Il livello è uno dei parametri target più importanti nel monitoraggio dei processi industriali. Nella misurazione continua del livello di serbatoi, silos, vasche, ecc., è difficile disporre di strumenti di livello adatti a tutte le condizioni operative a causa dell'ampia varietà di ambienti di lavoro.
Tra questi, i misuratori di livello a radar e a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati negli strumenti di misurazione senza contatto. Qual è quindi la differenza tra un misuratore di livello a radar e un misuratore di livello a ultrasuoni? Qual è il principio di funzionamento di questi due tipi di misurazione? Quali sono i vantaggi di un misuratore di livello a radar e di un misuratore di livello a ultrasuoni?
Innanzitutto, un misuratore di livello a ultrasuoni.
Generalmente, chiamiamo onda sonora con frequenza superiore a 20 kHz onda ultrasonica. L'onda ultrasonica è un tipo di onda meccanica, ovvero una vibrazione meccanica in un mezzo elastico durante la propagazione. È caratterizzata da alta frequenza, lunghezza d'onda corta, basso fenomeno di diffrazione e buona direzionalità, e può trasformarsi in un raggio e propagarsi in modo direzionale.
L'attenuazione degli ultrasuoni nei liquidi e nei solidi è molto piccola, quindi la capacità di penetrazione è elevata, soprattutto nei solidi opachi e leggeri. Gli ultrasuoni possono penetrare per decine di metri in lunghezza e, incontrando impurità o interfacce, si verifica una riflessione significativa. La misurazione del livello tramite ultrasuoni sfrutta proprio questa caratteristica.
Nella tecnologia di rilevamento a ultrasuoni, indipendentemente dal tipo di strumento a ultrasuoni, è necessario convertire l'energia elettrica in emissione ultrasonica e poi riceverla nuovamente come segnale elettrico; il dispositivo che svolge questa funzione è chiamato trasduttore a ultrasuoni, noto anche come sonda.
Durante il funzionamento, il trasduttore a ultrasuoni viene posizionato sopra l'oggetto da misurare ed emette onde ultrasoniche verso il basso. L'onda ultrasonica attraversa l'aria, viene riflessa quando incontra la superficie dell'oggetto da misurare e viene ricevuta dal trasduttore, che la converte in un segnale elettrico. Dopo aver rilevato questo segnale, la parte di rilevamento elettronica lo trasforma in un segnale di livello per la visualizzazione e l'uscita.
Due, misuratore di livello radar
La modalità operativa del misuratore di livello radar è la stessa del misuratore di livello a ultrasuoni, e anche il misuratore di livello radar utilizza la modalità di trasmissione-riflessione-ricezione. La differenza sta nel fatto che la misurazione del misuratore di livello radar a ultrasuoni si basa principalmente sul trasduttore a ultrasuoni, mentre il misuratore di livello radar si basa sulla testa ad alta frequenza e sull'antenna.
I misuratori di livello a ultrasuoni utilizzano onde meccaniche, mentre i misuratori di livello a radar utilizzano onde elettromagnetiche ad altissima frequenza (da pochi G a decine di G Hertz). Le onde elettromagnetiche viaggiano alla velocità della luce e il tempo di percorrenza può essere convertito in un segnale di livello da componenti elettronici.
Un altro tipo comune di misuratore di livello radar è il misuratore di livello radar a onda guidata.
Il misuratore di livello radar a onda guidata è un misuratore di livello radar basato sul principio della riflettometria nel dominio del tempo (TDR). L'impulso elettromagnetico del misuratore di livello radar si propaga lungo il cavo d'acciaio o la sonda alla velocità della luce. Quando incontra la superficie del mezzo misurato, parte dell'impulso viene riflessa formando un'eco e ritorna al dispositivo di emissione dell'impulso percorrendo lo stesso tragitto. La distanza tra il trasmettitore e la superficie del mezzo misurato è proporzionale al tempo di propagazione dell'impulso, durante il quale viene calcolata l'altezza del livello del liquido.
In terzo luogo, i vantaggi e gli svantaggi del misuratore di livello a radar e a ultrasuoni.
1. La precisione degli ultrasuoni non è pari a quella del radar;
2. Grazie alla relazione tra frequenza e dimensioni dell'antenna, il misuratore di livello radar con frequenza più elevata è più piccolo e più facile da installare;
3. Poiché la frequenza del radar è più alta, la lunghezza d'onda è più corta e si verifica una migliore riflessione sulle superfici solide inclinate;
4. L'area cieca della misurazione radar è più piccola di quella a ultrasuoni;
5. Grazie alla maggiore frequenza del radar, l'angolo del fascio radar è piccolo, l'energia è concentrata e la capacità di eco è migliorata, il che contribuisce a evitare le interferenze;
6. Rispetto ai misuratori di livello a ultrasuoni che utilizzano onde meccaniche, il radar non risente sostanzialmente del vuoto, del vapore acqueo presente nell'aria, della polvere (ad eccezione di grafite, ferroleghe e altre polveri ad alta costante dielettrica), delle variazioni di temperatura e pressione;
Data di pubblicazione: 18 settembre 2023