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Ecco gli argomenti di oggi:
La misurazione del livello nell’automazione industriale.
Le due categorie principali dei misuratori di livello.
I misuratori di livello a punto (interruttori di livello).
Gli interruttori di livello capacitivi.
Sensori di livello ottici.
Interruttori di livello conduttivi (resistenza).
Interruttori di livello a forchetta vibrante.
Sensori di livello a interruttore fluttuante.
Misuratori di livello continui (trasmettitori di livello).
Trasmettitori di livello a pressione (sonde di pressione).
Trasmettitori di livello a ultrasuoni.
Trasmettitori di livello radar.
La misurazione del livello nell’automazione industriale.
Tra le apparecchiature da campo più utilizzate nell’automazione industriale i misuratori di livello occupano sicuramente un ruolo di primaria importanza.
Che si tratti di semplici interruttori di livello, oppure di sofisticati trasmettitori di livello a tecnologia radar, sono tantissime le applicazioni che necessitano di un controllo costante di livello, per esempio all’interno di serbatoi.
Le due categorie principali dei misuratori di livello.
Le sonde di livello si dividono in due grandi categorie, in base al tipo di funzionamento: gli interruttori di livello e i misuratori di livello continui (trasmettitori di livello).
Per esempio in un serbatoio possiamo avere una sonda di livello che ci avvisa quando il livello del liquido all’interno del serbatoio stesso scende sotto un certo punto o viceversa; in questo caso l’apparecchio che utilizziamo sarà un interruttore di livello, il cui contatto può essere NO (normalmente aperto) o NC (normalmente chiuso), a seconda delle esigenze.
Nello stesso serbatoio però potremmo anche avere una sonda che ci fornisce una misurazione continua del livello, per esempio da zero a cento percento. Questo tipo d’apparecchio si chiama trasmettitore di livello, poiché contiene una sonda, un trasduttore, e un circuito elettronico che trasforma il segnale generato dal trasduttore, in un segnale elettrico standard di tipo 4-20mA, oppure 0-20mA, o ancora 0-10V.
Ecco nella prossima immagine un livello digitale a forchetta (vibrazione) e un trasmettitore di livello radar che fornisce invece un segnale analogico della misura.
I misuratori di livello a punto (interruttori di livello).
La categoria degli interruttori di livello comprende apparecchi che lavorano sfruttando diversi principi, per cui abbiamo sonde capacitive, ottiche, conduttive, a vibrazione, a contatto fluttuante.
Questi apparecchi funzionano in modo diverso per quanto riguarda la rilevazione del prodotto che può essere liquido ma anche solido, tuttavia in uscita forniscono sempre un contatto che si apre o si chiude. Dal punto di vista del PLC, il segnale sarà un ingresso digitale, solitamente a 24V continui.
Ecco nella prossima immagine un sistema controllato dal PLC, dove troviamo tre interruttori di livello. Nel serbatoio sono installati un livello di minima (LLS) e di massima (HLS), mentre nella vasca di prelievo solamente un livello minimo.
Quando il livello nel tank scende sotto il minimo, il plc attiva la pompa che preleva l’acqua dalla vasca per reintegrare il liquido nel serbatoio; il reintegro si ferma quando il livello tocca quello di massima.
Il livello di minima installato nella vasca serve a fermare la pompa nel caso non ci sia più liquido disponibile per il reintegro.
Gli interruttori di livello capacitivi.
Gli interruttori di livello capacitivi funzionano generando un campo elettrico e misurando come questo campo viene influenzato quando il prodotto tocca la parte del sensore.
I vantaggi di questo tipo di apparecchiature sono che hanno dimensioni ridotte, un costo non elevato, e offrono una misurazione accurata. Questo tipo di misuratore inoltre non ha parti in movimento.
Il livello capacitivo però necessita di contatto con il prodotto e questo non sempre è possibile; si pensi per esempio quando è necessario rilevare il livello all’interno di un serbatoio con un elemento che gira (agitatore).
Ecco nella prossima immagine un interruttore di livello capacitivo.
Sensori di livello ottici.
I sensori di livello ottici convertono i raggi luminosi in segnali elettrici, misurando la quantità di luce che si traduce nella misura del livello.
Questi sensori possono lavorare a temperature e pressioni anche elevate, non hanno parti in movimento e sono di ridotte dimensioni; essi sono impiegati largamente nella misurazione dei liquidi.
Tra gli svantaggi dei sensori ottici c’è il fatto che se le lenti si sporcano la misura diventa inaccurata, per cui è necessario procedere a una pulizia delle stesse di tanto in tanto.
Questi apparecchi sono utilizzati anche per rilevare livelli minimi di olio o liquidi refrigeranti, per evitare che i motori funzionino a secco e con temperature troppo elevate.
Ecco nella prossima immagine un sensore di livello di tipo ottico.
Interruttori di livello conduttivi (resistenza).
Gli interruttori di livello conduttivi funzionano applicando al capo di due elettrodi una tensione in corrente alternata. Quando il liquido tocca gli elettrodi in pratica il circuito si chiude e l’apparecchio misura la corrente che circola al suo interno.
Questi interruttori di livello sono semplici da utilizzare, non costano troppo e non hanno parti in movimento.
Di contro essi si usurano col passare del tempo, necessitano di contatto con il prodotto da rilevare, e sono utilizzabili solo con i liquidi.
Ecco un interruttore di livello conduttivo nella prossima figura.
Interruttori di livello a forchetta vibrante.
Tra gli interruttori di livello più utilizzati ci sono quelli a forchetta, che presentano due parti che vibrano a una certa frequenza di risonanza. Il contatto della forchetta con il prodotto altera questa frequenza e l’apparecchio rileva la sua presenza.
Questi sensori di livello costano poco, sono compatti, facili da installare e non necessitano di manutenzione; essi però devono venire a contatto con il prodotto.
I livello a forchetta si impiegano con fluidi, liquidi, polveri; per cui sono largamente utilizzati in diversi settori dell’automazione industriale.
Ecco nella prossima figura un livello a forchetta vibrante.
Sensori di livello a interruttore fluttuante.
Avete presente il galleggiante della vaschetta del bagno? Ecco un tipo di livello con contatto fluttuante. Nel caso dell’oggetto che tutti conosciamo parliamo di galleggiante, il principio di funzionamento è quello: il liquido raggiunge la parte mobile che muovendosi chiude il contatto (o lo apre).
Questo tipo di interruttori di livello non necessita di parti elettriche e fornisce anche un’indicazione visuale; tuttavia essi possono essere ingombranti e invasivi per il prodotto, inoltre hanno parti in movimento che col tempo possono usurarsi.
Ecco un livello a interruttore mobile nella prossima immagine.
Misuratori di livello continui (trasmettitori di livello).
Come accennato all’inizio di questa lezione, i trasmettitori di livello sono apparecchi più complessi che forniscono una misura proporzionale al livello del prodotto rilevato. Anche questi sensori possono essere utilizzati come interruttori, creando la logica nel programma del PLC.
Per esempio possiamo attivare un bit quando il livello rilevato dall’ingresso analogico a cui la sonda è collegata supera l’80%.
Tra i trasmettitori di livello continuo troviamo quelli che misurano una pressione, quelli a ultrasuoni, e i radar.
Trasmettitori di livello a pressione (sonde di pressione).
Queste sonde misurano la pressione applicata a una membrana collegata a un trasduttore. Il trasduttore traduce la pressione in un segnale elettrico, il quale viene poi normalizzato diventando un segnale in corrente o in tensione. Questo segnale può essere portato a un PLC o a un regolatore, naturalmente l’ingresso del PLC sarà un ingresso analogico.
Ecco un trasmettitore di pressione nella prossima figura.
Trasmettitori di livello a ultrasuoni.
I trasmettitori di livello a ultrasuoni emettono ultrasuoni e misurano il tempo di ritorno degli stessi, che varia in proporzione alla quantità di prodotto rilevato.
Questi apparecchi sono compatti e non hanno parti in movimento. Essi non sono invasivi poiché non necessitano di contatto con il prodotto, inoltre non devono essere puliti spesso.
L’utilizzo di questo tipo di sonda può essere costoso e in certi ambienti il funzionamento può venire disturbato.
Trasmettitori di livello radar.
I sensori di livello radar (micro onde) trasmettono onde molto corte che vengono riflesse dal prodotto e ritornano all’antenna dei sensori stessi. Il livello del prodotto influisce il tempo di ritorno delle onde radar.
Questi trasmettitori sono impiegati con liquidi e solidi, e il loro funzionamento non è influenzato dalla temperatura e dalla pressione; la loro misurazione è molto accurata.
Anche questi apparecchi non necessitano di contatto con il prodotto, tuttavia il loro costo è maggiore di altri tipi di trasmettitori.
Ecco una sonda di livello radar nella prossima immagine.
