Tipi di strumenti per la misurazione del livello: principi, caratteristiche e guida alla selezione

La misurazione del livello è ampiamente utilizzata nell'industria chimica, nel trattamento delle acque, nella produzione di alimenti e bevande, nel settore farmaceutico, nella gestione dell'acqua agricola, nell'estrazione mineraria, nei sistemi di stoccaggio e nell'automazione industriale. A seconda del mezzo, della struttura del serbatoio, della temperatura, della pressione e delle condizioni di installazione, sono necessarie diverse tecnologie di misurazione.

Le tecnologie più comuni includono la misurazione del livello idrostatico, a ultrasuoni, a galleggiamento, a radar, mediante ammettanza in radiofrequenza e capacitiva. Nessuna singola tecnologia è adatta a ogni applicazione; pertanto, la selezione deve tenere conto delle condizioni di processo, dell'intervallo di misurazione, dei requisiti di installazione, del segnale di uscita e delle esigenze di manutenzione.

1. Misurazione del livello idrostatico

La misurazione del livello idrostatico determina il livello di un liquido in base alla pressione generata dalla colonna di liquido.Quando la densità del liquido rimane relativamente costante, l'aumento dell'altezza del liquido comporta un corrispondente incremento della pressione idrostatica.

Principio di misurazione semplice

Adatto per la misurazione continua del livello di liquido.

Applicazioni tipiche

Serbatoi d'acqua, bacini, pozzi e sistemi di stoccaggio industriale.

Stabilità del processo

La schiuma, il vapore e la turbolenza superficiale non influenzano direttamente la misurazione della pressione.

Integrazione del sistema

I modelli industriali possono fornire uscite in formato 4-20mA o RS485.

La misurazione idrostatica è influenzata dalla densità del liquido. Se la densità varia in modo significativo a causa della temperatura, della concentrazione o della composizione del processo, Il livello calcolato può anch'esso spostarsi. Per i serbatoi chiusi sottoposti a pressione, può essere necessaria la compensazione della pressione nella fase gassosa o la misurazione della pressione differenziale.

2. Misurazione del livello a ultrasuoni

I trasmettitori di livello a ultrasuoni sono generalmente strumenti a funzionamento senza contatto. Il sensore emette un impulso ultrasonico verso la superficie liquida o solida e misura il tempo di percorrenza del segnale riflesso. La distanza misurata viene quindi convertita in livello in base alla quota di riferimento di installazione.

Misurazione senza contatto

Il sensore normalmente non mantiene contatto diretto con il fluido di processo.

Applicazioni per liquidi e alcuni solidi

Adatto per serbatoi, bacini, sistemi di acque reflue, canali aperti e determinati tipi di solidi in libera circolazione.

Installazione relativamente semplice

Adatto per applicazioni a pressione atmosferica in condizioni di aria stabili.

Integrazione di automazione

Può essere collegato a PLC, RTU, registratori di dati e sistemi di monitoraggio remoto.

Poiché i segnali ultrasonici si propagano attraverso lo spazio gassoso situato sopra il processo, Variazioni di temperatura, vapore, schiuma, flusso d'aria intenso, polvere, turbolenza superficiale e ostacoli interni possono compromettere la stabilità delle misurazioni.

3. Misurazione del livello a galleggiante

Gli strumenti di misurazione del livello a galleggiamento sfruttano il principio di galleggiamento per rilevare le variazioni del livello del liquido. Man mano che il liquido sale o scende, il galleggiante si sposta di conseguenza e la sua posizione viene convertita in un segnale di livello mediante accoppiamento magnetico. collegamento meccanico, interruttori a lamelle o altri metodi di rilevamento.

Principio meccanico diretto

Utilizzato comunemente per applicazioni convenzionali di rilevamento del livello di liquido.

Indipendente dalla costante dielettrica

Adatto per molti liquidi standard.

Misurazione puntuale o continua

Può essere utilizzato per interruttori di livello o per l'indicazione continua del livello.

Poiché il galleggiante è in contatto diretto con il mezzo, la viscosità, la corrosione e i solidi, Devono essere presi in considerazione la cristallizzazione, i depositi e lo spazio di movimento disponibile. Mezzi ad alta viscosità o soggetti a ingorgo possono limitare il movimento del galleggiante.

– Misurazione del livello mediante radar;

– I trasmettitori di livello a radar utilizzano onde elettromagnetiche ad alta frequenza per la misurazione del livello senza contatto. L'antenna emette un segnale radar verso la superficie del processo; il segnale riflesso viene quindi analizzato per determinare il livello effettivo di liquido o di solido.

Misurazione senza contatto

Adatto sia ai liquidi che ai solidi in massa.

Adatto a condizioni più impegnative.

In generale, è meno sensibile rispetto alla misurazione ultrasonica ai cambiamenti di temperatura, pressione e pressione di vapore.

Assenza di parti meccaniche in movimento.

Adatto per misurazioni continue a lungo termine.

Ampio campo di applicazione.

Utilizzato in serbatoi, silos, impianti di trattamento delle acque, processi chimici e applicazioni minerarie.

La riflessione radar è ancora influenzata dalla costante dielettrica e dalla posizione di installazione. Geometria del serbatoio ed echi indesiderati. I mezzi a bassa costante dielettrica o i contenitori complessi possono richiedere una selezione accurata della frequenza radar, della progettazione dell'antenna e della posizione di installazione.

5. Misurazione del livello di ammettabilità RF

Gli strumenti per la misurazione del livello di ammettabilità RF rilevano variazioni nelle caratteristiche elettriche tra la sonda e il contenitore. Normalmente utilizzano una sonda a contatto e possono essere applicate su liquidi, sospensione, polveri e materiali granulari.

Supporto per diversi tipi di mezzi

Adatto a liquidi, sospensione, polveri e granuli.

Rilevamento puntiforme

Utilizzato frequentemente per allarmi di livello elevato e di livello basso.

: applicabile ad alcuni mezzi di rivestimento.

: con un design adeguato, il dispositivo può tollerare determinate condizioni di rivestimento o di accumulo.

: la misurazione dell'ammettanza RF può essere influenzata dalle proprietà elettriche del mezzo. rivestimento della sonda e geometria di installazione Le applicazioni caratterizzate da significativi cambiamenti dielettrici o da un accumulo elevato di carica elettrica devono essere calibrate e verificate in condizioni operative reali.

6. Misurazione del livello capacitiva

Gli strumenti di misurazione a livello capacitivo rilevano le variazioni di capacità quando un materiale entra nell'area di rilevamento compresa tra la sonda e l'elettrodo di riferimento. La costante dielettrica del mezzo di processo influisce direttamente sulla risposta di capacità.

Liquidi e solidi selezionati

Adatto a diversi liquidi, polveri e materiali granulari.

Struttura compatta

Utile per contenitori di piccole dimensioni e installazioni a spazio limitato.

Misurazione continua o puntuale

Possibile configurazione per il rilevamento del livello in modo continuo o puntuale.

La misurazione capacitiva è sensibile alla costante dielettrica e alla composizione del prodotto. accumulo della sonda, umidità e geometria di installazione Modifiche significative nelle proprietà del mezzo possono richiedere una ricalibrazione.

7.Confronto delle tecnologie di misurazione a livello comune:

Tecnologia;	Tipo di misurazione;	Mezzi tipici;	Principali vantaggi;	Principali limitazioni;
Misura idrostatica;	Misura a contatto;	Utilizzo con liquidi;	Caratteristica: semplice, stabile e adatta ad applicazioni in acque profonde;	Sensibilità alla densità del liquido;
Misura a ultrasuoni;	Misura senza contatto;	Utilizzo con liquidi e altri casi selezionatiSostanze solide	Installazione semplice e assenza di contatto diretto con il processo	Sottoposta a effetti di schiuma, vapore, temperatura e flusso d'aria
Fluttuazione	Contatto	Liquidi	Principio diretto e indipendente dalla costante dielettrica	Il movimento meccanico può essere influenzato da depositi o da elevata viscosità
Radar	Senza contatto	Liquidi e solidi	Adatto a condizioni di processo più impegnative	Richiede la considerazione della costante dielettrica e l'attenzione agli echi indesiderati
Admittanza RF	A contatto	Liquidi, polveri in sospensione,Polveri e granuli	Adatto a numerosi materiali industriali; rilevamento a livello di punto	Influenzato dall'accumulo di carica e dalle proprietà elettriche del mezzo
Tipologia capacitiva	Tipologia a contatto	Liquidi e solidi	Installazione compatta e flessibile	Sensibile alla costante dielettrica e al rivestimento della sonda

8. Come selezionare una tecnologia di misurazione del livello:

Serbatoi, bacini di accumulo e pozzi;

In base alle condizioni di installazione e di processo, è possibile scegliere tra misurazione idrostatica, a ultrasuoni o a radar.

Sistemi di acque reflue e effluenti;

Va preso in considerazione il comportamento di schiuma, fango, corrosione e materiali galleggianti; in condizioni particolarmente difficili, può essere valutata la tecnologia a radar.

Serbatoi industriali per lo stoccaggio.

Per i serbatoi in condizioni atmosferiche normali si possono utilizzare misurazioni a ultrasuoni, a radar o idrostatica; per processi operanti a temperature o pressioni più elevate, invece, potrebbero essere necessari il radar, il radar a onde guidate o la misurazione della pressione differenziale.

Silos per materiali solidi in granuli.

La rilevazione del livello mediante radar, ultrasuoni, ammettanza in radiofrequenza o capacità può essere selezionata in base alla presenza di polvere, alla distanza e alle proprietà del materiale.

Vasi di piccole dimensioni e rilevamento a livello di punto

Possono risultare idonei interruttori a galleggiamento, interruttori capacitivi o interruttori a livello di ammettanza RF.

9. Informazioni necessarie per la selezione degli strumenti di livello

Parametro di selezione	Informazioni per la conferma
Mezzo di processo	Fase: liquido, sospensione, polvere o granuli Tipo di misurazione:
Misurazione continua o allarme a livello puntuale:	Intervallo di misurazione:
Livelli minimo e massimo:	Proprietà del mezzo:
Densità, costante dielettrica, viscosità e corrosività:	Temperatura di processo:
	Temperatura operativa normale e massima
Pressione di processo	Condizioni atmosferiche, positive o sotto vuoto
Condizioni ambientali	Vapore, schiuma, polvere, condensazione e vibrazioni
Metodo di installazione	Montaggio superiore, montaggio laterale, immerso o a flangia
Segnale di uscita	4-20mA, RS485, relè o altri segnali industriali
Integrazione di sistema	PLC,RTU, SCADA o piattaforma IoT:

– FAQ;

– Q1: Quale tecnologia di misurazione del livello è adatta per la misurazione ordinaria del livello dell'acqua?

A1: Possono essere utilizzati strumenti idrostatici, a ultrasuoni e radar. La scelta finale dipende dall'intervallo di misurazione, dalle condizioni di installazione e dal processo in questione.

Q2: Qual è la differenza principale tra la misurazione del livello a ultrasuoni e quella a radar?

A2: Gli strumenti a ultrasuoni utilizzano onde sonore, mentre quelli a radar impiegano onde elettromagnetiche. Il radar è generalmente meno sensibile alle variazioni di temperatura, pressione e concentrazione di vapore.

Q3: La misurazione del livello idrostatico è influenzata dalla densità del liquido?

A3: Sì. Il livello idrostatico viene calcolato in base alla pressione della colonna di liquido; pertanto, variazioni significative della densità possono influenzare il valore calcolato del livello.

Q4: Gli strumenti di misurazione del livello a radar possono misurare solidi in massa?

A4: Sì. Gli strumenti di misurazione del livello a radar sono ampiamente utilizzati sia per liquidi che per solidi in massa in serbatoi e silos.

Q5: Perché la costante dielettrica è importante nella misurazione del livello capacitiva?

A5: La misurazione capacitiva dipende dalle variazioni di capacità causate dal mezzo di processo; pertanto, la costante dielettrica influisce direttamente sulla risposta.

Q6: Quale tecnologia va considerata in presenza di schiuma?

A6: La selezione dipende dallo spessore della schiuma e dalle condizioni di processo. Una schiuma più spessa può attenuare gli echi ultrasonici; in tal caso, potrebbe essere necessario valutare l'utilizzo di misurazioni radar o a contatto.

Q7: Tutti gli strumenti di livello possono connettersi a un PLC?

A7: Dipende dalla configurazione degli output. Gli strumenti dotati di output 4-20mA, RS485 Modbus o relè possono generalmente essere integrati con PLC, RTU o sistemi di acquisizione dati.

– Conclusione

Gli strumenti di misurazione idrostatica, a ultrasuoni, a galleggiamento, radar, di ammettabilità in RF e capacitivi si basano su principi di misurazione diversi e risultano adatti a diverse condizioni di processo. La misurazione idrostatica è adatta per liquidi con densità relativamente stabile. La misurazione a ultrasuoni è particolarmente utile in numerose applicazioni con liquidi e solidi selezionati, senza contatto. Gli strumenti galleggianti offrono una soluzione meccanica diretta per i liquidi comuni; Il radar è adatto a condizioni più impegnative relative a carri armati e silos; L'admittanza RF e le tecnologie capacitive sono comunemente impiegate per misurazioni di contatto specifiche e per la rilevazione a livello di punto.

La selezione corretta dovrebbe tenere conto del mezzo di processo, dell'intervallo di misurazione, della temperatura, della pressione, della schiuma, del vapore, della polvere, delle condizioni di installazione, del segnale di uscita e dei requisiti di integrazione del sistema. METRAVON I prodotti per la misurazione dei livelli possono essere integrati con PLC s, RTU,SCADA Sistemi e piattaforme IoT industriali per serbatoi di liquidi, sistemi di trattamento dell'acqua, processi industriali e applicazioni con materiali in forma solida in grandi quantità.