La tecnologia di misura di livello con barriere a microonde, non a contatto con i prodotti da misurare, è la soluzione ideale per il rilevamento di tutti i tipi di solidi sfusi, polveri o merce in pezzi, dove i metodi a contatto mostrano i loro limiti. Come funzionano le sonde di livello con barriere a microonde e come applicare questa tecnologia? Ne parliamo qui di seguito!
Indice:
- Sonde di livello con barriere a microonde: principio di misura
- Soliwave FQR56/FDR56: sensore di livello con barriere a microonde di Endress+Hause
- Caso studio: monitoraggio sicuro dei processi di trasporto di solidi sfusi
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Il sistema di misura è composto da un emettitore e da un ricevitore. L’emettitore emette il segnale a microonde tramite un'antenna integrata. Il ricevitore, posizionato di fronte, rileva questo segnale e genera il segnale di uscita selezionato (relè, relè a stato solido o uscita in corrente 4-20 mA). La gamma del percorso è influenzata dai diversi tipi di materiali: l’attenuazione delle microonde dipende dalle caratteristiche elettriche del materiale attenuante.
Ad esempio, i materiali con capacità di condurre l'elettricità, come i metalli, riflettono le onde, mentre altri materiali con una conduttività inferiore le indeboliscono o vengono addirittura penetrate. L'attenuazione delle microonde si riduce al diminuire della costante dielettrica del materiale da attraversare.
La barriera a microonde Soliwave, composta da emettitore di microonde FQR56 e ricevitore FDR56, utilizza una procedura di rilevamento senza contatto. Può essere installata in serbatoi, condotti, pozzi, ed è possibile effettuare una misurazione dall'esterno se il materiale dei contenitori non è metallico, per via delle caratteristiche del principio di misura di cui abbiamo parlato al paragrafo precedente.
I principali solidi sfusi in cui è utilizzata questa tecnologia includono:
L'emettitore FQR56 e il ricevitore FDR56 sono trasmettitori compatti con alimentatore integrato. Il ricevitore ha un amplificatore di commutazione integrato aggiuntivo, che consente una facile installazione elettrica in loco.
La barriera a microonde ha un'uscita analogica opzionale (uscita di corrente 4-20 mA) per l'analisi di accumuli, incrostazioni e così via. Questo consente, ad esempio, di valutare l'andamento delle incrostazioni da "non contaminato" a "contaminato" (i limiti possono essere configurati singolarmente).
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Un cliente attivo nella lavorazione dei solidi sfusi sapeva che il monitoraggio stava diventando una condizione sempre più importante per il successo del proprio business. Infatti, l'industria della lavorazione dei solidi sfusi fa molto affidamento sulla lavorazione continua della materia prima, perché può ridurre le quantità di stoccaggio e quindi i costi operativi. L'importanza del monitoraggio del flusso di materiale è quindi in aumento.
Il cliente, combinando una barriera a microonde per il rilevamento del limite di livello e un indicatore di flusso per solidi sfusi (per il monitoraggio del flusso continuo di materiale), ha ottenuto una più chiara identificazione delle possibili interruzioni e delle fluttuazioni del processo.
Il focus della soluzione fornita è stato il monitoraggio dei punti di consegna come scivoli, imbuti e tubi di discesa che attualmente trasportano grandi masse in modo economico, da e verso le singole fasi del processo. Il flusso di materiale è generalmente monitorato nei punti di
consegna. I sensori senza contatto sono proprio adatti a questo scopo: da un lato identificano in modo affidabile un’interruzione o un calo della portata tramite un’interruzione nella fase di processo a monte, mentre dall'altro rilevano un accumulo nei solidi sfusi tramite interruzioni nella fase di processo a valle.
Nel dettaglio, sono state installate due apparecchiature:
- Solimotion FTR20
Con l'indicatore di flusso Solimotion FTR20 per solidi sfusi, è possibile monitorare un flusso di massa continuo in un punto di consegna. L'indicatore di flusso distingue tra il flusso di materiale che è presente o non presente. Utilizzando il segnale di uscita analogico 4-20 mA opzionale, i cambiamenti nel flusso di massa possono anche essere rilevati continuamente in modo che l’FTR20 riconosca immediatamente le condizioni mutevoli.
- Soliwave FQR56/FDR56
La barriera a microonde si è affermata come mezzo per rilevare senza contatto gli accumuli ai punto di consegna del processo.
In caso di errore durante il backup del materiale trasportato, questo provoca lo smorzamento del segnale a microonde e, una volta raggiunto un valore di soglia impostato, dopo un determinato tempo di ritardo attiva un segnale di commutazione.
I requisiti di monitoraggio definiti per quest’applicazione sono stati soddisfatti utilizzando la barriera a microonde FQR56/FDR56 combinata con l'indicatore di flusso FTR20 per solidi sfusi. Ecco la descrizione del processo.
Lo scivolo di consegna ad angolo trasporta le ceneri che cadono direttamente dal processo di combustione alla fase di processo successiva. Il materiale trasportato può talvolta agglomerarsi sullo scivolo e il prodotto è abrasivo. Oltre a un'interruzione della portata, che indica un’interruzione nel processo di combustione, è necessario evitare in tutti i casi un accumulo incontrollato che altrimenti avrebbe un’influenza negativa sul processo di combustione. Per questo sono stati installati una barriera a microonde e un indicatore di flusso per i solidi sfusi, in modo che entrambi gli errori possano essere identificati:
Errore 1: rottura della portata. Se c’è un'interruzione della portata all'interno dello scivolo (ad esempio se c'è un’interruzione nella fase di processo a monte), l’indicatore di flusso Solimotion FTR20 la rileva. In questo caso, la barriera a microonde Soliwave FDR56 / FQR56 non si attiva.
Errore 2: accumulo incontrollato. In caso di accumulo incontrollato (ad esempio se c’è un’interruzione nella fase di processo a valle), la barriera a microonde Soliwave FDR56/FQR56 commuta non appena il materiale entra nell’area di rilevamento e smorza il segnale a microonde. L’indicatore di flusso Solimotion FTR20 commuta non appena il materiale davanti al sensore non si muove più a causa dell’accumulo.
In questa applicazione, il solo utilizzo di un FTR20 avrebbe fornito un rilevamento affidabile degli errori, ma solo utilizzando la barriera a microonde è possibile determinare se l'errore si è verificato nella fase di processo a monte (interruzione della portata) o nella fase a valle (accumulo).
La barriera a microonde Soliwave FQR56/FDR56 e l'indicatore di flusso Solimotion FTR20 funzionano entrambi alla frequenza di 24,15 GHz e possono quindi interferire tra loro se i dispositivi sono posizionati alla stessa altezza o vicini tra loro. Per evitare questa reciproca interferenza, i due dispositivi sono stati posizionati ad un angolo di 90° l'uno rispetto all'altro. Inoltre, in questo caso, l’FTR20 è stato installato inclinato di un angolo di 45°, in modo che non emettesse onde nell’area di rilevamento della barriera a microonde.
In base alle distinte proprietà di polarizzazione delle microonde, si è consigliato come passaggio finale di ruotare l’asse della radiazione di 90° rispetto alla barriera e al rilevatore di movimento. Questa azione ha ridotto in modo significativo il possibile impatto sui sistemi di monitoraggio.
Ad installazione completata, il cliente ha ottenuto un’importante risultato: il monitoraggio sicuro del flusso di materiale dei punti di consegna, tramite rilevamento senza contatto di interruzione con una tecnologia consolidata, di cui Endress+Hauser è leader a livello internazionale.
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