Automazione e Strumentazione
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Giugno 2013
PORTATA FLUSSO LIVELLO
speciale
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in ognuno dei numerosi “passaggi” necessari e
dipendere anche dalle assunzioni adottate. Una
prima classificazione dei misuratori di portata
relativa al metodo di misura distingue misura-
tori di velocità (statici o dinamici) e misuratori
di portata diretta.
Misure di pressione
La pressione è una grandezza fisica definita
come il rapporto tra la forza agente ortogonal-
mente su una superficie e la superficie stessa.
I trasduttori di pressione sono dispositivi di
misura in grado di convertire la forza per unità
di area di un fluido in un segnale elettrico. Nor-
malmente la pressione viene misurata rispetto
a un riferimento. Si parla dunque di pressione
assoluta
(absolute pressure), se il riferimento
è costituito dal vuoto perfetto, e di pressione
relativa
(gauge pressure) se il riferimento è la
pressione ambiente, cioè dell’atmosfera. Inol-
tre, se si deve rilevare la differenza di pressione
fra due fluidi, si ricorre ai cosiddetti
trasduttori
differenziali
.
Le tecniche generalmente usate per trasdurre
la pressione sono di tipo indiretto, ovvero ciò
che viene effettivamente rilevato è la deforma-
zione (strain) subita dalla sonda che costituisce
l’interfaccia meccanica tra il fluido – oggetto
della misura – e il fluido di riferimento (vuoto
o ambiente). Le prestazioni di un trasduttore di
pressione sono perciò in gran parte determinate
dalle caratteristiche del dispositivo di misura
di deformazione che ne costituisce parte inte-
grante.
I sensori di pressione possono essere realizzati
sfruttando il principio del tubo di
Bourdon
, gra-
zie al quale si ottiene una deformazione geome-
trica di un tubo chiuso a un’estremità e avvolto
a spirale. Tale deformazione (proporzionale alla
pressione del fluido interno) può essere misu-
rata tramite un sensore di scostamento lineare
(es. LVDT, Linear Variable Differential Tran-
sformer), oppure sfruttando la flessione di una
membrana.
La misura del livello
Anche la misura del livello è determinante in
numerosi processi industriali. Generalmente
consiste nel determinare la posizione, rispetto a
un piano di riferimento, dell’interfaccia tra due
fluidi separati per la forza di gravità. La scelta
di un sensore di livello è dettata dalle necessità
applicative e dal principio di misura più idoneo
per il processo cui è applicato:
ultrasonico
,
radar
(a microonde),
capacitivo
,
conduttivo
,
a
vibrazione
,
radiometrico
,
piezoelettrico
,
a
infrarosso
, a
diaframma
,
pneumatico
, a
tasteggio
ecc. Tali principi permettono il rile-
vamento, il controllo e il comando di livelli di
sostanze liquide, pastose, polverose o granulari.
Particolarmente interessanti sono i sensori
ultrasonori, i quali si fanno apprezzare per la
versatilità e l’efficacia nel controllo di processo,
nel monitoraggio ambientale, nelle applicazioni
predittive a bordo macchina. In linea di princi-
pio un sensore a ultrasuoni è un ecoscandaglio
ultra-acustico, ovvero di uno strumento che
sfrutta la capacità di un materiale di riflettere il
suono. La distanza di un oggetto viene determi-
nata inviando un treno di impulsi acustici ad alta
frequenza e analizzando il tempo di ritardo nella
ricezione degli impulsi riflessi dall’oggetto.
A differenza dei misuratori a ultrasuoni, i
sistemi di misura
radar
(acronimo di Radio
Detecting and Ranging) si fanno apprezzare per
il fatto di essere praticamente insensibili a forti
variazioni di temperatura, pressione e alla pre-
senza di polveri e vapore. Essi sfruttano impulsi
a microonde che viaggiano alla velocità della
luce e non subiscono variazioni dovute alle pro-
prietà dei vapori.
Misure di temperatura
La temperatura è una delle grandezze fisi-
che misurate con maggiore frequenza. Alcuni
parametri critici come la velocità e i tempi di
risposta di una lavorazione, il consumo di mate-
rie prime, le caratteristiche di un prodotto, il
rendimento o la qualità di un processo dipen-
dono dalla precisione e dalla frequenza con cui
si misura la temperatura. La temperatura con-
diziona molti altri fattori quali l’efficienza e il
consumo energetico di un processo, l’ottimizza-
zione delle risorse, la durata degli impianti e dei
macchinari.
In numerose applicazioni industriali esiste
la necessità di utilizzare un’ampia gamma di
apparecchiature di monitoraggio, controllo e
regolazione della temperatura con requisiti di
affidabilità, precisione e ripetibilità. Dal punto
di vista degli strumenti di misura della tempe-
ratura distinguiamo sensori e trasduttori per
misure a contatto e per misure a distanza.
Alla prima categoria appartengono i dispositivi
maggiormente diffusi:
termoresistenze
,
ter-
mocoppie
,
termistori
, sensori integrati,
termo-
pile
, termometri
bimetallici
e altri dispositivi.
Alla categoria dei sensori per misure a distanza
o senza contatto appartengono
pirometri
,
ter-
mocamere
, sensori a raggi
infrarossi
. Questi
strumenti trovano applicazione nelle misure di
oggetti (o materiali) in movimento, inaccessi-
bili, dotati di scarsa conducibilità termica, bassa
capacità calorifica e temperature elevate.
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