Sensori di livello continui | Anderson-Negele Worldwide

Sensori di livello continui

Per ottenere la massima efficienza delle risorse, è essenziale un controllo preciso e continuo di livello, volume o massa. Abbiamo la tecnologia giusta per tutti, che si tratti di misure potenziometriche, idrostatiche, di pressione differenziale...

In che modo i sensori di livello continui possono ottimizzare i processi?

Per processi efficienti è necessario avere un quadro completo di ciò che accade all’interno dei serbatoi: processi di produzione ottimali e massima efficienza delle risorse richiedono un controllo continuo e accurato del livello, del volume o della massa. Disponiamo della tecnologia di misurazione del livello più adatta a ogni mezzo, tipo di serbatoio e applicazione, che si tratti di misurazione idrostatica, potenziometrica, tramite misurazione del peso o per pressione differenziale.

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Quali sensori idrostatici offre Anderson-Negele?

Grazie a una vasta gamma di sensori di pressione, è possibile soddisfare le più svariate esigenze delle applicazioni igieniche per caseifici, birrifici, industrie delle bevande e alimentari. Per le esigenze particolarmente elevate dell’industria farmaceutica e delle scienze della vita, molti modelli sono disponibili anche in una versione farmaceutica speciale.﻿

La gamma va dal P41, il tuttofare a basso costo per applicazioni standard, al P42, un modello identico con IO-Link, fino al modello di fascia alta L3. Quest’ultimo offre un’elettronica intelligente con compensazione della temperatura, della densità per i fluidi e della linearità del serbatoio, tutte funzioni che sono integrate nel sistema e che permettono di utilizzare contenitori di forme diverse, specificate o specifiche del cliente. Ciò consente di ottenere un output diretto in litri, kg, BAR o altre unità con una precisione di misurazione significativamente superiore rispetto a dispositivi comparabili. Per applicazioni all’aperto o in ambienti freddi o umidi, il LAR può evitare errori di misurazione causati dalla deriva indotta dal clima grazie a un sistema di misurazione saldato ermeticamente.﻿

Quali sensori potenziometrici offre Anderson-Negele?

Il sistema di misurazione NSL è la tecnologia di base da cui deriva una gamma completa di varianti di sensori. Ciò significa che non ci sono praticamente limiti alla varietà di applicazioni:﻿﻿NSL-F: sensore di livello con elettronica integrata e display di programmazione﻿
NSL-FR: versione remota con elettronica scollegata, ideale per l’installazione in luoghi di difficile accesso o in caso di forti vibrazioni nel processo﻿
NSL-F-01: versione curva per l’installazione nella parete laterale del serbatoio﻿
NSL-F-02: sonda doppia per l’installazione in serbatoi non metallici﻿
NSL-M: variante mini per l’output dei dati al PLC﻿
IO-Link in tecnologia Flex Hybrid: disponibile per tutte le varianti NSL-F﻿

Quali sistemi di pesatura offre Anderson-Negele?

In molte applicazioni, i sistemi di pesatura per il rilevamento del livello offrono una soluzione più pratica e accurata rispetto ad altre tecniche di misurazione. Con un programma di sensori collaudato sul campo, Anderson-Negele offre anche soluzioni precise, robuste ed efficienti in questo campo della metrologia.﻿

In molti serbatoi di processo, serbatoi di stoccaggio e silos, il controllo preciso dell’inventario è una sfida particolare. Gli strumenti classici come i sensori idrostatici, le sonde potenziometriche o i radar spesso raggiungono i loro limiti. In alcuni ambienti applicativi non sono abbastanza precisi, veloci o flessibili, non sono pratici per motivi tecnici o non sono economici per ragioni di costo. Sono disponibili i seguenti sistemi. Per fornire una soluzione con tecnologia di pesatura, sono disponibili i seguenti sistemi:﻿

Moduli di pesatura Load Disc
Sistemi di pesatura Load Stand
Celle di carico imbullonate﻿

Quando è più adatta una tecnologia rispetto a un’altra?

La scelta della tecnologia dipende da diversi fattori:﻿﻿Tipo, dimensioni, forma e materiale del contenitore﻿
Fluidi o particelle solide come granuli, polvere…﻿
Proprietà del materiale (fluido, pastoso, adesivo, schiumogeno, conduttivo/non conduttivo…)﻿
Precisione di misurazione richiesta﻿
Temperatura e densità del fluido e loro variazione dinamica﻿
Fluido variabile o sempre lo stesso﻿
Posizione (interna, esterna) e influenze climatiche sulla tecnologia di misurazione﻿
Ambiente pressurizzato (pressione atmosferica o serbatoio pressurizzato)﻿

Che cos’è la misurazione idrostatica del livello?

La pressione idrostatica è la pressione esercitata da un liquido su tutte le pareti limitanti del contenitore e agisce sempre verticalmente. All’aumentare del livello del liquido in un tale recipiente, aumenta anche la pressione. Un sensore (trasmettitore) installato sul fondo del recipiente può misurare, visualizzare e inviare tali variazioni di pressione al PLC. Poiché la pressione agisce su tutti i lati, il diaframma del sensore può essere montato sul fondo del serbatoio o lateralmente sul bordo inferiore dello stesso, a seconda della situazione di installazione più adatta.

Per trasmettere i risultati della misurazione al PLC, i trasmettitori di pressione utilizzano internamente un convertitore di segnale piezoelettrico che converte la pressione di processo meccanica dal diaframma di pressione in un segnale di tensione proporzionale. Tale segnale viene poi convertito in un segnale standard 4…20 mA o in un altro protocollo in base alle esigenze del cliente.

I moderni sistemi di misurazione, come il L3, offrono già la possibilità di convertire i valori di pressione misurati nell’elettronica del sensore e di emettere direttamente il volume o la massa. A tale scopo, è necessario determinare ulteriori parametri, come la forma del contenitore, il fluido e la temperatura di processo (per il calcolo della rispettiva densità specifica). Nel caso del L3, la compensazione della temperatura integrata garantisce una maggiore precisione sull’intera gamma di temperature di processo rispetto ai trasmettitori di livello idrostatici convenzionali. Ciò consente di visualizzare il sensore in litri, kg o altre unità di volume con un’elevata precisione di misura, anche con curve di temperatura dinamiche.

In un sistema aperto (recipiente a pressione atmosferica), è sufficiente installare un sensore di pressione sul fondo del recipiente, poiché le condizioni di pressione esterna rimangono invariate.

In un sistema chiuso (recipiente a pressione), invece, la pressione può variare, influendo su quella al fondo del recipiente. Per misurare il livello in un sistema di questo tipo, sono necessari due sensori che misurano separatamente la pressione di processo sul fondo e la pressione di testa sulla parte superiore. La pressione differenziale può quindi essere calcolata da questo valore nel PLC o in un’unità di valutazione, e il livello di riempimento corretto può essere visualizzato.

Come funzionano i sensori di livello idrostatici?

Il sensore di pressione è installato nella parete del serbatoio con il diaframma di pressione perpendicolare al suo contenuto. La pressione di processo o di livello deforma il diaframma. Questa deformazione viene trasmessa da un fluido trasmettitore a una cella di misura tramite un convertitore di segnale piezoelettrico che converte la pressione di processo in un segnale di tensione corrispondente. L’elettronica nella testa del sensore converte a sua volta questo segnale in uno standard industriale utilizzato, come l’analogico 4…20 mA o il protocollo HART 7.0, in base alla regolazione richiesta dal cliente.

Ciò consente alla pressione idrostatica di essere convertita in un segnale elettrico inviato al PLC.

Qual è la differenza tra un sensore di pressione relativa e uno assoluto?

Negli elementi di rilevamento della pressione relativa, il retro del diaframma è ventilato, pertanto il sensore misura la pressione di processo relativa alla pressione atmosferica.

Nelle celle di pressione assoluta, il vuoto creato durante il processo di fabbricazione rimane tra il diaframma e il corpo di base, pertanto il sensore misura la pressione relativa al vuoto.

Poiché la pressione atmosferica può cambiare, ad esempio a causa di influenze meteorologiche, la precisione di misurazione delle celle di misurazione assoluta è generalmente più elevata.

Che cos’è la compensazione della temperatura per i trasmettitori di pressione?

Il sensore di livello L3 è stato progettato appositamente per misurare i liquidi nell’industria alimentare e delle bevande, dove un’elevata precisione in condizioni di temperatura dinamicamente variabili è fondamentale per il controllo del processo. Questo sensore utilizza un convertitore di segnale piezoelettrico e un sensore di temperatura integrato per misurare la pressione e la temperatura del fluido di trasferimento interno. Il segnale mV del convertitore di segnale e la resistenza del sensore di temperatura vengono misurati e convertiti in un valore di pressione regolato dall’elettronica di segnale nell’ugello del sensore.

Questa compensazione della temperatura evita errori di misurazione causati, ad esempio, dall’effetto della temperatura o dalla deriva termica: al variare della temperatura, infatti, cambia anche la densità specifica di un mezzo. Se la densità viene calcolata per l’uscita di livello a 20 °C, ma la temperatura di processo è di 80 °C, il valore misurato viene calcolato in modo errato.

I sensori convenzionali mostrano una deriva termica fino allo 0,4% per ogni aumento di 10 °C. A 110 °C, la deriva termica supera il 2,5%! Il L3, invece, mostra una deriva della temperatura dello 0,03% per 10 °C a causa del riferimento sul campo di misura calibrato. A 110 °C, l’effetto della temperatura è inferiore allo 0,4%, cioè sei volte inferiore.

Sfida: condensa in un ambiente umido e freddo

In ambienti umidi o all’aperto, soprattutto se si utilizza il metodo di misurazione idrostatica che prevede l’impiego di celle di misura relative, possono verificarsi problemi come fenomeni di deriva o misurazioni instabili a causa della formazione di condensa. Nelle cosiddette celle di misura della pressione relativa con capillari di compensazione, un tubo sottile conduce la pressione atmosferica dall’ambiente al retro del diaframma di misura. Nei sensori con doppio diaframma a diffusione aperta, viene utilizzato un diaframma di pressione separato per la pressione atmosferica e la pressione idrostatica. Entrambi i metodi presentano uno svantaggio fondamentale: la diffusione del vapore acqueo non può essere impedita in modo permanente. La condensa del vapore acqueo può quindi causare la deriva del sensore o valori di misurazione instabili.

Al contrario, il sensore di livello idrostatico LAR-361 è dotato di un sistema di misurazione ermeticamente sigillato. L’ingresso di gas e umidità è quindi impossibile. La differenza principale è che la pressione atmosferica viene misurata tramite una seconda cella di misurazione integrata nel sensore. Questo è collegato idraulicamente al diaframma della cella di misura della pressione di processo, a contatto con il fluido da misurare (ad esempio il latte). In condizioni di installazione umide e bagnate, sia all’interno che all’esterno, dove i sensori convenzionali possono essere utilizzati solo in misura limitata e hanno una durata limitata, i sensori di questo tipo rappresentano un’alternativa affidabile e senza problemi.

Che cos’è la misurazione potenziometrica del livello?

Il principio di misurazione potenziometrica si basa sulla variazione del rapporto di tensione tra l’asta dell’elettrodo del sensore, che si proietta nel liquido, e la parete metallica del serbatoio pieno. Questo valore cambia proporzionalmente all’altezza del mezzo nel serbatoio stesso e può essere registrato con elevata precisione ed emesso come valore misurato tramite l’elettronica. Questa tecnica di misurazione è applicabile solo ai liquidi con conduttività, secondo la scala Anderson-Negele, a partire da 50 μS/cm.

Il metodo di misurazione potenziometrico è adatto per serbatoi di processo, di alimentazione e di stoccaggio chiusi e aperti, nonché per serbatoi pressurizzati. Per i serbatoi non metallici, è possibile utilizzare una variante del sensore con un’asta di riferimento.

Come funziona un sensore di livello potenziometrico?

Il sensore è composto da un’unità elettronica e da un’asta di misurazione che sporge nel liquido del serbatoio. L’installazione può avvenire dall’alto, dal basso, in diagonale e, grazie a una versione con asta di misurazione piegata, anche nella parete laterale del serbatoio. La lunghezza dell’asta di misurazione può essere regolata con precisione in base alle dimensioni del serbatoio, con incrementi di 10 mm (misure intermedie su richiesta), fino a un massimo di 3 m.

Nel fluido, il sensore genera un campo di flusso elettrico, costituito dalla conduttività elettrica e dalle proprietà capacitive. Questo crea un rapporto di tensione esattamente proporzionale alla parte immersa dell’asta. Poiché viene considerato solo il rapporto delle tensioni, le proprietà del fluido, in particolare la conduttività elettrica, non influenzano il risultato della misurazione.

Nel sistema NSL, il sensore determina lo stato di immersione dell’elettrodo nel fluido come informazione aggiuntiva tramite un secondo metodo di misurazione. Questo metodo si basa sulla valutazione delle proprietà di risonanza elettrica e garantisce che la schiuma venga rilevata e proporzionalmente esclusa. Questo evita in modo affidabile misurazioni errate dovute all’adesione e alla schiuma.

Per quali prodotti e applicazioni è adatta la misurazione di livello potenziometrica?

Grazie all’elevata insensibilità alla schiuma e agli accumuli, all’eccellente precisione di misurazione e al tempo di risposta estremamente breve, la tecnologia di misurazione è adatta a un’ampia gamma di fluidi e applicazioni in caseifici, birrifici, aziende di lavorazione del latte e delle bevande e nell’industria alimentare e farmaceutica. Gli unici requisiti di base sono la conduttività del fluido da misurare e l’altezza massima del contenitore, che non deve superare i 3 m.﻿

Il sistema di sensori NSL flessibile e modulare offre un’applicazione affidabile e precisa anche con fluidi difficili e in applicazioni impegnative. Esempi:﻿

tutti i tipi di liquidi, come prodotti, acqua, mezzi CIP…﻿
applicazioni come scaldalatte, impianti di imbottigliamento, impianti per gelati, separatori, serbatoi di fermentazione, serbatoi di filtrazione, serbatoi orizzontali…
mezzi fortemente o diversamente schiumogeni, come birra, succhi, prodotti lattiero-caseari…
mezzi pastosi o che aderiscono all’asta del sensore, come creme, gelati, ketchup, salse…﻿
serbatoi pressurizzati﻿
rapidi cambiamenti del livello di riempimento, ad esempio durante il riempimento﻿
serbatoi non metallici﻿
diversi fluidi in un unico serbatoio (adattamento automatico ai fluidi che cambiano)﻿
forme del serbatoio con possibilità di installazione limitate﻿
ambienti di produzione con elevato stress meccanico o﻿
chimico (detergenti)﻿

Quali segnali e parametri possono essere acquisiti e trasmessi?

Il processo di misurazione ad alta precisione e l’elettronica intelligente nelle varie versioni NSL forniscono molti tipi di segnali diversi:﻿

Altezza di livello per segnale 4…20 mA o IO-Link digitale con precisione di misurazione <1%﻿
Segnale di avviso di funzionamento a secco
Segnale di avviso di guasto﻿
Limitazione del segnale di sottoscostamento/sovrascostamento
Limitazione dell’errore di sottoscostamento/sovrascostamento
Simulazione del segnale (3,95…20,05 mA)

La misurazione del livello consente di impostare i seguenti parametri:﻿

Punto zero / offset livello di riempimento﻿
Pendenza / guadagno livello﻿
Attenuazione / filtro﻿
Unità fisica﻿

Qual è la misurazione del contenuto da parte dei sistemi di pesatura?

I sistemi di pesatura per il rilevamento del livello offrono una soluzione più pratica e precisa rispetto ad altre tecniche di misurazione in molte applicazioni. Con un programma di sensori collaudato sul campo, Anderson-Negele offre anche soluzioni precise, robuste ed efficienti in questo campo di misura.

In molti serbatoi di processo, cisterne di stoccaggio e silos, la determinazione precisa della quantità di riempimento è una sfida particolare. I sistemi di misurazione classici come i sensori idrostatici, le sonde potenziometriche o i radar spesso raggiungono i loro limiti. Non sono abbastanza precisi, veloci o flessibili in determinati ambienti applicativi, non sono pratici per motivi tecnici o non sono economici per ragioni di costo.

Questo è particolarmente vero per:

Contenitori di processo con agitatore. In questo caso non è possibile installare sensori che sporgano nel fluido. La quantità di sostanza è spesso in movimento, il che crea forze trasversali dinamiche. Inoltre, in tali contenitori deve essere possibile misurare e controllare con elevata precisione ingredienti dosati e aggiunti dinamicamente, anche durante il processo in corso. Sono possibili anche sistemi di agitazione chiusi con pressione negativa o positiva.﻿
Contenitori intercambiabili per gli ingredienti, come nel caso della miscelazione dello yogurt, che sono liberamente spostabili. Per motivi di connessione, ma anche di costo, non possono essere dotati individualmente di sensori di livello.﻿
Serbatoi stoccati orizzontalmente. In questo caso, una piccola variazione del livello di riempimento provoca già una grande variazione di volume, e il movimento intrinseco (sloshing) dei liquidi può anche rendere difficile la misurazione tramite sensori di livello. Le celle di carico forniscono risultati più affidabili in questo caso.﻿
Serbatoi per materiale secco, dove la distribuzione irregolare della massa (formazione di pile, imbuti, buchi d’aria, ecc.) può rendere errata la misurazione della superficie. Con tali serbatoi o sili, spesso non sono possibili nemmeno le classiche sonde di livello continue, solo a causa delle loro dimensioni/altezza.﻿

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