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approfondimenti
Novembre/Dicembre 2014 ■ Automazione e Strumentazione
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I sensori di livello sono utilizzati per la misura del
livello di liquidi, fanghi, sostanze solide e mate-
riali sfusi nei più svariati settori. La scelta di un
sensore di livello è dettata dalle necessità appli-
cative e dal principio di misura più idoneo per il
processo cui è applicato: ultrasonico, radar (a
microonde), capacitivo, conduttivo, a vibra-
zione, radiometrico, piezoelettrico, a infra-
rosso, a diaframma, pneumatico, a tasteggio
ecc.
Nella selezione di un moderno misuratore vanno
tenute in conto anche le necessità di integrazione
e apertura verso le moderne reti di automazione.
Elementi importanti nella scelta di un sensore
possono essere l’adesione a normative di sicu-
rezza e standard costruttivi per zone pericolose,
per il settore igienico-alimentare e nella sicurezza
di processo (SIL, IEC/EN 61508). Altri fattori
abilitanti sono la compatibilità con protocolli di
comunicazione standard (FDT/DTM, Hart, Pro-
fibus-PA, Foundation Fieldbus) e la presenza di
funzioni integrate quali regolazioni, calibrazioni,
compensazione di misura, datalogging e gestione
allarmi. Analizziamo in breve due delle tipologie
più diffuse.
Il sensore ultrasonoro è in linea di principio un
ecoscandaglio ultra-acustico, ovvero di uno stru-
mento che sfrutta la capacità di un materiale di
riflettere il suono. L’emissione di impulsi acustici
si basa sull’effetto piezoelettrico inverso: ad un
elemento (detto risuonatore) di materiale cristal-
lino viene applicato un segnale elettrico alternato,
alla frequenza di risonanza tipica dell’elasti-
cità meccanica del materiale. La ricezione degli
impulsi, invece, si basa sull’effetto piezoelettrico
diretto, grazie al quale un cristallo dello stesso
materiale del risuonatore,
produce un segnale elet-
trico analogo a quello di
alimentazione del tra-
smettitore.
I misuratori a ultrasuoni
si fanno apprezzare per
la versatilità e l’efficacia nel controllo di pro-
cesso, nel monitoraggio ambientale, nelle appli-
cazioni predittive a bordo macchina. Il sensore
a ultrasuoni è in grado di rilevare la distanza di
un oggetto indipendentemente dalle caratteristi-
che del materiale di cui è costituito. Il metodo
di misura a ultrasuoni offre anche l’indiscutibile
vantaggio di evitare il contatto con l’oggetto di
riferimento e di conseguenza l’eliminazione dal
processo di misura di parti meccaniche in movi-
mento soggette a usura, l’analisi di materiali
delicati, evitando danni dovuti a strisciamenti o
pressioni localizzate, la possibilità di funziona-
mento in presenza di atmosfere e fluidi corrosivi,
infiammabili, sotto pressione.
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 presenza di pol-
veri e vapore. Essi sfruttano impulsi a microonde
che viaggiano alla velocità della luce e non subi-
scono variazioni dovute alle proprietà dei vapori.
Inoltre, i livelli di radiazione in gioco sono piut-
tosto bassi (potenze irradiate di pochi decimi di
milliwatt), per cui questi sensori possono essere
installati sia in serbatoi metallici che non metal-
lici, senza comportare rischi per ambienti e per-
sone, né sottostare a licenze e regolamentazioni.
Il principio di funzionamento di un sensore di
livello radar consiste nell’emissione e successiva
ricezione in feedback di onde elettromagnetiche
riflesse dall’oggetto da identificare. Nella misura
dei fluidi, in un serbatoio o in un silos, i trasmet-
titori di livello radar misurano il tempo di volo
(time of flight), ovvero il tempo di percorrenza
degli impulsi a microonde generati dallo stru-
mento e direzionati verso il prodotto per mezzo
di un’antenna a tromba o ad asta; gli impulsi
vengono poi riflessi dalla superficie del liquido,
rilevati dallo stesso strumento che funge da rice-
vitore ed eventualmente convertiti in segnali ana-
logici e seriali. ■
La definizione che riportiamo in
questa pagina è tratta e parzial-
mente rielaborata dall’autore a
partire dal “Dizionario di Automa-
zione e Informatica Industriale”,
a cura di Armando Martin, pagg.
288, Editoriale Delfino
Ringraziamo autore ed editore per
la collaborazione.
@armando_martin
Armando Martin
LE PAROLE CHIAVE DELL’AUTOMAZIONE
La misura del livello è una rilevazione fondamentale 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.
DIZIONARIO
Sensori di livello
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