Come scegliere un livellostato

Esistono diversi tipi di livellostati, che sfruttano tecnologie diverse, alcune delle quali vengono utilizzate anche dai sensori di livello. Il tipo di tecnologia verrà scelto essenzialmente in funzione del tipo di prodotto – liquido, pastoso o solido, sia esso in granuli o in polvere – di cui si desidera misurare il livello.

Qui di seguito vi proponiamo una breve panoramica dei principali tipi di livellostati.

Livellostato a galleggiante: il galleggiante segue il movimento di salita e discesa del liquido. Il raggiungimento di una certa posizione all’interno del contenitore viene rilevato dal livellostato, che fa scattare il cambiamento di stato dell’interruttore.

Livellostato capacitivo: il livellostato e le pareti del serbatoio fungono da condensatore elettrico. La capacità del condensatore elettrico cambia al raggiungimento del livello preimpostato e causa il cambiamento di stato dell’interruttore.

Livellostato conduttivo: l’interruttore cambia stato quando il liquido conduttivo entra in contatto con gli elettrodi dell’apparecchio.

Livellostato a vibrazione (con asta o forcella vibrante): a contatto con l’aria, l’asta o forcella del dispositivo vibra a una determinata frequenza. Il prodotto di cui si desidera misurare il livello attenua tale vibrazione nel momento in cui copre l’asta/forcella, e ciò causa il cambiamento di stato dell’interruttore.

Livellostato a paletta rotante: come indicato dal suo nome, questo dispositivo è dotato di una paletta rotante, azionata da un motore. L’interruttore cambia stato nel momento in cui il prodotto, entrando in contatto con la paletta, crea resistenza al movimento della paletta. 

Livellostato optoelettronico: nei livellostati optoelettronici un prisma riceve un fascio di luce infrarossa emesso da un LED e lo riflette verso un ricevitore. In questi modelli il cambiamento di stato dell’interruttore avviene quando il prodotto, raggiungendo il prisma, interferisce con la riflessione del fascio di luce.

I livellostati a galleggiante sono costituiti da un galleggiante associato ad un dispositivo di azionamento meccanico o magnetico (interruttore reed). Il loro funzionamento è molto semplice: il galleggiante galleggia sulla superficie del liquido, di cui segue la salita e la discesa nel serbatoio e, nel momento in cui raggiunge l’altezza preimpostata, viene rilevato dal livellostato, che determina così il cambiamento di stato dell’interruttore.

Esistono tre tipi principali di livellostati a galleggiante:

• Con galleggiante sospeso: il galleggiante è sospeso all’estremità di un cavo e contiene al suo interno il dispositivo di azionamento, solitamente meccanico. Quando la superficie del liquido raggiunge il galleggiante, questo si solleva, dopodiché si inclina, causando il cambiamento di stato dell’interruttore. Si tratta di una tecnologia semplice ma non molto precisa. Questi livellostati sono ampiamente utilizzati nelle pompe come meccanismo di sicurezza per evitare il funzionamento a secco.
• Per montaggio verticale: il galleggiante magnetico si muove lungo un’asta verticale, a cui è incorporato un interruttore reed. Quando il galleggiante raggiunge l’altezza dell’interruttore reed, l’interruttore cambia stato.
• Per montaggio orizzontale: il galleggiante è fissato all’estremità di un’asta articolata orizzontale. L’innalzamento del liquido e quindi del galleggiante modifica l’inclinazione dell’asta e innesca il contatto.

Vantaggi:

• Adatti a tutti i liquidi, a condizione che i materiali di fabbricazione lo siano. La plastica, ad esempio, è compatibile con gli acidi, l’acciaio inossidabile con l’acqua e gli oli, ecc.
• Affidabili, economici e facili da usare
• Non richiedono taratura
• La misurazione non è influenzata dalle proprietà del liquido, dalla sua conducibilità elettrica, dalle condizioni di pressione e temperatura nel serbatoio, dalla presenza di vapori, schiume o bolle in superficie, ma è sensibile al fenomeno dell’ondulazione.

I livellostati capacitivi, o interruttori di livello capacitivi, hanno un funzionamento simile a quello dei condensatori elettrici, in cui il dispositivo e le pareti del serbatoio fungono da elettrodi e la cui capacità elettrica, espressa in Farad, varia a seconda del livello del prodotto nel serbatoio.

La variazione di capacità elettrica, causata dalla variazione di livello del prodotto, viene rilevata dal dispositivo e convertita in un segnale di commutazione.

Vantaggi:

• Molto robusti e affidabili
• Non richiedono manutenzione
• Economici
• Possono essere montati in qualsiasi posizione
• Funzionano con liquidi e solidi, sia conduttivi che non conduttivi, materiali viscosi e incrostanti.
• Resistenti a temperature e pressioni di esercizio elevate

I livellostati conduttivi vengono utilizzati esclusivamente con liquidi conduttivi. La configurazione base di questi dispositivi comprende due elettrodi separati tra i quali non passa corrente e che formano quindi un circuito elettrico aperto. Il liquido conduttivo, salendo, viene a contatto con gli elettrodi e chiude il circuito. Ciò crea un passaggio di corrente tra i due elettrodi e innesca il cambiamento di stato dell’interruttore.

Questi livellostati funzionano quindi solo con liquidi conduttivi, come acidi, detergenti e soluzioni a base d’acqua, mentre non sono compatibili con gli idrocarburi, gli oli e i solventi, la cui conducibilità è generalmente molto bassa.

Sul mercato si trovano anche livellostati conduttivi realizzati in materiali resistenti ai liquidi aggressivi.

Vantaggi:

• Semplici, robusti ed economici
• Varie possibilità di montaggio e installazione
• Non richiedono manutenzione
• I modelli multielettrodo consentono il rilevamento di più livelli

Chiamati anche livellostati a vibrazione, i livellostati con forcella vibrante (diapason) e con asta vibrante presentano entrambi lo stesso principio di funzionamento: l’elemento sensibile, che consiste, a seconda del modello, in una forcella o asticella, vibra a una determinata frequenza, solitamente dopo essere stato eccitato da un sistema piezoelettrico. Il prodotto, entrando in contatto con la forcella o l’asta, ne attenua le vibrazioni. La rilevazione del cambiamento di ampiezza e frequenza delle vibrazioni fa sì che l’interruttore cambi stato.

Questi dispositivi sono compatibili con liquidi e solidi granulari e in polvere, indipendentemente dalle dimensioni delle particelle, e non sono sensibili alle proprietà del prodotto. Un altro vantaggio di questi interruttori è che possono essere utilizzati in atmosfere potenzialmente esplosive, il che li rende particolarmente adatti per i serbatoi di stoccaggio delle materie prime, nonché per l’industria chimica e agroalimentare.

Vantaggi:

• Insensibili al tipo di prodotto e alle sue proprietà (conducibilità, viscosità e granulometria), alle condizioni operative (temperatura, pressione), alla turbolenza, alla schiuma, alle vibrazioni e alle incrostazioni del prodotto.
• Resistenti all’abrasione
• Facili da installare, non richiedono taratura
• Con autocontrollo dei guasti
• Non soggetti ad usura, non richiedono manutenzione.

I livellostati a paletta, o livellostati a paletta rotante, sono costituiti da un albero dotato di una o più palette che, per effetto di un motore elettrico, ruotano a bassa velocità.

Questo tipo di livellostato viene utilizzato per rilevare i livelli alto e basso di solidi sfusi in sili, tramogge, ecc. Il prodotto, entrando in contatto con la o le palette, ne blocca la rotazione. Ciò, a sua volta, determina l’arresto del motore elettrico, che fa scattare il cambiamento di stato dell’interruttore. 

I livellostati a paletta rotante sono ampiamente utilizzati nei sili di stoccaggio per cereali, zucchero, cacao, mangime per animali, detergenti, gesso, cemento, trucioli di legno, ecc.

Vantaggi:

• Adatti per applicazioni semplici
• Robustezza
• Non è necessaria alcuna calibrazione

I livellostati optoelettronici, o interruttori di livello optoelettronici, funzionano grazie a un emettitore LED a infrarossi e a un fotoricettore. L’emettitore LED invia un fascio di luce alla sonda, che si trova sulla punta di un prisma di vetro. Finché è circondato da gas, il prisma riflette la luce verso il ricevitore a una certa intensità; quando il livello del liquido sale, però, e il prisma viene sommerso dal liquido, il fascio di luce viene rifratto dal liquido che attraversa e raggiunge perciò il ricevitore con minore intensità. Il rilevamento di questa differenza di intensità causa il cambiamento di stato dell’interruttore.

Questi interruttori sono compatibili con tutti i liquidi e non sono influenzati dalle loro proprietà fisiche, come la densità, la costante dielettrica, la conducibilità, l’indice di rifrazione o il colore.

Sono dispositivi robusti, realizzati in materiali resistenti (corpo in acciaio inossidabile e prisma in vetro borosilicato o quarzo) e non hanno parti in movimento. Normalmente, solo la punta del prisma entra in contatto con il liquido. Questi modelli possono essere estremamente compatti, e occupare così il minimo spazio possibile all’interno del serbatoio. Per finire, sono in grado di funzionare anche con piccole quantità di prodotto.

Vantaggi:

• Capacità di rilevamento indipendente dalle caratteristiche del liquido (densità, costante dielettrica, conducibilità, colore e indice di rifrazione).
• Funzionano anche con piccole quantità di prodotto
• Non è necessaria alcuna calibrazione
• Esistono modelli progettati per l’installazione e l’uso in aree pericolose

Nella scelta di un livellostato sarà per prima cosa necessario identificare la tecnologia più adatta alle proprie esigenze. Per farlo, terremo conto del tipo di prodotto (liquido, pasta o solido in polvere o in granuli), delle sue proprietà (conduttivo o no, aggressivo, abrasivo, ecc.) e dell’eventuale turbolenza superficiale o dell’eventuale presenza di schiuma.

Dopo aver scelto il tipo di tecnologia, opteremo per modelli in grado di sopportare le variabili del processo in questione (pressione e temperatura) e costruiti in materiali compatibili con il prodotto di cui desideriamo misurare il livello.

Il tipo di costruzione e montaggio costituiscono un altro importante criterio di scelta: gli interruttori di livello possono essere verticali o orizzontali, filettati o flangiati, e più o meno compatti.

Infine, dovremo prendere in considerazione il segnale di uscita dell’interruttore di livello, che può essere di tre tipi: a contatto pulito, NPN o PNP a transistor.