e qualitativi.

La mancanza del contatto con la sostanza contribuisce anche a evitare l'usura e la necessità di manutenzione dei sensori.

Altre caratteristiche eccezionali sono la facile possibilità di installazione, tenendo conto che vanno posizionati in senso perpendicolare rispetto all'oggetto e la facilità d'uso.

3.1 Possibilità e limiti della misurazione del livello tramite sensori a ultrasuoni

Vantaggi: Limiti: Esempi di soluzioni alternative:
  • Adatto alla maggior parte dei materiali
  • Precisione grazie al rilievo in tempo reale
  • Copertura di ampi range di misura
  • Funzionamento senza contatto e senza usura
  • Facile da installare e da sottoporre a manutenzione
  • Conveniente
  • Misurazione alterata da sostanze fluide e merci sfuse

    con proprietà fonoassorbenti (ad es. oli lubrificanti e combustibili densi e pesanti, fango, ghiaia, sabbia fine, terra) e oggetti fortemente riflettenti

  • Precisione di misura limitata da condizioni ambientali esterne

    (ad es. serbatoio fonoassorbente, forti oscillazioni di temperatura)

  • Normalmente è necessario un orientamento verticale e un posizionamento specifico rispetto alla sostanza

I sensori a ultrasuoni per la misurazione del livello si trovano qui:

Vai ai sensori a ultrasuoni per la misurazione del livello


Sensori di livello radar Staal Instruments e StaalCloud: una combinazione forte per il monitoraggio da remoto

Fig. 2: Un sensore a ultrasuoni misura il livello senza la necessità di avere capacità di programmazione

3.2 Misura del livello – Esempio di applicazione:
Controllo automatizzato della pompa sulla base del livello

Situazione:

Cerchi una soluzione per misurare e monitorare facilmente il livello di serbatoi, pozzi o vasche? Che possa anche avviare automaticamente una pompa di riempimento e svuotamento se necessario? Ma non avendo capacità di programmazione oppure non sufficienti non hai mai optato per questa soluzione?

La nostra soluzione per te:

Possiamo tranquillizzarti! Per realizzare i tuoi desideri non serve alcuna conoscenza di programmazione.

Basta abbinare un sensore a ultrasuoni con un display multifunzione con uscita di commutazione. Attraverso il sensore si rileva il livello della sostanza che viene inviato come segnale al display. Questo a sua volta interpreta il segnale di misura e indica in tempo reale il valore massimo.

L'uscita di commutazione è necessaria per poter collegare il comando pompa desiderato. Con questa aggiunta, se necessario è anche possibile realizzare altre applicazioni automatiche, come ad esempio il controllo delle valvole magnetiche o l'accensione/lo spegnimento delle luci.

Gli ambiti di applicazione sono svariati.


4. Applicazione di sensori a ultrasuoni per la misurazione delle distanze

Rispetto alle soluzioni classiche, come i sensori laser, i sensori a ultrasuoni sono un'alternativa conveniente per misurare la distanza. Consentono una misurazione della distanza in tempo reale con diverse portate e sono la soluzione ottimale per rilevare oggetti con superfici lisce che riflettono i suoni, come metallo o vetro oppure per liquidi con elevata capacità riflettente, come acqua e olio.

La misurazione della distanza avviene senza contatto, il che consente di ridurre al minimo i segni di usura. In mancanza di un contatto meccanico con l'oggetto da rilevare, anche la manutenzione ordinaria e straordinaria è trascurabile. Infatti sono sufficienti i normali controlli di funzionamento di routine e una pulizia regolare del sensore, di modo che sporcizia e depositi non compromettano il rilevamento.

Nel misurare le distanze, i sensori a ultrasuoni dimostrano i propri limiti soltanto in presenza di condizioni esterne che incidono sulla trasmissione dei suoni, come forte pioggia, vento, oscillazioni di temperatura o un'elevata umidità dell'aria. In questi casi potrebbero verificarsi differenze di misura.

Anche gli oggetti o le sostanze che assorbono i suoni come l'espanso oppure gli oggetti con superficie porosa possono costituire un problema per i sensori e richiedere il ricorso a soluzioni alternative.

Un altro vantaggio dei sensori a ultrasuoni è la facile installazione, che richiede soltanto l'orientamento verticale e l'assenza di ostacoli verso il target.

4.1 Vantaggi e limiti di utilizzo dei sensori a ultrasuoni per il rilevamento della distanza

Vantaggi: Limiti: Esempi di soluzioni alternative:
  • Compatibilità con molti oggetti e sostanze
  • Rilevamento affidabile in tempo reale
  • Diverse portate disponibili
  • Rilevamento a distanza senza contatto quindi senza usura
  • Facile installazione e manutenzione
  • Soluzione conveniente
  • Misurazione imprecisa in presenza di oggetti fortemenete riflettenti o target fonoassorbenti

    (ad es. espanso, feltro, blocchi di cemento porosi)

  • Possibili differenze di misura in caso di condizioni ambientali che interferiscono con la trasmissione del suono

    (ad es. forte vento, pioggia, rumore, oscillazioni di temperatura, elevata umidità dell'aria, blocchi di cemento intorno all'area

  • Limitazioni nel rilevamento di oggetti che si muovono velocemente

  • Necessità i un orientamento verticale e senza ostacoli e posizionamento preciso rispetto all'oggetto da rilevare

I sensori a ultrasuoni per la misurazione della distanza si trovano qui:

Vai ai sensori a ultrasuoni per la misurazione della distanza


Fig. 3: Alternativa ai sensori della distanza: sensori a ultrasuoni

Fig. 3: Alternativa ai sensori della distanza: sensori a ultrasuoni

4.2 Misurazione della distanza – Esempio di applicazione:
Assistenza alla retromarcia per autocarri durante il carico

Situazione:

Per gli autisti, spesso la visuale sul retro è un problema e soprattutto la retromarcia può rivelarsi una manovra complicata. In particolare quando viene caricato l'autocarro, a volte possono verificarsi danni o infortuni.

Non devono più essere all'ordine del giorno. Prima che tutti gli autocarri siano dotati di costosi assistenti alla retromarcia, è possibile ricorrere a una soluzione economica.

La nostra soluzione per te:

Per migliorare le manovre di retromarcia, è possibile usare i sensori a ultrasuoni come assistenti alla retromarcia. Si installano lungo le rampe di carico e misurano con precisione la distanza tra autocarro e rampa. Infine, inoltrano i dati in tempo reale, ad esempio a una colonnina segnaletica.

In combinazione con una colonnina segnaletica è possibile inoltre che l'autista visualizzi la distanza. Una spia verde segnala ad esempio che la distanza va bene, mentre una spia rossa indica che l'autocarro è troppo vicino alla rampa. Con una colonnina di segnalazione con segnalatore acustico è possibile usare i segnali acustici per accompagnare le varie fasi.


5. Prospettive: altre possibilità di impiego potenziali per i sensori a ultrasuoni

Sensori di livello radar Staal Instruments e StaalCloud: una combinazione forte per il monitoraggio da remoto

Fig. 4 Esempi di campi di applicazione per sensori a ultrasuoni

Ora hai visto un paio di esempi su come puoi utilizzare i sensori a ultrasuoni. Danno soltanto un'idea sul potenziale dei sensori. Le possibilità di impiego sono praticamente illimitate. Ecco un altro assaggio delle possibili applicazioni dei sensori a ultrasuoni:

  • Misurazione di diametri ad es. di tubi, cavi od oggetti cilindrici
  • Misurazione di oggetti in riferimento ad altezza e larghezza
  • Rilevamento bordi di oggetti piatti per un posizionamento preciso nei processi di produzione
  • Controlli dell'usura funi nell'industria pesante o della navigazione o negli ascensori per aumentare la sicurezza
  • Posizionamento robot nei dispositivi medici o nell'automazione di processo
  • Impiego su estrusori per garantire lo spessore e la qualità perfetti
  • Monitoraggio di supporti per carichi o serbatoi di trasporto per garantire la sicurezza durante il trasporto

Questi esempi rivelano l'enorme versatilità e l'ampio spettro di applicazione dei sensori a ultrasuoni.

Dai controlli presenze ne più svariati scenari fino al controllo qualità di diversi materiali – la versatilità di questi sensori si nota in una vasta gamma di applicazioni. La versatilità di sensori a ultrasuoni non conosce praticamente limiti.


Che si tratti di rilevare oggetti, misurare il livello o la distanza, i sensori a ultrasuoni sono veri e propri strument universali adatti all'uso in tante applicazioni diverse. Non serve ricorrere sempre solo a soluzioni costose, dai un'occhiata alle possibilità di impiego flessibili offerte dai sensori a ultrasuoni. Ora conosci non solo i loro limiti, ma anche tutto il loro potenziale, che li rende utili per soluzioni non convenzionali per le vostre esigenze senza dover ricorrere ai prodotti classici e spesso anche più costosi. Scopri le possibilità di impiego dei sensori a ultrasuoni per i tuoi prodotti e rivoluziona i processi di misura oggi stesso!

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