Tecnologia e funzionamento dei sensori di livello

Un elettrodo integrato nella punta del sensore forma un condensatore con l’ambiente circostante. La sostanza determina il valore di capacità in base alle sue costanti dielettriche (valore DK). Insieme ad una bobina all’interno del sistema elettronico del sensore si genera un circuito risonante. Il segnale di commutazione viene azionato in base alla frequenza di risonanza misurata e le soglie trigger programmabili.

Il sensore capacitivo funziona fondamentalmente come un condensatore aperto. Tra l’elettrodo di misurazione e l’elettrodo GND viene installato un campo elettrico. Se un materiale con una costante dielettrica relativa εr superiore all’aria penetra nel campo elettrico, la capacità d quest’ultimo aumenta in base al valore εr del materiale stesso. Il sistema elettronico misura questo incremento di capacità, il segnale generato viene analizzato nell’elaborazione successiva del segnale portando all’inserimento dell’uscita alla grandezza corrispondente.

Sensori di livello e di perdite a contatto con il liquido: il principio di funzionamento dei sensori ottici di livello si basa sulla variazione dell’angolo limite per la riflessione totale a seconda che la punta del sensore sia circondata da liquido oppure aria. Se la punta della sonda è circondata da un liquido, il fascio di luce viene deviato nel liquido e l’uscita del sensore modifica il suo stato di commutazione. Il liquido può essere conduttore, torbido o trasparente. Nei sensori di perdite viene utilizzato lo stesso principio di funzionamento.

Sensori di livello non a contatto con il liquido: i sensori di livello per il montaggio di flessibili/tubi verticali funzionano secondo un principio analogo. Così anche la versione FFDK 16 sfrutta la caratteristica di deviazione della luce dei liquidi. Nello stato senza liquido, la luce emessa urta direttamente il ricevitore. Se il liquido giunge nell’area di rilevamento, una parte della luce emessa viene deviata in modo tale che minor luce urti il ricevitore. Tale variazione luminosa può essere analizzata adeguatamente dal sensore. Nella versione del conduttore ottico FSL 500C6Y00 funziona esattamente al contrario. Nello stato senza liquido, nessuna luce urta il ricevitore. Solo se il liquido giunge nell’area di rilevamento dell’array, una parte della luce emessa viene deviata anche sul ricevitore. Tale variazione luminosa sul ricevitore può essere analizzata. Il vantaggio della struttura ad array con un range di monitoraggio di circa 5 mm consiste nel fatto che i disturbi dovuti a schiuma e piccole bolle d’aria possono essere nascosti con un efficiente dispositivo a conduttore ottico.

Un potenziometro rappresenta un trasduttore angolare con un principio di misurazione raziometrico. La relazione matematica indica l’indipendenza dell’uscita digitale sul convertitore AD dalla tensione di controllo UP e dal valore di resistenza RP.

La realizzazione di questo principio come misurazione del livello utilizza praticamente un tubo conduttore per la guida a cursore, alimentato da una fonte di tensione UP priva di potenziale. Lungo questo tubo si genera un calo di tensione lineare tramite il flusso di corrente. Il cursore forma il liquido in cui si genera un campo di dipolo corrispondente per la superficie equipotenziale della parete conduttiva del serbatoio o di un elettrodo ausiliario. Le due resistenze dinamiche equivalenti RM1 e RM2 rappresentano tale condizione come partitore di tensione 1:1. La tensione asimmetrica tra il serbatoio o l’elettrodo ausiliario e un polo della fonte di tensione genera il segnale di misura UM. Quest’ultimo è lineare al livello e raziometrico a metà dell’ampiezza della fonte di tensione UP in riferimento alla lunghezza del tubo.

Circa la metà di tutte le misurazioni di livello dell’automazione dei processi nei serbatoi è realizzata con sensori di pressione. Sono necessari contestualmente piccoli intervalli di misurazione della pressione e precisioni elevate. Per ogni metro di altezza di misurazione, la pressione idrostatica corrisponde solo a circa 100 mbar per acqua o liquidi a base d’acqua. Per determinare il livello esatto occorre conoscere lo spessore del liquido e compensarlo o calibrarlo adeguatamente. Finché il serbatoio è depressurizzato, è sufficiente un solo sensore di pressione relativa possibilmente alla base del serbatoio stesso o in prossimità di esso. Nei serbatoi pressurizzati occorre calcolare l’informazione mediante la cosiddetta pressione in testa all’interno del serbatoio. A tale scopo è necessario un secondo sensore di pressione. Una misurazione accurata diventa sempre più sofisticata, tanto minore sarà l’altezza di misurazione e maggiore la pressione in testa, poiché l’informazione della pressione idrostatica, costituita dalla differenza di entrambi i valori di pressione, diventa sempre più piccola rispetto ai range di misura selezionabili dei sensori di pressione.

I sensori a ultrasuoni si basano sulla durata misurata del segnale a ultrasuoni. Emettono onde acustiche altamente frequenti che vengono riflesse sulla superficie della sostanza da misurare. Le sostanze possono essere liquide, granulari o polverose. Gli oggetti trasparenti e quelli difficilmente rilevabili a livello visivo vengono riconosciuti in modo univoco dai sensori a ultrasuoni.

Nei sensori a ultrasuoni per la misurazione continua del livello, il valore di distanza misurato dal sensore alla superficie della sostanza viene emesso come valore di tensione. La corrente o la tensione emessa è proporzionale al livello o alla distanza dalla superficie della sostanza.