L’indicatore di livello ad ultrasuoni è una tipologia di strumentazione che serve, nell’ambito industriale, a controllare il livello su silos, pozzi e serbatoi.
Il principio di funzionamento dell’indicatore ad ultrasuoni si basa sulla misurazione del tempo di passaggio (chiamato anche percorrenza o volo) di un suono, oppure di un ultrasuono, indotto dall’innalzamento e/o abbassamento del livello nel serbatoio oggetto di misurazione.
Tutti i dispositivi devono essere provvisti di dichiarazione di conformità CE, secondo quanto previsto dalle normative attualmente in vigore.
Come funziona l’indicatore di livello ad ultrasuoni
In base alla quantità e qualità di materiale oggetto di misurazione, è possibile optare tra diverse tipologie di indicatori di livello.
Per capire il funzionamento di questo strumento, considerato di alta tecnologia e di ultima generazione, nel settore industriale, è necessario immaginare la struttura del serbatoio, il cui interno è oggetto di misurazione.
Sulla sua parte superiore viene posto un trasmettitore, che emette un suono (o un ultrasuono, a seconda del dispositivo): quest’ultimo, venendo a contatto con il livello del liquido, o solido, all’interno del contenitore, emette il cosiddetto eco di ritorno, che è rilevato da un ricevitore connesso al trasmettitore.
Queste caratteristiche fanno dell’indicatore di livello ad ultrasuoni lo strumento adatto a misurare materiali sia solidi che liquidi, soprattutto in modalità dinamica.
Le caratteristiche degli indicatori di livello ad ultrasuoni
Per quanto riguarda la precisione della misurazione, l’indicatore di livello ad ultrasuoni offre una notevole accuratezza dei dati rilevati. Un elemento utile da sottolineare, riguarda il fatto che la valutazione quantitativa del materiale all’interno del serbatoio non è associata alle sue caratteristiche fisiche, come ad esempio la massa di volume o la viscosità, o elettriche, come la conduttività. Per questo motivo, la misurazione con l’indicatore di livello ad ultrasuoni è considerata un metodo altamente affidabile, molto versatile, ed in grado di fornire dati molto precisi, con riferimento a un’ampia varietà di materiali.
Nei processi industriali, questo strumento consente di quantificare solidi e liquidi senza il contatto diretto con il materiale, il che fa in modo di poter effettuare la misurazione anche di sostanze inquinate, o di risulta, come acque reflue, residui industriali ed anche potenzialmente nocivi.
Alcuni esempi di trasmettitori di livello ad ultrasuoni: ULM 70
Questo dispositivo comprende un convertitore elettroacustico, un’unità centrale ed un display, il quale è posto sulla sommità del trasmettitore. Attraverso l’uso del convertitore, i misuratori di livello diffondono impulsi ultrasonici, i quali si propagano progressivamente verso il livello della superficie.
Successivamente, il convertitore elettroacustico rileva la riflessione del suono, le quali sono elaborate dal modulo elettronico. Un sistema di filtraggio dei segnali e dei rumori esterni consente di isolare i suoni “puliti”. Calcolando il tempo che il suono impiega ad arrivare alla superficie del contenuto, ritornando indietro, il risultato, chiamato eco, unitamente alla temperatura all’interno del serbatoio, è una misurazione esatta della quantità di materiale in esso presente.
In base all’altezza del livello, viene impostato il risultato, che viene così visualizzato sullo schermo, dotato di contrasto a LED ad eccellente risoluzione, che consente di leggere i dati con immediatezza, riducendo notevolmente la probabilità di errore.
Questa tipologia di indicatore di livello ad ultrasuoni è particolarmente adatta a misurare materiali quali acque fognarie, colle ed altre varietà di sostanze liquide. Nel caso in cui venissero quantificati materiali solidi, il range di misurazione si riduce.
L’uscita in corrente è di 4/20 mA, con protocollo di comunicazione “HART”.
Per la misurazione in ambienti particolari, quali ad esempio quelli esplosivi, è disponibile una variante dell’indicatore di livello ad ultrasuoni, in versione ATEX a sicurezza intrinseca. Per quel che attiene gli standard richiesti dall’Unione Europea, riguardo agli ambienti a rischio esplosivo, questi sono stati disciplinati in due Direttive UE sulla salute e sicurezza; esse sono denominate ATEX 137 ed ATEX 153.
L’indicatore di livello ad ultrasuoni ideale per liquidi: RIL300
Questo modello è utilizzato in particolar modo nel settore industriale dell’acqua, soprattutto con riferimento alle acque reflue ed all’immagazzinaggio delle sostanze chimiche.
L’indicatore di livello ad ultrasuoni RIL300 si rivela adatto alla misurazione, sia in serbatoi di stoccaggio, che in serbatoi di processo, sia orizzontali che verticali.
Una versione alternativa dello strumento è altresì disponibile, per la misurazione di canali aperti e letti di filtraggio. Inoltre, altre varianti dell’indicatore RIL300 riguardano il materiale di composizione, che può essere sia in PVC che PTFE (politetrafluoroetilene, un polimero di speciale composizione. Esso, infatti, ha un bassissimo coefficiente di attrito, che lo rende eccezionalmente resistente nei confronti degli agenti esterni, nonché alle temperature molto alte o molto basse. Fino ai 260 gradi, infatti, il materiale non subisce alcuna modifica strutturale; per questo, è preferito laddove ci si trovi in presenza di liquidi chimici corrosivi.
Per le applicazioni con alte temperature, l’indicatore ad ultrasuoni RIL300 dispone di un sensore di calore integrato: questo strumento aggiuntivo serve a compensare l’errore nella misurazione, dovuto alle variazioni di temperatura.
Questo modello presenta indiscutibili vantaggi; primo fra tutti è la possibilità di misurazione continua in campi che raggiungono anche i 30 metri. Inoltre, esso è programmabile con un display un plug-in a 4 tasti.
Laddove richiesti, i sensori in PTFE consentono di misurare materiali particolarmente corrosivi o con alte temperature.
L’indicatore di livello ad ultrasuoni RIL300 ha un elevato grado di protezione, pari a 67.
L’indicatore di livello con 6 allarmi relé: RIL350
Il misuratore ad ultrasuoni RIL350 ha un design estremamente compatto. Dotato di IP pari a 68, è particolarmente adatto all’esposizione direttamente all’esterno, in quanto molto resistente agli agenti atmosferici ed alle intemperie, comprese le aree con un elevato rischio di immersione, fino ad un metro.
Il calcolo del livello è effettuato in base al tempo impiegato dall’impulso ad ultrasuoni per raggiungere la superficie del materiale all’interno del serbatoio e tornare indietro. Ai fini della quantificazione, la composizione del materiale non ha rilevanza, per ottenere una misurazione efficace.
I vantaggi dell’indicatore di livello RIL350 sono i seguenti:
- nel caso di materiali liquidi, la misurazione è possibile in ambienti che raggiungono i 40 metri;
- qualora l’oggetto di misurazione siano sostanze solide, il campo di misura arriva a 20 metri;
- può essere controllato in remoto, grazie alla presenza di display digitali collegati a ben 6 allarmi relé;
- il dispositivo ha un sensore digitale integrato della temperatura, che ha la funzione di compensazione della velocità del suono;
- la connessione avviene tramite MODBUS RTU, uno dei protocolli più diffusi ed efficienti al mondo, poiché progettato in base alle specifiche esigenze del settore industriale, di semplice installazione e mantenimento, grazie anche alla sua caratteristica di essere royalty-free e di avere poche restrizioni per la mobilità di raw bits e words.
Trasmettitore di livello RIL330: ideale per liquidi, anche inquinati
L’indicatore di livello ad ultrasuoni RIL330 è particolarmente indicato nella misurazione di materiali liquidi, anche inquinati. Si tratta di un device autonomo, che si compone di un trasduttore elettroacustico e un modulo elettronico.
Per quel che attiene alla modalità di funzionamento del trasmettitore, il dispositivo trasmette input ultrasonici, che si direzionano verso la superficie del materiale liquido. L’onda acustica che viene riflessa viene mandata indietro in direzione del trasduttore RIL330, e traduce il segnale nel modulo elettronico. Il tempo che impiega l’onda acustica per raggiungere la superficie del liquido, e viceversa, è il risultato del calcolo.
L’impiego più adatto dell’indicatore di livello ad ultrasuoni RIL330 è quello nei serbatoi in cui sono presenti acque fognarie o materiali collosi. Anche in questo caso, se l’oggetto di misurazione riguarda una sostanza solida, il campo di misura è minore.
Uno degli elementi che contraddistingue questo strumento ad ultrasuoni è la presenza di due pulsanti, posti sul lato superiore del sensore; le uscite possono essere sia in tensione che analogiche.
La determinazione della quantità dei materiali può essere calcolata sia in ambienti aperti oppure chiusi, nonché in canali aperti o pozzetti.
I due pulsanti assicurano una pratica ed affidabile configurazione e regolazione della misura, e la presenza di due LED indicano lo stato in modo efficace.
La tensione d’esercizio varia da 18/30 VdC a 18/36VdC, a seconda del modello utilizzato. A seconda del materiale da misurare, l’indicatore di livello ad ultrasuoni RIL330 può essere richiesto in PVC o PVDF (polivinilidenfluoruro), un materiale termoplastico ad altissima resistenza chimica, soprattutto ai forti acidi ed agli ossidanti, nonché ottime prestazioni in caso di temperature molto alte o basse (la composizione, infatti, non cambia, con un campo di applicabilità che va da -40 a 150 gradi Celsius.
Anche questo indicatore ha un alto grado di protezione, che è pari a 67.
Perché utilizzare gli indicatori di livello ad ultrasuoni
Le diverse tipologie di indicatori di livello ad ultrasuoni garantiscono un vasto impiego nel settore industriale, per la misurazione di materiali inquinanti, potenzialmente esplosivi o di difficile trattazione, che quindi presentano delle indubbie criticità.
Il sistema di rilevazione ad ultrasuoni, tuttavia, assicura una notevole precisione dei dati, grazie al calcolo del tempo di percorrenza delle onde sonore, dal sensore alla superficie del materiale da misurare, e viceversa. Questa tecnologia consente, inoltre, di effettuare le rilevazioni da un punto di vista dinamico, permettendo di monitorare il livello con esattezza ed un grado di sicurezza che rispetta non solo gli standard europei, ma anche quelli mondiali relativi all’indice di protezione (indicato, appunto, con la sigla IP, seguita da un numero) nei confronti dei liquidi.