La tecnologia di misura del livello idrostatico da sempre riveste un'importante ruolo di mercato nella panoramica delle soluzioni per le misure di livello industriali, grazie al suo semplice utilizzo. Per merito della sua elevata durata e della sua tolleranza a un gran numero di disturbi e condizioni di processo instabili, la misura idrostatica del livello manterrà, anche per il prossimo futuro, il suo status di principio tecnologico più importante per la misura di livello. In questo articolo approfondiamo quindi il funzionamento dei sensori di livello idrostatici e alcune delle tipologie disponibili.
- Sensore di livello idrostatico: cos'è e come funziona
- Misura di livello idrostatica: le due tipologie di sensori
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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.
Come abbiamo accennato, i sensori di livello idrostatico godono di una grande flessibilità applicativa: possono essere impiegati teoricamente in tutti i liquidi, dall’acqua sino a paste e fanghi. Anche in condizioni di processo difficoltose, questi sensori possono essere regolati in maniera ottimale a seconda delle specifiche applicative.
“Un sensore di livello idrostatico è una sonda/trasmettitore che misura la pressione idrostatica in un liquido praticamente statico a una determinata altezza di installazione o di immersione”.
In pratica, un sensore di livello idrostatico è un trasmettitore di pressione che può avere diverse tipologie di connessione al processo, oppure del tipo sommergibile, a seconda dell'applicazione. Non importa quale sia la struttura del serbatoio, del bacino, del pozzo, se sono presenti ostruzioni, sporgenze, forme complesse o ci sia la presenza di schiuma: un sensore di livello idrostatico misurerà sempre la pressione del liquido non influenzato da tali caratteristiche.
Come abbiamo accennato, che si tratti di acqua o di qualsiasi altro liquido, i sensori di livello idrostatici misurano in varie applicazioni in diversi settori, come l'alimentare e dell'acquedottistica (acqua dolce e acque reflue). Endress+Hauser ha sviluppato due tipologie di sensori con diverse caratteristiche:
Progettato per misure di livello in liquidi e prodotti pastosi contenuti in recipienti e serbatoio aperti e chiusi, non influenzato dalla formazione di schiuma, è la soluzione ottimale in caso di forte formazione di umidità e condensa come quello tipico delle applicazioni alimentari. L'elemento di misurazione è sigillato ermeticamente tra la membrana di processo e il sensore.
Come funziona? Abbiamo detto che un sensore di livello idrostatico misura la pressione idrostatica, cioè la forza esercitata da un liquido sulla superficie con cui è a contatto. Questa forza è funzione del peso specifico del liquido e della forza di gravità; questa forza viene definita colonna di liquido. Se la densità è costante, la pressione idrostatica dipende esclusivamente dall'altezza (h) della colonna di liquido. La cella di misura Contite® che lavora secondo il principio del sensore a pressione relativa, costituisce il nucleo del sistema. A differenza dei sensori a pressione relativa tradizionali, l'elemento di misura ad alta precisione nella cella di misura Contite®, risulta perfettamente protetto fra la membrana di processo e quella del sensore. Un esempio di sensore idrostatico con cella in Contite® è Deltapilot FMB70. Ecco i vantaggi della tecnologia con la cella in Contite®:
- grazie alla protezione ermetica dell'elemento di misura, la cella di misura Contite™ è assolutamente insensibile alla condensa e ai gas aggressivi. La pressione applicata viene trasferita dalla membrana di processo all'elemento di misura tramite un olio, che non comporta alcun tipo di perdita di pressione;
- riduzione al minimo degli effetti termici grazie al sensore di temperatura posizionato nel sensore della cella di misura. Grazie a questo l'elettronica è in grado di compensare qualsiasi errore di misura derivante dalle fluttuazioni dei valori di temperatura misurati;
- è disponibile una funzione di linearizzazione con un massimo di 32 punti che consente, a titolo di esempio, misure espresse in unità ingegneristiche, e fornisce un segnale di uscita lineare per serbatoi sferici, cilindrici orizzontali e recipienti con scarico conico. Basata su una tabella inserita manualmente o in modo semiautomatico questa funzione è attivabile sia localmente che a distanza attraverso il protocollo di comunicazione HART®. Della Serie Deltapilot, per le misura del livello idrostatico con cella Contite®, Endress+Hauser propone anche l’FMB50 e per le misure di livello con sensore sommergibile l’FMB51, FMB52 e l’FMB53.
La cella di misura in ceramica è una cella di misura a secco senza liquidi di riempimento. La pressione idrostatica agisce direttamente sulla robusta membrana in ceramica, mentre le variazioni della pressione atmosferica sono compensate attraverso un tubetto di riferimento interno al cavo di prolunga. La variazione della pressione idrostatica agisce sulla membrana del sensore ceramico capacitivo; il movimento delle membrana causa una variazione della capacità che l’unità elettronica converte in un segnale proporzionale alla pressione e lineare al livello. Il sensore idrostatico con cella di misura ceramica capacitiva è il Waterpilot FMX21 che viene utilizzato tipicamente nell’industria di processo e delle acque per la misura idrostatica del livello. Disponibile nelle versioni per applicazioni con acque reflue, fanghi e acqua salata e con elettronica con uscita HART®.
Sempre della Serie Waterpilot ma con sensore a membrana metallica è disponibile l’FMX11 per applicazioni per acqua dolce e acque reflue.
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