La radiometria nell’industria: quando la tecnologia di misura convenzionale si scontra con i propri limiti

La radiometria è un metodo di misura fisico che sfrutta le proprietà fisiche dei raggi gamma nell’attraversamento della materia. A seconda della densità e dello spessore del prodotto irradiato, le radiazioni vengono attenuata in modo diverso. L’attenuazione può essere misurata con precisione e convertita in dati di processo significativi.
Un vantaggio decisivo: la misura si effettua dall’esterno. I sensori non entrano in contatto con il prodotto ed effettuano la misura senza contatto attraverso la parete di tubazioni o serbatoi. Pertanto, la tecnologia di misura radiometrica è particolarmente idonea all’impiego in applicazioni complesse e critiche sotto il profilo della sicurezza.

Un sistema di misura radiometrica comprende tre componenti:

• Sorgente di radiazioni
  Si impiegano isotopi sigillati a lunga durata, come il cesio-137 o il cobalto-60, che emettono costantemente radiazioni gamma ad alta energia. La scelta dell’isotopo dipende dall’applicazione: mentre il cesio-137 è idoneo alla misura di livello e densità, il cobalto-60, per via della sua energia più elevata, viene impiegato piuttosto in serbatoi con pareti spesse o in tubazioni di grandi dimensioni. 

• Contenitore di protezione
  Il contenitore di protezione VEGASOURCE scherma in modo affidabile la sorgente in tutte le direzioni, consentendo alle radiazioni di fuoriuscire solo lungo il percorso del fascio definito.

• Rilevatore
  Il rilevatore è l’elemento centrale della misura radiometrica, poiché i raggi gamma emessi dalla sorgente attraversano il prodotto del processo e raggiungono un rilevatore. VEGA impiega il principio del rilevamento per scintillazione in cui un cosiddetto scintillatore, generalmente un materiale plastico organico (PVT o PS) o un cristallo come l’ioduro di sodio (NaI), converte le particelle gamma che lo colpiscono in lampi di luce (scintillazioni). Questi segnali luminosi vengono rilevati da un fotomoltiplicatore (PMT) che li amplifica e li trasforma in impulsi elettrici che vengono contati. Quante più radiazioni raggiungono il rilevatore, tanto maggiore è il numero di impulsi generati.

Al contrario, quanto più denso o spesso è il materiale attraversato, tanto maggiore è l’attenuazione delle radiazioni e tanto minore è la frequenza di conteggio misurata sul rilevatore. Da questa relazione inversa è possibile determinare con precisione grandezze di misura come livello, densità, soglia di livello, interfacce o portata. L’elettronica di elaborazione integrata dei sensori VEGA converte gli impulsi rilevati in un valore di misura. Grazie alla robustezza e all’elevata sensibilità, i rilevatori di scintillazione di VEGA si impongono come standard per applicazioni complesse. Sono disponibili in diverse lunghezze e forme costruttive per l’impiego in aree Ex, nonché per geometrie articolate e grandi campi di misura.

La misura radiometrica si annovera tra i metodi più affidabili della tecnologia di misura dei processi industriali. I principali vantaggi in sintesi:

Senza contatto, esente da usura e con ridotto fabbisogno di manutenzione
Dato che nessun componente elettrico entra in contatto con il prodotto del processo, non si verifica usura meccanica. Guarnizioni, parti mobili o fenomeni di affaticamento del materiale dovuti a sollecitazioni chimiche o termiche sono completamente assenti. La manutenzione dei sensori risulta notevolmente semplificata, poiché nel corso del funzionamento non sono necessarie né pulizia né ricalibrazione regolare.

I rilevatori radiometrici effettuano la misura attraverso serbatoi massicci con pareti spesse in modo sicuro e senza contatto, indipendentemente da temperature e pressioni di processo elevate.

Sia in presenza di temperature estreme, oscillazioni di pressione, vapore, condensa o adesioni, i sensori radiometrici forniscono valori di misura stabili e riproducibili, indipendentemente dalle condizioni ambientali, poiché nell’ambito del processo non si verificano riflessioni del segnale o disturbi del campo di misura.

Elevata sicurezza di processo anche con prodotti aggressivi e tossici
Soprattutto in caso di prodotti altamente aggressivi, abrasivi o tossici, la misura senza contatto, attraverso la parete di tubi o serbatoi e indipendente dal prodotto, aumenta sensibilmente la sicurezza di operatori e impianti. La tecnologia di misura radiometrica fornisce valori di misura affidabili anche con acidi, solventi o fanghi fortemente alcalini.

Semplicità d’installazione e integrazione flessibile in impianti esistenti
I sistemi radiometrici possono essere integrati in impianti esistenti senza modifiche e nella maggior parte dei casi senza interruzioni dei processi. Il rilevatore e il contenitore di protezione vengono montati dall’esterno sul tubo o sul serbatoio. L’integrazione in sistemi pilota esistenti avviene tramite interfacce analogiche o digitali. A tal fine, VEGA offre un’ampia gamma di accessori per il montaggio per qualsiasi diametro di tubo o serbatoio, nonché supporto dettagliato alla progettazione e assistenza per le autorizzazioni.

La tecnologia di misura radiometrica trova applicazione nei casi in cui i metodi di misura convenzionali si scontrano con i propri limiti fisici, chimici o meccanici. Nelle seguenti applicazioni tipiche risulta evidente per quale ragione in molti settori una misura radiometrica è irrinunciabile: per garantire la sicurezza del lavoro, la continuità dei processi o la qualità. Mentre la radiometria aggira le limitazioni della tecnologia di misura convenzionale grazie a un principio fisicamente indipendente che agisce dall’esterno, i sensori capacitivi, idrostatici e ottici necessitano di contatto con il prodotto o risentono di adesioni, formazione di schiuma o sostanze chimiche aggressive. In caso di formazione di vapore, oscillazioni della pressione o prodotti altamente assorbenti, il radar e gli ultrasuoni rivelano i propri limiti.

Misura di flusso di massa
Sui nastri trasportatori e nei trasportatori a coclea, la tecnologia di misura radiometrica consente una misura del flusso di massa senza contatto, ideale per materiali abrasivi o ad elevata temperatura come minerale metallifero, cemento, carbone o materiali riciclati. Mentre i classici sistemi di pesatura sui nastri trasportatori sono soggetti a guasti e richiedono un’intensa manutenzione, la soluzione radiometrica funziona indipendentemente dalla velocità del nastro, dal profilo di carico e da influssi ambientali.

I metodi di misura convenzionali sono efficienti ed economici in molte applicazioni. Tuttavia, in presenza di condizioni di processo estreme, rivelano i propri limiti. La radiometria non sostituisce i metodi tradizionali, ma rappresenta un’integrazione altamente specializzata nell’ambito della tecnologia di misura industriale.

Consente misure in punti "impossibili da misurare" e contribuisce in modo determinante alla stabilità del processo, alla disponibilità degli impianti e alla sicurezza sul lavoro, sia che si tratti di livello, densità, soglia di livello, interfaccia o portata.

Il funzionamento senza contatto, l’indipendenza da condizioni ambientali estreme e l’elevata precisione di misura la rendono una componente imprescindibile della moderna tecnologia di misura industriale e per i gestori di impianti industriali complessi.

Per chi ha a che fare con temperature estreme, prodotti aggressivi o configurazioni di installazione complesse, la tecnologia di misura radiometrica rappresenta una soluzione robusta, sicura ed economica nel lungo termine.