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MISURE DI PRESSIONE E LIVELLO
speciale
Marzo 2017
Automazione e Strumentazione
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DUE MISURE CRUCIALI PER LA GESTIONE OTTIMALE DEI PROCESSI
Misurare pressioni e livelli nell’industria
Mario Gargantini
Sensibilità, accuratezza, prontezza di risposta, accessibilità sono requisiti
essenziali della strumentazione per le misure di pressione e livello.
L’avanzata della digitalizzazione e i nuovi sistemi di comunicazione
industriale ridefiniscono l’approccio alla misura ed esaltano i vantaggi
di una varietà di metodologie di rilevazione.
La pressione nei fluidi è la grandezza fisica più
comunemente misurata, dopo la temperatura,
nell’industria di processo e rappresenta uno dei
parametri operativi critici in molti impianti pro-
duttivi: il suo valore va accuratamente stabilito
e continuamente tenuto sotto controllo e la sua
misura contribuisce in modo rilevante a incremen-
tare il flusso dei
Big Data
che ormai costituiscono
la linfa vitale dei moderni sistemi di produzione.
Secoli di evoluzione tecnologica - dai seicenteschi
esperimenti di Pascal ai più recenti sensori MEMS
- hanno permesso di validare diverse metodologie
di misura e di immettere sul mercato una enorme
varietà di strumenti, rispondendo alle diverse esi-
genze applicative ma, soprattutto oggi, rendendo
impegnativa e delicata l’analisi delle opportunità
e la scelta dell’apparecchiatura più adatta per ogni
specifica situazione. Diventa quindi fondamentale
comprendere bene i principi e le modalità di fun-
zionamento delle diverse tipologie di strumenti e
descrivere con chiarezza le esigenze operative del
singolo impianto e del relativo sistema di controllo.
Tipologie
Il principio sul quale si basa un misuratore di
pressione è abbastanza semplice da enunciare:
si tratta di rilevare spostamenti o deformazioni
causate dalla forza esercitata da un fluido (liquido
o gas) su una determinata superficie; si dovrà
distinguere poi tra pressione relativa, assoluta e
differenziale e conta anche il fatto che il fluido
sia in condizioni statiche oppure in movimento.
Nei tradizionali
manometri
meccanici lo spo-
stamento misurato può essere la differenza di
livello assunta da un liquido in un tubo; mentre
le deformazioni sono quelle prodotte su vari tipi
di elementi elastici come spirali, capsule, soffietti
o tubi elastici: tra questi ultimi, tipico il caso del
tubo di Bourdon, tuttora impiegato con buoni
risultati in termini di
sensibilità
e
prontezza di
risposta
, nelle misure di pressioni elevate.
Nei sensori di pressione l’elemento chiave è una
membrana o un diaframma che si deforma propor-
zionalmente alla pressione da rilevare. La mem-
brana è a diretto contatto col fluido, separando
così quest’ultimo dall’elettronica dello strumento.
L’intervallo di pressione misurabile e la maggiore
o minore compatibilità col fluido dipendono dalle
dimensioni e dal materiale della membrana.
In ogni caso, le misure delle deformazioni o degli
spostamenti devono essere trasdotte in ulteriori
spostamenti leggibili, mediante indicatori, o più
spesso vengono convertite in segnali elettrici che
possono essere trasmessi ed elaborati.
I sensori di pressione si differenziano per il tipo
di materiale utilizzato per la costruzione della
membrana e per il metodo di misura della sua
deflessione. Nei sensori industriali tali metodi
si possono ricondurre fondamentalmente a due
principi: resistivo e capacitivo.
Nel primo caso la deformazione della membrana
fa variare la resistenza elettrica (
estensimetri
,
strain gauge): si possono collegare quattro strain
gauge per formare un ponte di Wheatstone e così
convertire la deformazione in segnale elettrico.
Si possono utilizzare estensimetri a filo metallico
o a semiconduttore; per avere alta sensitività,
si utilizzano materiali con gauge factor elevato
che per alcuni semiconduttori può arrivare a
200. Una variante della misura resistiva sono i
sensori
piezometrici
che sfruttano il fenomeno
della piezoresistenza e utilizzano come elemento
deformabile un cristallo di silicio sul quale
@wonderscience
Tipico trasmettitore di
pressione relativa
e differenziale
(Fonte SpiraxSarco)