La misurazione del livello è un aspetto chiave di molte applicazioni di processo industriale. Che tu stia cercando un maggiore controllo e visibilità nel processo, una maggiore sicurezza e/o conformità ambientale, esiste una gamma di soluzioni di misurazione a livello industriale che possono essere impiegate per aiutarti a raggiungere l'obiettivo. Al giorno d’oggi i sensori radar trovano impiego in tutti gli ambiti della nostra vita quotidiana, dal semplice rilevatore di movimento per l’apriporta al complesso sensore di prossimità per autovetture. Le misure di livello nel settore industriale pongono però sfide nettamente più impegnative.
Principi e Tipologie dei Misuratori di Livello Radar
I misuratori di livello radar si dividono in due categorie: radar a spazio aperto e radar a onda guidata. Sia la tecnologia radar a spazio aperto che quella a onda guidata sfruttano il principio fisico del “tempo di volo”, emettendo un’onda elettromagnetica. Al contrario, i radar a spazio aperto sono misuratori di livello senza contatto ed emettono l’onda elettromagnetica direttamente dall’antenna. Innanzitutto, il materiale consigliato è l’acciaio, in quanto l’onda elettromagnetica deve essere concentrata all’interno del tubo e le successive riflessioni vengono gestiste e compensate attraverso il software.
Non esiste una risposta valida per tutte le circostanze, dipende sempre dal tipo di applicazione che si sta considerando. Da ultimo, bisogna scegliere lo strumento più adatto per la misura: è preferibile utilizzare un radar a bassa frequenza. Tuttavia, i sensori radar a 80 GHz si contraddistinguono per l’ottima focalizzazione del segnale, per cui è possibile distinguere meglio il segnale di misura vero e proprio dai segnali di disturbo.
Vantaggi Competitivi dei Sensori Radar
È meglio utilizzare i sensori di livello radar quando serve maggior precisione, poiché sono più precisi in termini di accuratezza. Le sonde di livello radar in generale sono più accurate, nei modelli per applicazioni fiscali si raggiunge la precisione di 0,5mm, mentre gli altri modelli per l’industria di processo partono da accuratezze di 1mm fino a 5mm, in base allo strumento. In generale, la misura di livello radar è meno influenzata da schiuma, vapori, densità del mezzo di propagazione e risulta essere più utilizzata rispetto a quella a ultrasuoni. I sensori radar misurano anche a temperature variabili, una caratteristica che li rende particolarmente robusti. Rispetto agli strumenti di misura ultrasonora, i sensori radar effettuano la misura indipendentemente da oscillazioni della temperatura, vuoto, pressioni elevate o forte imbrattamento.
Il principio di misura senza contatto previene i malfunzionamenti causati dall'adesione dei fluidi o dai danni provocati dagli agitatori. Anche le condizioni di processo, come densità, viscosità, temperatura, pressione e valore del pH, non influiscono sulla misurazione. Un algoritmo intelligente consente di ignorare automaticamente componenti interni (tubature, agitatori, spray ball), in modo da rendere possibile una misurazione del livello affidabile e senza interferenze, con minime operazioni di parametrizzazione.
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Confronto con Sensori Ultrasonori
A causa del proprio principio di misura fisico, i sensori ultrasonori sono fortemente sensibili a influssi esterni. Il tempo di propagazione sonora varia infatti a seconda della temperatura, che è influenzata a sua volta per es. dall’irradiazione solare e della composizione del gas. Per ragioni di processo, in alcune applicazioni si verifica la sommersione dei sensori. Per questo spesso i sensori ultrasonori vengono protetti tramite apposite custodie che, oltre a essere soggette a imbrattamento, compromettono l’affidabilità della misura. In molte applicazioni i sensori devono fare i conti con adesioni di prodotto. Nei sensori ultrasonori le adesioni influenzano l’affidabilità del segnale di misura e determinano un’estensione della zona morta.
Per illustrare le differenze tra le due tecnologie, si può considerare la seguente tabella comparativa:
| Caratteristica | Sensori Radar | Sensori Ultrasuoni |
|---|---|---|
| Principio di misura | Tempo di volo (onde elettromagnetiche) | Tempo di volo (onde sonore) |
| Sensibilità a schiuma/vapori | Bassa | Alta |
| Sensibilità a temperatura/pressione | Molto bassa / Indipendente | Alta / Molto influenzata |
| Precisione | Elevata (fino a 0,5mm per applicazioni fiscali) | Generalmente inferiore |
| Impatto di adesioni | Minimo grazie al principio senza contatto e alla focalizzazione a 80GHz | Alto, influenzano affidabilità e zona morta |
| Compensazione ostacoli | Algoritmi intelligenti per ignorare elementi interni | Sensibili a ostacoli, necessità di protezioni o installazioni complesse |
Funzionamento del Radar FMCW a 80 GHz
Il sensore di livello radar funziona secondo il metodo FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Impulsi elettromagnetici nella gamma da 77 a 81 GHz, emessi continuamente, vengono riflessi dalla superficie e rilevati dal ricevitore nel sensore. Poiché il trasmettitore cambia costantemente la frequenza del segnale trasmesso, c'è una differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e quello riflesso, che può essere utilizzata per calcolare la distanza dalla superficie del fluido. L’ottima performance della tecnologia a 80GHz consente una misurazione del livello mirata e precisa, anche in spazi ristretti. Grazie all’ottima focalizzazione della tecnologia a 80 GHz, il raggio radar può essere orientato esattamente sul prodotto da misurare. In questo modo si evita l’insorgere di segnali di disturbo anche in caso di installazioni interne al serbatoio, come tubazioni o pompe, in pozzi stretti o in presenza di depositi lungo le pareti.
Applicazioni Industriali e Igiene
In conclusione, i sensori di livello radar sono adatti per la misurazione continua senza contatto di liquidi, fanghi, polvere, solidi e per la misurazione del livello dei fanghi. I sensori radar possono essere utilizzati anche quando l'ambiente presenta gas inerti o volatili e possono essere installati in una varietà di serbatoi o tubi metallici e non metallici. Non ci sono limitazioni: serbatoi in acciaio, alluminio o altri metalli non creano problemi.
Nell’industria alimentare, la misura di livello è utilizzata per gestire l’approvvigionamento delle materie prime come cereali, mais e farine, monitorando la quantità di materiale stoccata all’interno dei silos. Nell’industria alimentare il controllo preciso dei processi è fondamentale per garantire qualità, igiene e continuità produttiva. Un’area particolarmente sensibile è la gestione del siero di latte, sottoprodotto fondamentale della produzione di formaggi. In questo contesto, le soluzioni di misura di livello giocano un ruolo chiave, e le tecnologie radar sono lo standard più avanzato in termini di affidabilità, resistenza e precisione.
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Con la tecnologia radar a 80 GHz, i sensori Vega possono migliorare l’affidabilità dei processi, ridurre la manutenzione e garantire elevati standard igienici. Un importante stabilimento europeo del settore, che lavora quotidianamente migliaia di litri di latte, ha affrontato e risolto una serie di problematiche legate alla misura di livello nei serbatoi di siero grazie all’introduzione della tecnologia radar a 80 GHz sviluppata da Vega, in particolare con il sensore VEGAPULS 6X.
Il fascio radar focalizzato consente infatti la lettura precisa del livello anche in presenza di ostacoli all’interno del serbatoio. La misura è continua, non influenzata da schiuma o vapore, completamente senza contatto, senza rischi di usura o rottura meccanica. Oltre alla robustezza, uno dei grandi punti di forza di VEGAPULS 6X è la compatibilità con i severi requisiti igienico-sanitari dell’industria alimentare. I sensori Vega sono infatti certificati secondo gli standard FDA, EHEDG, 3-A Sanitary, ASME-BPE e ISPE GAMP, costruiti con materiali anticorrosione e facilmente pulibili anche nei cicli CIP/SIP.
Facilità di Implementazione e Manutenzione
L’impostazione dei parametri è molto rapida e può essere eseguita anche wireless tramite smartphone o tablet con l’app VEGA Tools. Con Vega Tools anche i punti di misura più difficili da raggiungere possono essere configurati e gestiti da remoto, aumentando la sicurezza degli operatori e riducendo i tempi di intervento. L’uso dell’app consente inoltre di semplificare l’intero processo di messa in servizio, calibrazione e configurazione, permettendo il controllo completo tramite dispositivi mobili come smartphone o tablet.
La semplice messa in servizio con tempo e costi ridotti è garantita: la tecnica di collegamento M12 standard consente non solo di ridurre gli errori durante la messa in servizio. Anche l’impostazione dei parametri è rapida e semplice poiché è necessario configurare un solo valore. La parametrizzazione può essere effettuata comodamente anche tramite l'app gratuita moneo|blue e l'adattatore Bluetooth EIO330. Grazie a IO-Link, il sensore radar può essere parametrizzato in modo rapido e semplice, richiedendo l'impostazione di un solo parametro. La manutenzione da remoto e la parametrizzazione attraverso noti sistemi di bus di campo tramite IO-Link permettono ai tecnici di controllo di visualizzare il livello nel sistema di controllo, direttamente dopo l’installazione, da una distanza di diverse centinaia di chilometri.
Prodotti Specifici e Soluzioni Integrate
Gli strumenti di misura Vega possono adattarsi agli impianti esistenti grazie a un sistema di attacchi standardizzati. L’uso di adattatori igienici permette una grande flessibilità nella configurazione, con vantaggi tangibili anche in termini di magazzino e manutenzione. In questo modo, un solo modello di sensore può essere impiegato in molteplici applicazioni, garantendo omogeneità e semplificazione nella gestione tecnica dell’impianto. L'involucro in acciaio inossidabile in un unico pezzo, privo di guarnizioni, è adatto ad applicazioni igieniche, offrendo ottima resistenza a lungo termine anche con processi di pulizia regolari.
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Accanto a VEGAPULS 6X a tecnologia radar per la misura di livello, vi sono molti altri sensori radar progettati per esigenze più specifiche. VEGAPULS 42 è la soluzione ideale per processi con rapidi cambi di livello o cicli di riempimento brevi. Questo sensore è particolarmente apprezzato nell’automazione industriale per la velocità di risposta e la comunicazione IO-Link integrata. Anche in ambienti ridotti, riesce a fornire misure accurate e visibili grazie all’anello luminoso a 360° che segnala costantemente lo stato operativo. Il nuovo microchip radar sviluppato da VEGA è stato ottimizzato specificamente per le esigenze della misura di livello.
Le unità di controllo opzionali VEGAMET integrano i sensori radar VEGAPULS e soddisfano in maniera ottimale le esigenze applicative nel settore del trattamento delle acque e delle acque reflue. Per lo sviluppo della serie di strumenti compatti si è tenuto conto di diversi criteri, tra cui la semplicità di montaggio e calibrazione. Inoltre, VEGABAR 28 è un sensore pensato per il monitoraggio preciso della pressione. Dotato di cella ceramica Certec, può operare fino a 130 °C ed è facilmente integrabile in impianti esistenti grazie a connessioni igieniche standardizzate.