Misuratore di livello a ultrasuoni

Un misuratore di livello a ultrasuoni si compra per ciò che non tocca. Dove un vaso contiene acque reflue, un acido, un prodotto alimentare o una polpa, uno strumento con parti a contatto deve sopravvivere al mezzo e va pulito dopo, e un galleggiante o una sonda devono essere raggiungibili. Misurare dalla superficie evita tutto questo: il trasduttore sta nell’aria sopra il vaso e il contenuto non lo raggiunge mai.

Ciò che guadagna in semplicità lo paga in geometria. Lo strumento ha bisogno di un percorso sgombro dalla sua faccia alla superficie, e su un vaso con qualcosa dentro questa è una concessione minore di quanto sembri all’inizio.

Come si fa la misura

Il trasduttore emete un suono a raffica verso il basso e poi ascolta. L’impulso si riflette sul salto di densità che la superficie rappresenta e ritorna, e l’intervallo fra emissione e ricezione dà la distanza; sottraendola dall’altezza di montaggio si ottiene il livello. Poiché la velocità del suono dipende dalla temperatura dell’aria che attraversa, lo strumento incorpora un sensore di temperatura e corregge il cronometraggio in funzione di essa, ed è per questo che la temperatura dell’impianto fa parte della scelta e non è un dettaglio ambientale.

Da quella singola frase discendono tre limiti geometrici, e presi insieme decidono se un dato vaso può essere misurato affatto. Subito sotto la faccia c’è una fascia in cui lo strumento non riesce a separare la propria emissione dall’eco che ritorna, e il livello massimo che il vaso può raggiungere deve restarle al di sotto. L’impulso si allarga viaggiando, quindi su un vaso alto e stretto il fascio può raggiungere la parete o un accessorio interno e rimandare un’eco falsa prima di quella della superficie. E per un dato campo di misura esiste una distanza minima fra trasduttore e parete del vaso, perché l’eco della parete arriva a un tempo vicino a quello della superficie.

Monoblocco o separata

Le due esecuzioni differiscono solo per dove sta la testina. L’esecuzione monoblocco porta il trasduttore nella testina e si monta sul vaso, ed è la disposizione per una vasca con spazio libero al di sopra e con una sommità raggiungibile. L’esecuzione separata mette il trasduttore sul vaso e la testina dove una persona può leggerla, che è ciò che richiedono uno spazio con altezza limitata, un vaso senza accesso alla sommità o una zona di lavaggio.

Ne derivano due conseguenze che vanno oltre la comodità. L’esecuzione separata accetta un’alimentazione di rete oltre a una in bassa tensione, quindi si addice a un impianto dove presso il vaso c’è una rete elettrica ma non una alimentazione in bassa tensione. E non porta l’opzione senza fili che il monoblocco offre, quindi un sito remoto privo di cablaggio orienta verso il monoblocco.

Campo di misura, distanza cieca e il vaso piccolo

Campo di misura e accuratezza sono i valori che chi acquista cerca per primi, e su questo tipo non bastano da soli. La distanza cieca appartiene alla disposizione del trasduttore e non al campo di misura, ed è per questo che il materiale dà valori diversi per l’esecuzione monoblocco e per quella separata sugli stessi intervalli, ed è per questo che un’esecuzione con una distanza cieca corta può essere quella che rende misurabile un vaso basso. L’esecuzione a distanza cieca ridotta esiste esattamente per questo caso: copre un vaso profondo non più di un metro o due, con una distanza cieca misurata in centimetri e non in decine di centimetri.

Questa relazione è la ragione per cui il discorso sulla specifica comincia dal vaso e non dallo strumento. L’altezza del vaso e il livello massimo che il contenuto raggiunge decidono insieme se lo strumento può essere montato abbastanza in alto da tenere quel livello fuori dalla fascia cieca, oppure se devono cambiare il campo di misura, il montaggio o la tecnologia.

Uscite e comando

Lo strumento fornisce un’uscita analogica a 4-20 mA e una connessione RS-485 che parla Modbus-RTU, che è la strada standard verso un regolatore o un sistema di controllo, e una coppia di contatti a relè adatti alla commutazione in rete. I relè sono ciò che permette a uno strumento di fare un lavoro anziché riferirlo soltanto: un interruttore di livello che avvia una pompa o apre una valvola ha bisogno di un contatto, e un allarme ne ha bisogno di un altro. L’esecuzione separata offre quattro contatti come opzione quando servono più azioni.

Un’accuratezza dell’uscita analogica dello 0,2% del fondo scala è data separatamente dall’accuratezza di misura, e le due vanno tenute distinte: la prima descrive la qualità del segnale fra lo strumento e ciò che lo legge, la seconda descrive la misura in sé.

Limiti di misura e criteri di scelta

I limiti della tecnologia sono i tre geometrici di cui sopra, e vale la pena dichiararli apertamente perché ciascuno ha una soluzione aggirabile che costa meno che cambiare strumento. Un livello che sale nella fascia cieca a volte si risolve montando più in alto, oppure portando un tubo di calma al di sopra del vaso. Un fascio che raggiunge la parete si può restringere, o si può spostare lo strumento, o si può misurare il vaso con un altro principio. Ma dove l’aria sopra la superficie porta vapori, condensa, polveri o schiuma la geometria non aiuta, e di solito la risposta è il radar: ed è per questo che il confine fra le due tecnologie lo traccia l’atmosfera sopra il mezzo e non il campo di livello, che entrambi coprono gli stessi intervalli.

Il materiale lascia inoltre parecchi valori non definiti, e qui sono elencati anziché coperti. L’accuratezza è espressa in tre modi diversi nello stesso documento, e una classe di accuratezza non è la stessa grandezza di una percentuale del fondo scala. La distanza cieca differisce fra le due esecuzioni per un campo. L’alimentazione differisce fra esse. E la relazione fra il modulo senza fili facoltativo e l’unità separata a 4G non è spiegata.

Ordine

Gli elementi che determinano la risposta sono l’altezza del vaso, il suo diametro e i livelli massimo e minimo in servizio; il mezzo e i vapori o le polveri sopra di esso; le temperature di lavoro ed estreme allo strumento; se sulla superficie si formano schiuma, condensa o turbolenza; cosa c’è dentro il vaso e quanto vicino alla parete può essere montato lo strumento; se la lettura deve essere vista in loco o soltanto come segnale; le uscite richieste e cosa le leggerà; se presso il vaso esiste un cablaggio; e l’alimentazione disponibile. Un disegno del vaso risponde alla maggior parte di queste domande, ed è il singolo elemento più utile in una richiesta. Quantità, porto di destinazione e data di consegna richiesta completano la richiesta.