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Sensori di livello: un approfondimento su tecnologie e innovazioni

28/10/2022 da Endress+Hauser, pubblicato in Misura di livello

Sensori di livello: un approfondimento su tecnologie e innovazioni

Posted by Endress+Hauser on 28/10/2022

Nell’industria di processo i sensori di livello vengono utilizzati continuamente, con l'obiettivo di facilitare una produzione efficiente ed eliminare i tempi di inattività. In questo modo è possibile raccogliere una grande quantità di dati, generalmente controllati manualmente e poi elaborati per il rifornimento e le esigenze di pianificazione della produzione.

La rivoluzione digitale che è in atto sta cambiando il mondo industriale con una velocità straordinaria: la fabbrica diventa intelligente, il processo produttivo raggiunge elevate vette di personalizzazione, con estremi livelli di flessibilità e maggiori standard di qualità ed efficienza. L'attuale sfida dell'industria, però, non è solo quella di sviluppare la tecnologia, ma di integrare in chiave digitale il proprio modello di business

Quali sono le novità in merito alle misure di livello? Quali soluzioni innovative sono state sviluppate e quali sono i vantaggi dell'utilizzo della tecnologia radar? Abbiamo raccolto gli articoli più importanti sul tema: clicca qui sotto e approfondisci l'argomento che più ti interessa. 

1. Sonde di livello: una panoramica sui principi di misura

1.1. Focus: sonda di livello o livellostato?

1.2.Approfondimento: sensore di livello capacitivo

1.3. Approfondimento: sensore di livello idrostatico

1.4. Approfondimento: sensore di livello a vibrazione

1.5 Approfondimento: sensore di livello radiometrico

2. Le misure di livello a supporto dell'automazione di processo

3. Accesso remoto: come migliorare la disponibilità degli impianti

4. Misure di livello per il controllo dei solidi

5. Misure di livello per il controllo delle materie prime in tempo reale

6. Supply Chain Management e Inventory Management

7. IIoT: il ruolo nelle misure di livello

8. Focus: misura di livello radar o ultrasuoni?

9. I radar a onda guidata (GWR): cosa sapere

10. Misura di interfase: l'innovazione si chiama Levelflex FMP55

11. Endress+Hauser: esperienza e soluzioni per la misura di livello

11.1 Esempi di sensori di livello di Endress+Hauser: FWR30, FMR67, FMR51 e QMW43

 

Vuoi mettere alla prova le tue competenze? Clicca qui e fai il quiz

 

1. Sonde di livello: i principi di misura

misuratori di livello

In qualsiasi processo produttivo dove è presente della materia prima da lavorare - solida o liquida che sia - si ha la necessità di adottare le giuste automazioni di processo, specialmente per misurare i livelli. 

I misuratori di livello possono supportare la produzione in molti aspetti: garantiscono sicurezza, ottimizzano i processi, riducono i costi operativi di approvvigionamento relativi e alle scorte.

Ma quali sono i più comuni principi della misura di livello? 

All'articolo "Sonde di livello: una panoramica sui principi di misura" ne troverai tredici tipologie con un approfondimento su ciascuno, tra cui:

  • Sonde di livello radiometriche
  • Sonde di livello elettromeccaniche a tasteggio
  • Sonde di livello a galleggiante
  • Sensori di livello a paletta rotante
  • Sensori di livello con barriera a microonde
  • Sensori di pressione differenziale
  • Sonde di livello radar / radar a microimpulsi guidati

A ogni processo la sua giusta applicazione! L'ampia gamma di principi di misurazione disponibili significa che trovare la soluzione ideale è facile

Vuoi avere più informazioni sulla misura di livello radar? Clicca il pulsante qui sotto e leggi le FAQ! 

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1.1. Focus: sonda di livello o livellostato?

Spesso nel mondo industriale capita che sonda di livello e livellostato siano usati come sinonimi, però non sono la stessa cosa: solitamente con sonda di livello si intende uno strumento in grado di effettuare una misura continua del quantitativo di livello presente nel serbatoio, dando come output un segnale (4…20 mA) proporzionale al livello presente. Il livellostato invece è un controllo di livello puntuale, quindi indica se in un determinato punto è presente o è assente il prodotto da rilevare. Per saperne di più, leggi l'intervista completa all'ingegnere Spadacini: "Sonda di livello o livellostato. Il parere dell’esperto".

 

1.2. Approfondimento: sensore di livello capacitivo

I sensori con principio capacitivo sono fra i più economici e diffusi per la misura di livello. In breve, la misura di livello capacitiva si basa sulla variazione dell'induttanza capacitiva di un condensatore, ma per saperne di più puoi leggere l'articolo "Sensore di livello capacitivo: funzionamento e vantaggi". 

I sensori di livello capacitivi vengono utilizzati per misurare i livelli in un'ampia varietà di solidi, liquidi e fanghi. Possono essere progettati per rilevare materiale con costanti dielettriche a partire da 1,1 (coke e ceneri volanti) fino a 88 (acqua) o più. Possono essere rilevati i livelli anche di fanghi e liquami, nonché sostanze chimiche liquide come la calce viva, dove la costante dielettrica è di circa 90. 

Tra i vantaggi d'uso di questa tecnologia troviamo: 

  • facilità di messa in funzione, uso e manutenzione;
  • forte adattabilità al processo;
  • affidabilità anche in presenza di depositi e fluidi viscosi
  • applicabilità anche in presenza di agitatori meccanici. 

Liquicap FMI21 è un esempio di sonda di livello capacitiva prodotta da Endress+Hauser

 

1.3. Approfondimento: sensore di livello idrostatico

Come abbiamo descritto nell'articolo di dettaglio "Sensore di livello idrostatico: semplice, pratico e preciso":

negli ultimi anni, i produttori di sensori di pressione industriali hanno modellato la tecnologia di misura del livello idrostatico per migliorarne l’uso in diverse soluzioni, anche attraverso materiali alternativi. Ad oggi, la misurazione idrostatica del livello (nota anche come pressione idrostatica) è il principio di misurazione più diffuso, con una quota di mercato superiore, in termini di volume delle vendite, rispetto alle più recenti tecnologie a ultrasuoni e radar.

I sensori di livello idrostatici non sono influenzati né dalla struttura del serbatoio né dalla presenza di schiuma, e questi sono parte dei motivi che li rendono così diffusi. 

Endress+Hauser ha sviluppato due tipologie di sensori idrostatici: 

- con cella Contite®, la soluzione ottimale in caso di forte formazione di umidità e condensa;

- con cella in ceramica, una cella di misura a secco: senza liquidi di riempimento. 

Approfondisci all'articolo dedicato alle sonde di livello idrostatiche!

Ecco un video che racconta il principio di misura della pressione, anche idrostatica:

 

 

1.4. Approfondimento: sensore di livello a vibrazione 

Le sonde di livello a vibrazione sfruttano un azionatore piezoelettrico che eccita la forcella di regolazione dello strumento alla sua frequenza di risonanza. Anche in questo caso turbolenza, schiume o gorgogliamento di liquidi non ne pregiudicano il funzionamento.

Gli interruttori di livello a vibrazione sono molto utili per monitorare la sicurezza dei processi produttivi: non solo possono essere certificati SIL, ma possono essere dotati di una seconda separazione meccanica del processo - seconda linea di difesa.

Sapevi che è stata proprio Endress+Hauser a inventare il principio di misura a vibrazione? Scopri di più all'articolo "Tutti i vantaggi delle sonde di livello a vibrazione". 

 

 

1.5 Approfondimento: sensore di livello radiometrico

In presenza di temperature o pressioni estreme, fluidi tossici, geometrie complesse dei recipienti, tubi con requisiti di installazione difficili, viscosità elevate, comportamenti mutevoli dei fluidi o dove ci siano caratteristiche come abrasività o corrosività, il sensore di livello radiometrico è la soluzione ideale. Una tecnica non invasiva e sicura: le radiazioni, come approfondiamo all'articolo "Sensore radiometrico per misura di livello e densità: parla l'esperto", sono trattenute dal supporto della sorgente: un contenitore di piombo con una fessura per dirigere l’onda gamma verso il processo. Ciò significa che i livelli di radiazione sono molto bassi, a meno che una persona non si trovi direttamente (e imprudentemente) nel percorso del raggio. 

 

 

2. Le misure di livello a supporto dell'automazione di processo

visualizzazione livelli

Tutti i sistemi di misurazione del livello hanno delle specifiche precise e sono idonei al processo a seconda delle caratteristiche del materiale da controllare. Densità, capacità, temperatura e altre proprietà possono influenzare il misuratore di livello, motivo per cui per migliorare l'automazione di processo è necessario scegliere dispositivi che permettano di misurare al meglio delle capacità. All'articolo "Automazione di processo industriale: le misure di livello" potrai trovare un focus sulle misure a contatto o senza contatto. Per quanto riguarda le quattro principali tecnologie di riferimento: radar (misure di livello senza contatto)radar a onde guidateidrostatico e capacitivo (misure di livello a contatto), la tabella seguente riporta le variabili a cui tali tecnologie sono sensibili. 

sonde di livello, variabili delle misure di livello a contatto e di quelle senza contatto

In generale, la misurazione dei livelli è stata, specialmente negli ultimi anni, un'area della strumentazione in rapida evoluzione, con tecnologie più recenti che sostituiscono le tecnologie a più alta intensità di manutenzione. Gli sviluppi, in particolare nel campo della misurazione del livello radar, hanno ampliato l'attrattiva di una tecnologia che in precedenza era considerata difficile e costosa.

 

 

3. Accesso remoto: come migliorare la disponibilità degli impianti

Come spieghiamo all'articolo "Accesso remoto: come migliorare la disponibilità degli impianti":  

I vantaggi del controllo remoto degli impianti sono molteplici. Il concetto fondamentale è che ovunque tu sia, se disponi di una copertura di rete potrai gestire e verificare il corretto funzionamento dell’impianto: dalle temperature interne ai silos alla misura di livello stessa, fino alla predisposizione degli ordini per la gestione delle scorte.

Le soluzioni di tele-controllo remoto (o controllo da remoto) consentono piena visibilità e trasparenza sui liquidi - e in generale sulle giacenze sfuse - stoccati negli impianti o nei siti di produzione. Sia che si tratti di materie prime, di semi lavorati o di prodotti finiti, pronti per la distribuzione, il controllo da remoto fornisce informazioni chiare e complete che contribuiscono a migliorare la velocità e la qualità delle decisioni adottate. A prescindere dall’area geografica o dal fuso orario in cui ti trovi (o si trova l’impianto da monitorare), l’accesso remoto consente di fare previsioni più precise e pianificare la produzione al meglio delle possibilità.

 

4. Misure di livello per solidi

Plastica, cenere volante, cemento, sabbia, zucchero, cereali, granaglie e molti altri elementi allo stato solido hanno bisogno di essere misurati tanto precisamente quanto i prodotti liquidi.

A differenza di quest'ultimi, i solidi spesso non si stabilizzano a un livello uniforme, e possono causare altre difficoltà poiché formano polvere e depositi, anche corrosivi. I progressi della tecnologia nel controllo di livello per solidi hanno ridotto i costi e migliorato le prestazioni, per garantire sempre più affidabilità e sicurezza in queste applicazioni.

Endress+Hauser, ad esempio, ha creato il radar FMP57, per esigenze di massima precisione nella misura di livello di solidi, specialmente in sili alti, bunker o nella gestione delle scorte.

Ma non solo: anche Solicap e Soliphant si rivelano strumenti imprescindibili per il controllo accurato delle scorte. Approfondisci l'argomento all'articolo "Controlli di livello per solidi: come scegliere lo strumento adatto". 

 

5. Misure di livello per il controllo delle materie prime in tempo reale

Lo stoccaggio delle materie prime nei serbatoi è parte vitale delle industrie di diversi settori, tra cui l'industria chimica, petrolifera, alimentare, dei fertilizzanti, l'industria automobilistica e molte altre. Il monitoraggio del livello è importante sia per rilevare perdite ed evitare traboccamenti e incidenti, sia per garantire un controllo tempestivo sulle quantità disponibili, migliorando i processi di approvvigionamento delle risorse

Misurare il livello delle materie prime negli impianti - silos

Un sensore di livello adeguato può garantire almeno tre livelli di efficacia:

- inventario: la misurazione del livello è una componente chiave per un controllo d’inventario affidabile e accurato;

- efficienza del processo: l'uso efficiente dello spazio di stoccaggio evita di acquistare inutilmente più serbatoi e ottimizza la disponibilità degli impianti;

- sicurezza: prevenire il sovraccarico ed eventuali tracimamenti è un principio importante non solo per la sicurezza, ma anche per il rispetto delle normative ambientali.

6. Supply Chain Management e Inventory Management

Come abbiamo ricordato, le misure di livello fanno parte di una strategia più ampia per la gestione delle scorte - o inventory management - e possono condizionare significativamente la competitività di un'azienda.

Un fattore critico di successo per misurarsi con le richieste di mercato, quindi, risiede nell'avere a disposizione una base di dati d'inventario aggiornati e trasparenti. Si parte dai dispositivi di misurazione del livello - utilizzati per il controllo generale dell’inventario - come i misuratori di livello radar, senza contatto, che possono offrire precisione fino a diversi millimetri, per poi interfacciarli con un sistema gestionale già esistente (SAP, JD Edwards, Oracle e così via) fino a creare dashboard personalizzate per rappresentare i Key Performance Indicators specifici e più adatti alle esigenze del tuo business. Scopri di più all'articolo "Supply chain: gestione ottimizzata con le misure di livello". 

supply chain misure di livello

Per un approfondimento maggiore, puoi anche leggere la guida di Endress+Hauser dedicata proprio alla gestione della supply chain.

 

7. IIoT: il ruolo nelle misure di livello

I fermi impianto e gli interventi di manutenzione non pianificati sono un problema comune in molti settori industriali. L'IIoT e i Big Data però oggi offrono nuove possibilità straordinarie per risolvere queste problematiche. Endress+Hauser ha sviluppato Netilion, un ecosistema di strumenti e soluzioni per aiutare le imprese a iniziare a digitalizzare i propri impianti in modo semplice e sicuro. Adottare le tecnologie IIoT nella misura di livello (e non solo) permette di migliorare i processi produttivi e la disponibilità d'impianto. Scopri di più all'articolo "IIoT: l'esperienza di Endress+Hauser". 

Se vuoi approfondire l'IIoT in relazione alla tecnologia di misura di livello radar, leggi il nostro approfondimento Misure di livello radar nell’era dell’IIoT, quali caratteristiche devono avere le moderne tecnologie per sfruttare l’Industrial Internet of Things”. 

 

8. Focus: misura di livello radar o ultrasuoni? 

Una delle tecnologie più comuni all'interno dei processi di misurazione dei livelli è quella a ultrasuoni. L'Ingegner Spadacini di Endress+Hauser sostiene che essa comporta dei vantaggi dovuti ai rapidi tempi di risposta, ma in generale "la misura di livello radar è meno influenzata da schiuma, vapori, densità del mezzo di propagazione" rispetto a quella a ultrasuoni. 

Ecco un video che spiega la differenza tra le due tecnologie di misurazione:

 

Per un ulteriore approfondimento ti invitiamo a proseguire la lettura all'articolo "Misura di livello radar o a ultrasuoni? Le risposte dell'esperto". 

 

E per la misura nei reattori batch? Ti invitiamo a leggere l'articolo "I misuratori di livello nei reattori batch: tecnologia radar".

 

Misura di livello radar: quali sono le domande più frequenti? Clicca il bottone qui sotto e scopri l'approfondimento con tutte le risposte. 

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9. I radar a onda guidata (GWR): cosa sapere

Molto spesso la misura di livello radar viene percepita come una novità per la misurazione dei livelli, ma in realtà questa tecnologia è utilizzata da tempo e offre alti livelli di affidabilità e sicurezza, anche in condizioni di processo difficili o in presenza di liquidi corrosivi o che presentano schiume e depositi. 

Endress+Hauser, leader mondiale nella misura di livello, ha sviluppato Levelflex FMP53: un radar a onda guidata per la misura continua di livello, ideale per applicazioni igieniche nel settore alimentare e farmaceutico, che presenta ulteriori vantaggi rispetto alla tecnologia radar tradizionale. Per un approfondimento su questa tecnologia ti invitiamo a leggere l'articolo "Livello radar a onda guidata: tutto quello che c'è da sapere". 

 

10. Misura di interfase: l'innovazione si chiama Levelflex FMP55

Levelflex FMP55 E+H

Endress+Hauser ha sviluppato un’innovazione nella misura di interfase: Levelflex FMP55, un misuratore multiparametrico che garantisce un rilevamento sicuro del valore misurato.

L’FMP55 offre il primo sistema al mondo che combina il principio di misura capacitivo ai microimpulsi guidati, in un unico dispositivo. Lo strumento garantisce un rilevamento sicuro del valore misurato anche in strati di emulsione, e contemporaneamente del livello di interfase.

In qualità di leader mondiale nella tecnologia di misurazione radar a onda guidata, Endress+Hauser offre sicurezza, precisione ed efficienza durante la progettazione, l'approvvigionamento, la messa in servizio: in sostanza, durante l'intero ciclo di vita del prodotto.

 

 

11. Endress+Hauser: esperienza e soluzioni per la misura di livello

Endress+Hauser è fornitore leader di prodotti, soluzioni e servizi per l'automazione di processo industriale e per le tecnologie di misura (sull’argomento puoi leggere anche l’articolo “Endress+Hauser: il partner per garantire alti standard tecnologici e digitali”). L’impresa offre soluzioni complete per numerose applicazioni come portata, livello, pressione, analisi dei liquidi, temperatura. Oltre ai premi vinti, ad esempio il Digital Champion e il German Digital Summit nel 2017, o l'Hermes ad Hannover Messe nel 2019, l'impresa ha registrato oltre 7.800 brevetti e domande di brevetto: l’avanguardia tecnologica è un obiettivo costante, che accompagna la missione dell'azienda di aspirare al successo dei propri clienti. Affidarsi a un partner leader globale nella strumentazione di misura e nell’ingegneria dei processi, come Endress+Hauser, significa avere a disposizione altissime competenze tecniche, in grado di fornire soluzioni tecnologiche all’avanguardia e, se necessario, di crearle su misura. Ecco un paio di esempi esplicativi. 

 

11.1. Esempi di sensori di livello di Endress+Hauser

La tecnologia per i sensori di livello ha fatto passi da gigante, specialmente in Endress+Hauser.

Ecco alcuni esempi: il sensore FWR30, l'FMR67, l'FMR51 il QMW43

  • Micropilot FWR30

Questo misuratore di livello radar è una vera e propria rivoluzione per il settore: il primo radar di livello wireless al mondo, che permette di avere accesso a dati che finora non si era in grado di acquisire. In combinazione con l'ecosistema Netilion IIoT, la sonda FWR30 permette di misurare i livelli di riempimento in contenitori portatili dove questo compito ad oggi non era possibile.

sonda di livello radar Micropilot FWR30

Ad oggi, gli operatori hanno potuto solo approssimare i livelli negli IBC (Intermediate Bulk Container), poiché non era possibile misurarli automaticamente. Con Micropilot FWR30 questo è possibile: la sonda è alloggiata in un involucro grigio compatto e viene montata sull'IBC con l'aiuto di un kit di installazione. Lo strumento funziona a batteria, con un'autonomia di 15 anni

Scopri tutti i dettagli all'articolo "Micropilot FWR30: la prima sonda di livello radar wireless al mondo". 

  • Micropilot FMR67

La sonda di livello radar Micropilot FMR67 offre la massima affidabilità grazie all'antenna drip-off, una migliore concentrazione e angoli di emissione molto ridotti, ideali per la misura in sili sottili. L’FMR67 viene utilizzato per la misura di livello continua, non a contatto di prodotti solidi in polvere o granulari. Il radar è inoltre provvisto di Heartbeat Technology™ con funzionalità smart del sensore.

Micropilot FMR67

La precisione di rilevamento è elevata (±3 mm), mentre la banda radar utilizzata è 80 GHz. Inoltre, il sensore dispone di certificati internazionali di protezione dal rischio di esplosione, SIL, certificazione navale e protocollo di linearità a 5 punti.

Scopri tutte le caratteristiche di questa sonda di livello: leggi l'articolo sul Micropilot FMR67. Per un ulteriore approfondimento, puoi leggere anche l'articolo su Micropilot FMR6x

 

  • FMR51: prevenire falsi allarmi e troppo pieno

20221017_micropilot_FMR51_StandardIl misuratore di livello radar Micropilot FMR51 è uno strumento ideale per misure di livello nei liquidi, anche in condizioni estreme, e offre sicurezza e affidabilità rispetto ai più elevati requisiti di processo.

Micropilot FMR51 adempie a sofisticati compiti di misura, ad esempio per l’industria petrolchimica. Ad esempio, il dispositivo è progettato specificamente per temperature e pressioni elevate. La nuova versione per alte temperature di processo è idonea fino a 450°C. Il nuovo e innovativo design del sensore garantisce il massimo grado di sicurezza nelle applicazioni ad alta temperatura e alta pressione: ciò si ottiene con un doppio accoppiamento in ceramica e un ulteriore passaggio a tenuta di gas come terzo livello di sicurezza.

Vuoi leggere un esempio concreto di applicazione del FMR51? Leggi l'articolo: "Prevenire falsi allarmi e troppo pieno con il radar FMR51". 

 

  • QMW43 per la pulizia CIP nel settore alimentare

Liquitrend QMW43 è un dispositivo compatto per la misura continua di spessore dei depositi e conducibilità. Il sensore è stato sviluppato da Endress+Hauser per l'industria alimentare, nell'intento di aiutare i responsabili d’impianto a garantire la sicurezza dei prodotti, migliorare la qualità e aumentare la disponibilità degli impianti. La presenza di depositi o incrostazioni può essere facilmente rilevata prima e dopo la pulizia CIP (Cleaning In Place), usando i segnali di misura di Liquitrend QMW43 e programmandoli nel sistema di controllo. 

Sensori liquitrend QMW43

 

In conclusione, questa breve guida vuole essere un'introduzione alle principali tecnologie utilizzate oggi per misurare il livello nelle applicazioni di processo. Non ha la pretesa di essere esaustiva: per scoprire altre informazioni è possibile visitare il sito di Endress+Hauser dedicato alle misure di livello oppure cliccare il bottone qui sotto se si desidera parlare direttamente con un nostro esperto!

 

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