Tutti i processi produttivi in cui sono presenti materie prime a livello liquido o solido, stoccate all'interno di un silo, serbatoio, reattore o in qualsiasi recipiente idoneo al contenimento hanno necessità di adottare le giuste automazioni di processo, specialmente per misurare i livelli.
Come abbiamo già visto all'articolo "I trend tecnologici nel mondo dell'automazione di processo", la strumentazione corretta può supportare la produzione garantendone la sicurezza, ottimizzando i progetti, riducendo i costi operativi di approvvigionamento e facendo raggiungere la piena operatività ovunque nel mondo.
Esistono tanti tipi di sonde di livello, ciascuna con un principio di misura diverso e peculiarità tali per cui sono indicate in determinati ambienti o a contatto con sostanze specifiche.
Quali sono, quindi, i più comuni principi di funzionamento delle sonde di livello e quali le applicazioni idonee? Ne parliamo in questo articolo.
Le sonde di livello radiometriche forniscono valori di misura affidabili laddove altri principi di misura non possono essere utilizzati per via delle condizioni di processo estreme o delle condizioni meccaniche, geometriche o di costruzione del silo/serbatoio/reattore. I sensori di livello radiometrici sono destinati al controllo del livello non a contatto, alla misura del livello continua e alla misura di densità e interfase in liquidi, solidi, sospensioni o fanghi.
Le sonde di livello elettromeccaniche a tasteggio sono essenzialmente sensori di livello per solidi, adatti per misure sicure anche in ambienti estremamente polverosi. Utilizzano il principio di misura dello “scandagliamento”, con un peso legato a un nastro di misura che toccando il materiale riduce il livello di trazione. Queste sonde sono utilizzate ampiamente nella misura di livello in silos con cereali o granulati plastici.
Queste sonde dal principio di misura molto semplice vengono usate per misurare il livello in serbatoi e recipienti, sono installate a protezione della pompa o come allarme di livello nelle vasche aperte, come ad esempio negli impianti di trattamento della rete fognaria.
Questa soluzione, conosciuta ed economica, è adatta per il controllo di livello nei solidi sfusi, e viene impiegata nei serbatoi con solidi sfusi come allarme di pieno, vuoto e necessità di rifornimento.
Le sonde di livello con barriera a microonde possono essere installate all'interno di serbatoi, tubazioni, pozzetti o pozzetti a caduta libera e sono adatte per applicazioni non a contatto. È anche possibile eseguire la misura dall'esterno del serbatoio, attraverso i materiali non metallici dello stesso. I prodotti tipici misurati con questo principio sono: truciolo di legno, carta e cartone, calce, cristallo di rocca, sabbia o persino borse e scatole complete.
Questi sensori sono usati tipicamente per la misura continua del livello, della portata e della pressione differenziale. Sono composti da trasduttori di pressione differenziale con sensori di pressione piezoresistivi e membrana metallica elettrosaldata, dp elettronico o separatore, I sensori di pressione differenziale offrono la misura continua del livello dei liquidi, così come la misura del volume della portata massica, utilizzando elementi primari. Scopri di più in questo approfondimento.
Le sonde di livello idrostatiche per la misura in acqua e in altri liquidi, si applicano in diversi settori industriali, come quello alimentare o il trattamento dell'acqua e delle acque reflue. Rappresentano la soluzione ideale per serbatoi o pozzi, poiché sommergibili o installabili all'esterno di un silo. I principi di misura delle sonde idrostatiche di Endress+Hauser sono due:
Infine, la misura rivoluzionaria di cui abbiamo già parlato all’articolo “Micropilot FMR6x: una misura di livello radar innovativa”. Le sonde di livello radar sono idonee per la misurazione non a contatto di liquidi e solidi sfusi, anche in presenza di deflettori, e la loro messa in servizio è davvero semplice.
In generale, le sonde di livello radar non necessitano di manutenzione e possono essere usate in un'ampia gamma di applicazioni, sia in contenitori di stoccaggio semplici che con fluidi corrosivi o aggressivi, oppure in applicazioni per la misura del livello a elevata precisione, o ancora in applicazioni igieniche non a contatto. La misura di livello radar è una soluzione sicura anche in condizioni di processo estreme (pressione, temperatura) e in presenza di vapori. Una variante è la sonda di livello radar a microimpulsi guidati, che si presta alle stesse applicazioni con gli stessi vantaggi ed è la prima scelta anche in caso di misura di interfase.
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Il metodo a ultrasuoni rappresenta una soluzione consolidata ed economica per la misura di livello in liquidi e solidi sfusi. Le sonde e i sensori di livello sono disponibili in versione compatta o separata. Questo principio di misura è caratterizzato dalla semplicità di progettazione e montaggio, dalla messa in servizio rapida e sicura, la lunga durata e i costi di manutenzione ridotti. Le applicazioni standard comprendono l'utilizzo con fluidi abrasivi e aggressivi, anche in condizioni ambientali difficili. Per un approfondimento sulle sonde di livello a ultrasuoni, di veda l'articolo "Misura di livello radar o a ultrasuoni? Le risposte dell'esperto".
Il principio di misura delle sonde di livello a vibrazione varia da solidi a liquidi.
Per la misura del livello nei liquidi, viene sollecitato un sensore a diapason alla frequenza di risonanza. Il funzionamento è piezoelettrico. Quando il diapason entra nel fluido, la frequenza di oscillazione cambia. Tale cambiamento viene analizzato e tradotto in un segnale di commutazione.
Per la misura del livello nei solidi, viene sollecitato un sensore con una sola asta alla frequenza di risonanza. Anche in questo caso il funzionamento è piezoelettrico e quando il diapason entra nel fluido, la frequenza di ampiezza cambia. Tale cambiamento viene analizzato e tradotto in un segnale di commutazione.
La misura di livello capacitiva si basa sulla variazione dell'induttanza capacitiva di un condensatore. La sonda di livello e la parete del serbatoio formano un condensatore, la cui induttanza capacitiva varia in funzione della quantità di prodotto contenuto nel serbatoio: un serbatoio vuoto ha una induttanza capacitiva inferiore, un serbatoio pieno maggiore.
Ecco come funzionano: in un fluido viene posizionato con cura un piccolo dislocatore per mezzo di un servomotore. Il dislocatore viene poi sospeso su un filo di misura avvolto attorno a una struttura a tamburo. Quando il dislocatore viene abbassato e tocca un liquido, il peso del dislocatore si riduce grazie alla spinta idrostatica del liquido. Di conseguenza, il valore di coppia dei raccordi magnetici cambia e viene misurato attraverso cinque serie di sensori Hall.
Nelle sonde di livello conduttive, il principio di misura fa riferimento alla resistenza tra due elettrodi di misura, che varia a seconda della presenza o dell'assenza di un fluido. Nelle sonde ad asta singola, la parete del serbatoio con conducibilità elettrica funge da controelettrodo.
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