ITTO20130280A1 - Sonda di livello magnetostrittiva con sensore di qualita' integrato. - Google Patents

Description

TITOLO: SONDA DI LIVELLO MAGNETOSTRITTIVA CON SENSORE DI QUALITÀ INTEGRATO

La presente invenzione si riferisce ad una sonda di livello magnetostrittiva comprendente un sensore di qualità del fluido contenuto in un recipiente, di cui si vuole misurare il livello di fluido in esso contenuto. Tale sonda di livello, posta all’interno di un recipiente, è atta a monitorare, preferibilmente in tempo reale, le variazioni di livello del fluido contenuto in tale recipiente e la composizione e/o qualità del fluido contenuto nello stesso recipiente.

In particolare detta sonda di livello è una sonda magnetostrittiva, la quale sfrutta il principio fisico denominato effetto Wiedemann per determinare il livello di fluido contenuto in detto recipiente.

Sono note sonde di livello comprendenti un’asta, estendentesi lungo un asse longitudinale, sulla quale scorre almeno un galleggiante atto a variare la posizione in funzione del livello di fluido presente in un recipiente o contenitore.

Tali sonde comprendono almeno un circuito elettronico, atto a determinare la posizione del galleggiante lungo detta asta, al fine di determinare il livello di fluido contenuto nel recipiente.

Normalmente, tali sonde sono di tipo magnetostrittivo in grado di determinare, con ridotta incertezza ed elevata risoluzione, la posizione del galleggiante lungo detta asta.

Normalmente, tali sonde sono realizzate con un circuito elettronico, comprendente un’unità di elaborazione, racchiuso in una custodia metallica, denominata normalmente corpo sonda o testa, posta ad un estremo di detta asta. Tale asta è realizzata in materiale a-magnetico contenente una guida di materiale ferromagnetico. All’interno del galleggiante è inserito un magnete permanente.

Eventualmente, nelle applicazioni per la misurazione in recipienti o cisterne contenenti carburanti, tali sonde di livello comprendono un galleggiante atto a rilevare il livello di carburante presente nel recipiente e un galleggiante atto a galleggiare sull’acqua al fine di rilevare il livello dell’acqua giacente sul fondo del recipiente.

Tali sonde magnetostrittive, una volta inserite all’interno di un recipiente, sono normalmente connesse ad’unità di controllo esterna, tramite cavi di connessione. Tali cavi di connessione oltre a condurre i dati, da e verso la sonda, sono atti ad alimentare i dispositivi elettronici compresi nella sonda stessa.

L’unità di controllo esterna periodicamente, ad intervalli regolari, interroga la sonda di livello e riceve i dati da tale sonda. Tale interrogazione della sonda ha la funzione di monitorare esattamente l’andamento dei carichi e degli scarichi di fluido in un recipiente. Tale sonda è utilizzata, inoltre per rilevare eventuali perdite di fluido da detto recipiente.

Nelle applicazioni in cui il fluido, contenuto nei recipienti, è un combustibile, tale sonda viene utilizzata anche per rilevare eventuali prelievi o scarichi anomali di carburante, al di fuori dei canali autorizzati.

Si vorrebbe inoltre poter monitorare in modo costante nel tempo la qualità e la tipologia di fluido contenuta nel recipiente. Monitorare la qualità e la composizione del fluido permette di rilevare variazioni anomale causate da contaminazioni o infiltrazioni non desiderate.

Il contenuto dello stesso contenitore, normalmente viene monitorato, verificando le caratteristiche del fluido contenuto, al fine di valutare la tipologia di fluido e/o la qualità del fluido stesso.

Normalmente, tale verifica/misura viene svolta tramite un sensore a se stante posto all’interno di un involucro esterno. Tale sensore è un sensore elettronico di qualità di fluido atto a generare un segnale elettrico il quale è funzione della qualità e/o composizione del fluido.

La verifica della tipologia di fluido e/o la qualità del fluido stesso non viene svolta in tempo reale ma solamente quando detto sensore elettronico di qualità di fluido viene immerso nel fluido.

I dati ottenuti devono essere successivamente elaborati in base ai dati ottenuti anche da altri sensori posti all’interno del liquido al fine di ottenere una corretta analisi sul fluido contenuto nel recipiente.

Sono inoltre note dalla domanda di brevetto statunitense US2013008247A1 sonde di livello magnetostrittive in cui ad un estremo dell’asta della sonda è compreso un sensore di densità del fluido. Detto sensore di qualità è un galleggiante contrastato da una molla. Dal movimento di tale galleggiante un circuito di elaborazione è in grado, tramite opportuni algoritmi di calcolo determinare la densità e, tramite ulteriori calcoli empirici, stimare la qualità del fluido contenuto nel recipiente.

La determinazione della qualità viene eseguita tramite un solo parametro, cioè la densità, misurata normalmente tramite un galleggiante contrastato da una molla.

Sono inoltre noti sensori di densità in grado di determinare la densità del fluido tramite un sensore a forcella accordabile in frequenza. Tale sensore è a se stante comprendendo un sistema di elaborazione per la determinazione della densità del fluido in cui è immerso.

La presente invenzione si propone di risolvere i problemi sopracitati, realizzando una sonda di livello, comprendente almeno un sensore di qualità, la quale non soffra degli inconvenienti menzionati in precedenza, in grado di ridurre l’incertezza ed aumentare la risoluzione sulla determinazione della qualità e/o della composizione del fluido.

Un aspetto della presente invenzione riguarda una sonda di livello con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione indipendente 1.

Le caratteristiche accessorie della sonda sono riportate nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi della sonda secondo la presente invenzione saranno chiari ed evidenti dalla seguente descrizione di almeno una forma di realizzazione della sonda di livello e dalle figure allegate le quali illustrano rispettivamente:

• le figure 1A e 1B mostrano in una vista laterale le due forme di realizzazione della sonda di livello secondo la presente invenzione;

• le figure 2A e 2B mostrano rispettivamente, con riferimento alla prima forma di realizzazione della sonda delle figura 1A, la figura 2A la sonda in una vista laterale in trasparenza; mentre la figura 2B la sonda in una vista in sezione (2B-2B) in pianta dell’asta di figura • le figure 3A e 3B mostrano rispettivamente, con riferimento alla seconda forma di realizzazione della sonda di figura 1B, la figura 3A la sonda in una vista laterale in trasparenza; mentre nella figura 3B la sonda in una vista in sezione (3B-3B) in pianta dell’asta di figura 3A;

• le figure 4A e 4B mostrano le aste nelle due forme di realizzazione rispettivamente; la figura 4A una vista laterale in sezione (4A-4A) dell’asta di figura 2B, la figura 4B una vista laterale in sezione (4B-4B) dell’asta di figura 3B ;

• la figura 5 mostra un grafico tridimensionale per la determinazione della tipologia e/o qualità del fluido;

• le figure 6A e 6B mostrano, in modo schematico, le interconnessioni meccaniche ed elettriche della sonda; in particolare la figura 6A l’interconnessione tramite mezzo fisico fra la sonda ed un’unità di controllo centrale quando la stessa sonda è posata in un recipiente; la figura 6B le connessioni elettriche fra i dispositivi elettrici compresi nella sonda di livello secondo la presente invenzione e la stessa unità di controllo centrale;

• le figure 7A e 7B mostrano rispettivamente la figura 7A una forma di realizzazione non limitativa della forcella risonante, la figura 7B il circuito equivalente, non limitante, della forcella di figura 7A elettricamente connessa ad un generatore ed ad un amplificatore per trasmettere i segnali ad un circuito di elaborazione.

Con riferimento alle citate figure la sonda di livello 1, di tipo magnetostrittiva, è atta a determinare almeno un livello “h” di almeno un fluido “f”, contenuto in un recipiente “C”, come ad esempio illustrato in figura 6A.

La sonda di livello 1 comprende: un’asta 3, la quale si estende longitudinalmente lungo un asse “k”; almeno un galleggiante mobile 4, atto a scorrere lungo la direzione di detto asse “k”.

Ad ogni galleggiante mobile 4 è associato almeno un magnete 40, preferibilmente compreso nello stesso galleggiante 4, ancor più preferibilmente inglobato in esso. In una forma di realizzazione non illustrata sono compresi un primo galleggiante atto a galleggiare su fluidi quali combustibili, ed un secondo galleggiante atto a galleggiare sull’acqua.

Detta sonda 1 comprende un corpo sonda 2, fissato in prossimità di un primo estremo 31’ di detta asta 3.

Detto corpo sonda 2 comprende almeno un circuito elettronico 20 almeno atto a determinare la posizione di detto almeno un galleggiante 4 nella direzione di detto asse “k”.

Detto copro sonda 2 è preferibilmente fissato ad un estremo dell’asta 3. Ancor più preferibilmente detto corpo sonda è fissato all’estremo superiore o primo estremo 31’ dell’asta 3, nella configurazione operativa della sonda 1, come chiaramente visibile nelle figure 1A, 1B, 2A, 3A e 6A.

Ai fini della presente invenzione, nella configurazione operativa della sonda illustrata ad esempio in figura 6A, con il termine estremo inferiore o secondo estremo 31” dell’asta 3 si intende l’estremo che verrà immerso per primo nel fluido “f”, mentre con il termine estremo superiore o primo estremo 31’ dell’asta 3 si intende l’estremo il quale non è totalmente immerso nel fluido “f”, ed è opposto all’estremo inferiore o secondo estremo 31” dell’asta 3.

Detta sonda comprende inoltre: almeno una guida 5, atta a guidare un impulso elettrico ad elevata frequenza generato da detto circuito 20; ed almeno una prima struttura di alloggiamento 32 la quale si estende longitudinalmente lungo la direzione di detto asse “k”, in cui è posta detta almeno una guida 5.

Ai fini della presente descrizione con il termine direzione di un asse s’intende un fascio di rette, parallele o coincidente a detto asse.

In generale, come ad esempio illustrato in figura 6B, ognuno di detto almeno un circuito elettronico 20 comprende almeno un generatore di impulsi 202, atto a generare detto impulso elettrico ed almeno un ricevitore 203, atto a rilevare la vibrazione o l’onda acustica generata dall’effetto magnetostrittivo della guida 5, ed almeno un’unità di elaborazione dati 201, atta ad elaborare i dati ottenuti dalla misurazione per determinare la posizione di detto almeno un galleggiante 4 lungo la direzione dell’asse “k”. In particolare la misura di livello “h” sarà funzione del tempo trascorso fra l’invio dell’impulso elettrico, da parte di detto almeno un generatore 202, lungo la guida 5, e la ricezione della vibrazione o onda acustica, da parte di detto almeno un ricevitore 203, generata dalla guida 5 stessa.

Il funzionamento del circuito elettronico 20 per la determinazione della posizione di detto almeno un galleggiante 4, tramite effetto magnetostrittivo, non verrà descritta ulteriormente poiché noto al tecnico del ramo.

La sonda di livello, secondo la presente invenzione, comprende: almeno una seconda struttura di alloggiamento 60 la quale si estende longitudinalmente lungo la direzione di detto asse “k”; ed almeno un sensore di qualità del fluido 7.

Detto almeno un sensore di qualità 7 è posto in detta seconda struttura di alloggiamento 60. Detto sensore di qualità è mantenuto in posizione da un elemento di supporto 61.

Tale almeno un sensore di qualità del fluido 7 è elettricamente connesso a detto almeno un circuito elettrico 20. La connessione elettrica è garantita da una linea di connessione ad esempio passante in detto elemento di supporto 61.

Preferibilmente, detto sensore di qualità 7 è atto a misurare la densità, la viscosità e la costante dielettrica del fluido, ad esempio contenuto nel recipiente “C”, di cui si vuole determinare la qualità e/o la composizione.

Nella forma di realizzazione preferita, detto sensore di qualità 7 è un unico sensore, un sensore singolo. Preferibilmente, detto singolo sensore 7 è realizzato tramite un risonatore a forcella 70 accordabile.

Ai fini della presente descrizione con il termine forcella accordabile si intende una forcella in grado di risonare a diverse frequenze comprese in un intervallo di frequenze noto.

Detta forcella 70 è atta a vibrare, in risonanza, ad una frequenza la quale è funzione del fluido “f” in cui detta forcella è immersa. Al variare del fluido “f” in cui è immersa la forcella la frequenza di risonanza della forcella stessa varierà.

La figura 7A mostra una forma di realizzazione, non limitativa ma puramente esemplificativa, di una forcella 70 comprendente due bracci 71 in grado di vibrare, risonando alla frequenza di risonanza.

Detti bracci 71 sono fissati agli estremi di una porzione fissa di contatto. Ad esempio detto risonatore a forcella 70 è realizzato in materiale piezoelettrico in grado di fornire un segnale elettrico proporzionale alla frequenza di risonanza a cui vibrano i bracci 71.

La frequenza di risonanza del risonatore a forcella è determinabile dalla seguente formula:

Dove:

• “f” è la frequenza di vibrazione dei bracci della forcella;

• “1,875” è la soluzione minima positiva della funzione cos(x)cosh(x) = -1

• “l” è la lunghezza dei bracci espressa in metri; • “E” è il modulo di Young del materiale in cui è realizzata la forcella;

• “I” è il secondo momento di area della sezione incrociata in metri alla 4° potenza

• “ρ” è la densità del fluido in cui è immersa la forcella espressa in kg/m<3>.

Nella figura 7B è rappresentato, a titolo esemplificativo e non limitativo un circuito equivalente 73 normalmente associabile un risonatore a forcella. In particolare, il circuito equivalente 73 illustrato è un risonante passa banda comprende un primo circuito risonante serie, ed un circuito risonante parallelo. Detto circuito risonante serie è un circuito RLC comprendente una capacità serie “Cs”, una resistenza serie “RS” ed un’induttanza “L”, connessi in serie fra loro.

Detto circuito risonante parallelo è un circuito RLC comprendente una capacità parallelo “Cp”, una resistenza parallelo “Rp” ed un’induttanza “L”. Come illustrato nella figura 7B l’induttanza “L” è unica comune per entrambi i circuiti.

I valori dei componenti compresi nel circuito equivalente 31 variano in funzione sia delle caratteristiche meccaniche e fisiche della forcella, sia del fluido “f” in cui la forcella stessa è immersa.

Come visibile in figura 7B a valle del circuito equivalente 73 è preferibilmente connesso un circuito amplificatore 74. Detto circuito amplificatore 74 è elettricamente connesso alla forcella 70. Detto circuito amplificatore 74 è atto ad amplificare ed eliminare eventuali rumori al segnale da trasmettere ad un circuito di elaborazione dati. Una forma di realizzazione possibile di detto circuito amplificatore 74 è ad esempio un amplificatore operazionale.

Come visibile in figura 7B a monte del circuito equivalente 73 è preferibilmente connesso un generatore elettrico 72. Detto generatore è elettricamente connesso alla forcella 70.

Detto generatore elettrico 72 è ad esempio un generatore di frequenza, ad esempio un oscillatore astabile o multivibratore.

Detto generatore elettrico 72 è atto ad imprimere almeno un segnale elettrico alla forcella 70, la quale inizierà ad oscillare (vibrare) ad una frequenza in funzione delle caratteristiche del fluido in cui la forcella 70 è immersa. Dalla risonanza dei bracci 71 della forcella 70 è possibile determinare la densità, la viscosità e costante dielettrica del fluido “f”.

Nella presente descrizione non verrà descritto nel dettaglio il principio di funzionamento del risonatore a forcella, al fine di determinare la densità, la viscosità e la costante dielettrica del fluido “f”, in quanto noto ad esempio dalla domanda di brevetto US20030041653.

L’utilizzo di una sonda comprendente un sensore di qualità 7 a forcella permette di rispettare le specifiche di sicurezza elettrica imposte, in modo speciale nel caso di fluidi “f” combustibili. Inoltre consente di utilizzare un solo sensore per la determinazione di tre parametri fondamentali per caratterizzare un fluido.

Detto sensore di qualità 7 è preferibilmente posto all’interno di un involucro esterno 76, come illustrato nelle figure allegate.

L’involucro 76 è preferibilmente realizzato in materiale plastico opportunamente trattato secondo le specifiche.

Detto involucro esterno 76 consente al sensore 7 di essere immerso nel fluido “f” per eseguire la misura. Lo stesso involucro esterno 76 impedisce che lo stesso sensore 7 sia accessibile dell’esterno al fine di evitare che il sensore 7 possa essere manomesso.

In generale, il corpo sonda 2 è realizzato in materiale preferibilmente metallico, opportunamente trattati per poter essere conforme alle norme di sicurezza sopracitate.

Tale corpo sonda 2, preferibilmente di forma cilindrica, all’estremo inferiore è fissato rigidamente, a tenuta stagna, con l’asta 3, ad esempio avvitato su filettatura a tenuta stagna. All’estremo superiore, detto corpo sonda 2 comprende un elemento di chiusura superiore 25, ad esempio un coperchio, dotato di mezzi di chiusura, preferibilmente viti, oppure tale elemento di chiusura 25 è avvitato al corpo sonda 2 tramite porzioni filettate, a tenuta stagna.

Il circuito elettronico 20 e gli altri dispositivi elettronici compresi nel corpo sonda 2 sono mantenuti in una predeterminata posizione da una pluralità di elementi di blocco i quali svolgono anche una funzione di smorzamento delle vibrazioni causate ad esempio da urti della sonda stessa, i quali urti potrebbero causare malfunzionamenti della sonda 1 stessa o la rottura dei dispositivi elettronici compresi nel corpo sonda 2. Preferibilmente, detto elemento di supporto 61 atto a mantenere in posizione il sensore di qualità 7 all’interno della seconda struttura di alloggiamento 60 è meccanicamente connesso a detti elementi di blocco compresi nel corpo sonda.

Detto circuito elettronico 20 comprende almeno un’unità di elaborazione dati 201 atta a elaborare i dati provenienti dalla guida 5. Detta almeno un’unità di elaborazione dati 201 è atta a elaborare i dati provenienti da detto almeno un sensore di qualità 7.

Preferibilmente, il circuito elettrico 20 comprende un'unica unità di elaborazione dati 201 atta sia ad elaborare i dati provenienti dalla guida 5, sia da elaborare i dati provenienti da detto almeno un sensore di qualità 7.

In generale detta almeno una unità di elaborazione dati 201 è in grado di elaborare dati provenienti da detto sensore di qualità 7 al fine di determinare in tempo reale la qualità e/o la composizione del fluido “f” contenuto nel recipiente “C”.

In particolare detta almeno una unità di elaborazione dati 201 è in grado di determinare, in funzione della frequenza a cui oscilla (vibra) in risonanza detta almeno una forcella 70, almeno una terna di valori. Detta terna di valori è ad esempio costituita da, la densità, la viscosità e la costante dielettrica del fluido “f” in cui è immersa la forcella 70.

Detta unità di elaborazione dati 201 è atta a svolgere un programma per elaboratore, opportunamente memorizzato su un supporto di memoria non volatile. Detto programma di elaborazione, svolto dall’unità di elaborazione dati 201 è in grado, tramite opportuni algoritmi computazionali, di ottenere detta terna di valori in funzione della frequenza a cui vibra (oscilla) in risonanza detta forcella 70.

Scendendo maggiormente nel dettaglio realizzativo, detto circuito elettronico 20 comprende almeno un supporto di memoria non volatile 22.

In detto almeno un supporto di memoria 22 è memorizzata a almeno una banca dati, almeno tridimensionale.

Ai fini della presente descrizione, con il termine banca dati almeno tridimensionale, si intende una banca dati, ad esempio una matrice almeno tridimensionale di locazioni di memoria, in grado di gestire almeno tre parametri indipendenti fra loro per la memorizzazione dei dati.

Detta banca dati almeno tridimensionale associa ad ogni terna di valori determinata dall’unità di elaborazione dati 201 almeno un dato o risultato. Detto dato o risultato è ad esempio inerente alla qualità e/o la composizione del fluido su cui sono state svolte le misure dal sensore 7.

Preferibilmente, detto dato o risultato è univoco alla composizione del fluido.

In forme di realizzazione non illustrate detta banca dati può essere realizzata con più di tre dimensioni, associati ad altrettanti parametri.

In figura 5 è rappresentata graficamente detta banca dati tridimensionale, in cui ad ogni terna di valori di densità, viscosità e costante dielettrica, viene associato un predeterminato fluido. Nel casi illustrati si tratta di fluidi combustibili preferibilmente allo stato liquido.

Preferibilmente, la sonda 1 comprende almeno un sensore di temperatura 75, elettricamente connesso a detto circuito elettrico 20, ed in particolare a detta unità di elaborazione dati 201.

Detto almeno un sensore di temperatura è posto in prossimità di detto sensore di qualità 7. Preferibilmente è compreso un unico sensore di temperatura 75. Detto almeno un sensore di temperatura 75 è preferibilmente posto all’interno di un involucro esterno 76.

Il sensore di temperatura 75, in collaborazione con il sensore di qualità 7, permette di determinare con maggior precisione la qualità e/o la composizione del fluido “f” contenuto nel recipiente “C”.

L’utilizzo di un ulteriore parametro per determinare la qualità e/o la composizione del fluido “f” permette di ridurre ulteriormente l’incertezza sulla qualità e/o la composizione del fluido “f”. Infatti, al variare della temperatura, alcuni fluidi possono variare la densità e/o la viscosità e/o la costante dielettrica.

In tale forma di realizzazione potrà è necessario implementare una banca dati a quattro dimensioni, in cui si è aggiunto come quarto parametro la temperatura.

In generale, come illustrato nelle figure 6A e 6B i dati ottenuti, più o meno elaborati, dalla sonda 1, secondo la presente invenzione, sono preferibilmente trasmessi, tramite ad esempio una linea 81 di dati, ad una unità di controllo centrale 8. Tale unità di controllo 8 è preferibilmente esterna alla sonda stessa 1 ed esterna al recipiente “C”. Detta unità di controllo 8 è preferibilmente posta in un luogo facilmente accessibile al personale di controllo, preferibilmente in remoto rispetto alla sonda 1.

Normalmente, detta unità di controllo centrale 8 comprende un dispositivo di visualizzazione e di memorizzazione dei dati ricevuti dalla sonda.

Detta linea 81 è un cavo elettrico, atto alla conduzione di dati oppure una linea senza fili, ad onde radio, ad esempio wireless. Tramite detta linea 81 vengono trasmessi i dati di misurazione di livello e/o di qualità del fluido “f”, eseguita dalla sonda stessa. Inoltre, tramite detta linea 81 sono trasmessi i dati tramite cui l’unità di controllo 8 interroga tale sonda 1 abilitandola ad eseguire almeno una misura di livello e/o di qualità e/o composizione del fluido “f” contenuto nel recipiente “C”.

Tale linea 81 è preferibilmente connessa alla sonda 1, secondo la presente invenzione, tramite almeno un connettore 811, preferibilmente posto sulla sommità del corpo sonda 2.

La trasmissione dei dati è preferibilmente seriale ad esempio con protocollo RS485.

In generale, in una fase operativa di inserimento della sonda 1 nel recipiente “C”, tale sonda 1 viene posta in modo tale che l’asse longitudinale “k” dell’asta 3 sia perpendicolare alla superficie o pelo del fluido “f” contenuto nel recipiente “C” stesso.

In una fase operativa di eseguire le misure, ad esempio misure di livello e/o di qualità e/o composizione del fluido “f”, l’unità di controllo 8 interroga la sonda 1 e abilita la sonda ad eseguire una o più misure, ad esempio di livello e/o di qualità e/o composizione del fluido “f”. Il circuito 20 elabora i dati ottenuti da una o più misure, tramite detta unità di elaborazione dati 201, e li trasmette all’unità di controllo 8.

Detto corpo sonda 2 comprende almeno un dispositivo di accumulo di carica elettrica 21, preferibilmente una batteria, atto a garantire l’alimentazione a detto circuito elettronico 20, in caso di disconnessione elettrica, ad esempio interrompendo la linea 81 con detta unità di controllo centrale 8, oppure eliminando l’alimentazione dell’unità 8, impedendo così all’unità di controllo 8 di poter interrogare la sonda 1 ad intervalli regolari.

Preferibilmente, il circuito elettronico 20 comprende un dispositivo di ricarica, non illustrato, il quale è atto a ricaricare il dispositivo di accumulo 21 quando è presente un segale di alimentazione della sonda 1, ad esempio è presente la linea 81 di connessione fra sonda 1 e unità di controllo esterna 8.

In generale, su detto almeno un supporto di memoria non volatile 22 sono inoltre memorizzati i dati elaborati da detta unità di elaborazione dati 201 del circuito 20, ad esempio in ordine cronologico.

Quando tutti i dati memorizzati sono correttamente trasferiti verso l’unità esterna 8, è possibile cancellare il contenuto delle locazioni di memoria del supporto 22, occupate dai dati elaborati al fine di poter essere subito riutilizzabile per salvare dati delle misurazioni, ad esempio nel caso in cui manchi la linea 81 per il collegamento fra la sonda e l’unità esterna 8 o la stessa unità 8 non interroghi più la sonda per eseguire le misure.

Scendendo nel dettaglio realizzativo della sonda di livello 1, in una prima forma di realizzazione della sonda, detta asta 3 è ottenuta dalla cooperazione della prima struttura di alloggiamento 32 e della seconda struttura di alloggiamento 60. Nella presente forma di realizzazione detto almeno un galleggiante 4 è assemblato e disposto in modo tale da poter scorrere lungo dette strutture di alloggiamento (32, 60). Nella presente forma di realizzazione detto almeno un galleggiante 4 sfrutta dette strutture di alloggiamento (32, 60) come guide su cui scorrere.

Nelle figure 1A, 2A, 3A e 4A è illustrata, in modo non limitativo ma puramente esemplificativo, una sonda 1 in detta prima forma di realizzazione.

Come visibile dalle figure sopracitate dette strutture di alloggiamento (32, 60) sono disposte parallelamente fra loro opportunamente distanziate e mantenute in posizione da una porzione di fissaggio 30. Detta porzione di fissaggio 30 è preferibilmente posta in corrispondenza del primo estremo 31’ dell’asta 3.

Detta porzione di fissaggio 30 è a sua volta fissata al corpo sonda 2. Ognuna di dette strutture di alloggi manto (32, 60) è realizzata in trafilato di materiale plastico o metallico, preferibilmente amagnetico. Preferibilmente dette strutture di alloggiamento (32, 60) sono successivamente sottoposte ad un trattamento delle superfici, come ad esempio richiesto dalle normative di sicurezza per l’utilizzo in ambienti infiammabili o esplosivi.

Detta prima e detta seconda struttura di alloggiamento (32, 60) hanno preferibilmente forma cilindrica, chiuse all’estremo inferiore, in corrispondenza del secondo estremo 31” dell’asta 3. Le stesse prima e seconda struttura di alloggiamento (32, 60) sono aperte all’estremo superiore, in corrispondenza del primo estremo 31’ dell’asta 3 ove sono connesse alla porzione di fissaggio 30.

Detta prima e detta seconda struttura di alloggiamento (32, 60) di forma cilindrica sono cave internamente, lungo sostanzialmente tutta la loro lunghezza, definendo ciascuna un’ alloggiamento interno. L’apertura nella porzione superiore delle strutture di alloggiamento (32, 60) è tale da consentirne l’accessibilità alla porzione interna e poter essere in comunicazione con il corpo sonda 2.

Ogni alloggiamento interno è di dimensioni tali da consentire rispettivamente: per la prima struttura di alloggiamento 32 di ospitare detta guida 5 e, per detta seconda struttura di alloggiamento 60 di ospitare almeno detto sensore di qualità 7.

Detta guida 5 è preferibilmente posta lungo tutta la lunghezza della prima struttura di alloggiamento 32, in modo tale da poter eseguire la misura di livello, tramite effetto magnetostrittivo, lungo tutta la lunghezza dell’asta 3.

Come illustrato nelle figure 1A e 1B detto almeno un galleggiante 4 avvolge dette strutture di alloggiamento (32, 60), muovendosi lungo una direzione coincidente all’asse “k” lungo cui si estende l’asta 3. In particolare, l’asse di simmetria longitudinale del galleggiante 4 corrisponde a detto asse “k”.

Come visibile nella figura 2B detto galleggiante 4 avvolge dette strutture di alloggiamento (32, 60). Detto galleggiante 4 comprende due fori passanti (42, 42’) in cui sono poste, preferibilmente inserite in modo passante, rispettivamente detta prima strutture di alloggiamento (32) e detta seconda strutture di alloggiamento (6).

Detti due fori (42, 42’) sono ad esempio disposti in modo tale che il segmento che unisce i centri dei due fori (42, 42’) passi per il punto centrale del galleggiante 4.

Ai fini della presente descrizione, con il termine punto centrale si intende il punto in cui passa l’asse di simmetria longitudinale del galleggiante 4, posto nella direzione dell’asse “k”.

Preferibilmente, detti fori passanti (42, 42’) hanno due diametri diversi. Ancor più preferibilmente il primo foro passante 42, associato alla prima struttura di alloggiamento 32, ha un diametro inferiore rispetto al secondo foro 42’, associato alla seconda struttura di alloggiamento 60.

Ancor più nel dettaglio della forma di realizzazione illustrata nella figura 1B, detti fori sono fori circolari secanti fra loro.

Detto almeno un galleggiante 4 racchiude al suo interno, ad esempio posto in un alloggiamento interno o inglobato nello stesso galleggiante 4, almeno un magnete 40. Detto almeno un magnete 40 è posto in prossimità del primo foro passante 41 in modo tale che, una volta assemblato il galleggiante 4 all’asta 3, lo stesso magnete 40 si trovi in prossimità della prima struttura di alloggiamento 32 in cui è posta la guida 5.

Nella presente forma di realizzazione detta seconda struttura di alloggiamento 60 ha un’estensione longitudinale pari alla lunghezza dell’asta 3.

Nella seconda forma di realizzazione della sonda 1, l’asta 3 è realizzata in un corpo monolitico. Preferibilmente l’asta 3 è realizzata in trafilato di materiale plastico o metallico il quale è successivamente sottoposto ad un trattamento delle superfici, come richiesto dalle normative di sicurezza per l’utilizzo in ambienti infiammabili o esplosivi. Nelle figure 1B, 3A, 3B e 4B è illustrata, in modo non limitativo ma puramente esemplificativo, detta seconda forma di realizzazione dell’asta 3.

L’asta 3 comprende, oltre a detta prima struttura di alloggiamento 32 e detta seconda struttura di alloggiamento 60, una terza struttura di alloggiamento 31. Detta terza struttura di alloggiamento 31 preferibilmente, si estende, anch’essa, lungo la direzione dell’asse “k”. Ancor più preferibilmente, detta terza struttura di alloggiamento 31 si estende sostanzialmente per tutta la lunghezza dell’asta 3 stessa.

Detta prima struttura 32, detta seconda struttura 60 e detta terza struttura di alloggiamento 31 sono realizzate nella porzione interna dell’asta 3 tramite fori i quali realizzano un alloggiamento in grado di contenere rispettivamente la prima struttura di alloggiamento 31 detta guida 5 e detta seconda struttura di alloggiamento 60 detto sensore di qualità 7. In detta terza struttura di alloggiamento 31 all’interno è posizionato tale almeno un galleggiante 4, in modo tale da poter scorrere lungo una direzione parallela a detto asse “k”. Detta terza struttura di alloggiamento 31 è conformata in modo da essere sostanzialmente inaccessibile dall’esterno di tale asta 3.

Detta terza struttura di alloggiamento 31 svolge inoltre la funzione di tubo calma in cui viene eseguita la misura di livello “h”, riducendo quindi le incertezze di misura causate dalle turbolenze nel fluido.

Detta prima struttura di alloggiamento 32 ha sostanzialmente le stesse dimensioni della prima struttura di alloggiamento 32 della prima forma di realizzazione della sonda descritta in precedenza.

Detta terza struttura di alloggiamento 31, ha preferibilmente forma ad ellissoide, di dimensione tale da consentire il posizionamento di detto almeno un galleggiante 4 e consentirne lo scorrimento lungo la direzione di detto asse “k”. La forma di tale terza struttura di alloggiamento 31 è tale da evitare l’incollaggio o altri inconvenienti tecnici al galleggiante 4. Tale conformazione permette al fluido “f” di scorrere nella terza struttura di alloggiamento 31 stessa e permettere allo stesso fluido di divincolare l’eventuale galleggiante 4 temporaneamente bloccato.

In alternativa, o in aggiunta alla sua conformazione, detta terza struttura di alloggiamento 31 comprende scanalature longitudinali, preferibilmente quattro. Dette scanalature longitudinali si estendono per tutta la lunghezza della stessa struttura di alloggiamento 31.

Dette scanalature longitudinali sono atte ad evitare il fenomeno di incollaggio del galleggiante stesso alle pareti della cavità 31.

Detta seconda cavità 60, ha preferibilmente forma circolare o ellissoidale o qualsiasi altra forma tale da consentire l’inserimento ed il corretto posizionamento del sensore di qualità 7.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 3A, 3B e 4B, non limitativa ma puramente esemplificativa, detta seconda struttura di alloggiamento 60 e detta terza struttura di alloggiamento 31 sono comunicanti fra loro, come chiaramente visibile dal figura 3B.

Per consentire l’allagamento della cavità 31 da parte del fluido “f” contenuto nel recipiente “C”, e poter così eseguire la misurazione del livello, detta asta 3 comprende almeno un foro tale da consentire, in modo diretto o indiretto, l’allagamento della stessa terza struttura di alloggiamento 31 quando la sonda 1 è posta in una condizione operativa all’interno del recipiente “C”.

In una forma di realizzazione alternativa, non illustrata, per ridurre l’incertezza di misura o possibili errori dovuti all’effetto incollaggio del galleggiante 4 alle pareti interne della terza struttura di alloggiamento 31, è possibile realizzare un’asta 3 comprendente una pluralità di terze strutture di alloggiamento 31, indipendenti, fra loro parallele, preferibilmente equidistribuite da detta guida 5, tali da eseguire una misura di livello in contemporanea su più galleggianti 4.

Per entrambe le forme di realizzazione illustrate nelle figure allegate, preferibilmente, detto sensore di qualità 7 è posto nella zona centrale della seconda struttura di alloggiamento 60 rispetto alla sua estensione longitudinale.

Detta seconda struttura di alloggiamento 60 comprende almeno un foro passante 601 atto a consentire l’immissione del fluido “f” contenuto nel recipiente “C” all’interno della stessa seconda struttura di alloggiamento 60. Detto almeno un foro passante 601 consente al fluido “f” di allagare detta seconda struttura di alloggiamento 60.

Preferibilmente, detto almeno un foro passante 601 è posto sulle pareti laterali della seconda struttura di alloggiamento 60, la quale come sopracitato, ha una forma cilindrica. Eventualmente detto almeno un foro passante 601 è posto nella porzione inferiore della seconda struttura di alloggiamento 60, ad esempio in prossimità del secondo estremo 31” dell’asta 3.

Ancor più preferibilmente, detta seconda struttura di alloggiamento 60 comprende almeno due fori passanti 601. Detti almeno due fori 601 sono posti uno nella porzione inferiore ed uno nella porzione superiore, ad esempio in prossimità dei due estremi (31’, 31”) dell’asta 3, al fine di consentire l’adduzione e lo scarico del fluido “f”.

Nelle forma di realizzazione illustrata nelle figure 1A, 1B, 2A, 3A, 4A e 4B, per ogni porzione superiore ed inferiore della seconda struttura di alloggiamento 60 sono compresi una pluralità di fori passanti 601.

In una forma di realizzazione non illustrata, detta seconda struttura di alloggiamento 60 comprende un foro passante 601 posto nella porzione centrale della stessa struttura di alloggiamento 60.

Preferibilmente detto almeno un foro passante 601 comprende un dispositivo anti intrusione, il quale consente al fluido “f” di entrare nella seconda struttura di alloggiamento 60, ed eventualmente nella terza struttura di alloggiamento 31, quando la sonda 1 è inserita nel recipiente “C” ma impedisce a qualsiasi oggetto estraneo di potersi introdurre all’interno delle strutture di alloggiamento (60, 31). Tale dispositivo anti intrusione, non illustrato nel dettaglio, è atto a impedire l’introduzione di oggetti estranei sia quando la sonda è all’interno del recipiente “C” sia quando la stessa viene estratta dal recipiente “C”.

Non verrà illustrato nel dettaglio i dispositivi antiintrusione poiché noti al tecnico del ramo.

In generale ognuna di dette struttura di alloggiamento (32, 60 ed 31) è sostanzialmente inaccessibile dall’esterno.

Ai fini della presente invenzione con il termine cavità sostanzialmente inaccessibile dall’esterno, si intende che è impossibile introdurre oggetti estranei all’interno delle strutture di alloggiamento (32, 60, 31).

Tale inaccessibilità di dette strutture di alloggiamento impediscono che la stessa sonda possa essere manomessa.

L’utilizzo di detto sensore di qualità, compreso nella sonda di livello, consente di avere un unico dispositivo multifunzionale.

L’utilizzo di un sensore di qualità a forcella permette di superare i pregiudizi dell’arte nota in cui si utilizzano solamente sensori a galleggiante e molla di riscontro.

La sonda secondo la presente invenzione è particolarmente adatta anche per condizioni di misurazioni non convenzionali quali ad alta pressione o ad alta velocità di flusso del fluido.

La sonda secondo la presente invenzione, tramite opportuni algoritmi di calcolo è in grado di rilevare la percentuale di un predeterminato fluido in una miscela di fluidi.

RIFERIMENTI NUMERICI:

Sonda di livello 1

Corpo sonda 2

Circuito elettronico 20

Unità di elaborazione dati 201

Generatore di impulsi 202

Ricevitore 203

Dispositivo di accumulo carica 21

Supporto di memoria non volatile 22

Elemento di chiusura superiore 25

Asta 3 Porzione di fissaggio 30 Terza struttura di alloggiamento 31 Primo estremo 31’ Secondo estremo 31” Prima struttura di alloggiamento 32 Galleggiante 4 Magnete 40 Fori passanti 42, 42’ Guida 5 Seconda struttura di alloggiamento 60 Foro passante 601 Elemento di supporto 61 Sensore di qualità del fluido 7 Forcella 70 Bracci 71, 71’ Generatore elettrico 72 Circuito equivalente 73 Circuito amplificatore 74 Sensore di temperatura 75 Involucro esterno 76 Involucro esterno 76 Unità di controllo centrale 8 Linea 81 Connettore 811 Recipiente C Fluido f Livello h Asse k

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI: 1. Sonda di livello (1) magnetostrittiva, per determinare almeno un livello (h) di almeno un fluido (f), contenuto in un recipiente (C); detta sonda (1) comprende: • un’asta (3), estendentesi longitudinalmente lungo un asse (k), • almeno un galleggiante mobile (4), atto a scorrere lungo la direzione di detto asse (k); • almeno un magnete (40) associato ad ognuno di detto almeno un galleggiante (4); • un corpo sonda (2), fissato in prossimità di un estremo di detta asta (3), comprendente almeno un circuito elettronico (20), il quale circuito è almeno atto a determinare la posizione di detto galleggiante (4) nella direzione di detto asse (k); • almeno una guida (5), atta a guidare un impulso elettrico ad elevata frequenza generato da detto circuito (20), • almeno una prima struttura di alloggiamento (32) estendentesi longitudinalmente lungo la direzione di detto asse (k), in cui è posta una guida (5), detta sonda è caratterizzata dal fatto che: • comprende almeno una seconda struttura di alloggiamento (60) estendentesi longitudinalmente lungo la direzione di detto asse (k); • comprende almeno un sensore di qualità del fluido (7), posto in detta seconda struttura di alloggiamento (60), elettricamente connesso a detto almeno un circuito elettrico (20); • detto sensore di qualità (7) è atto a misurare la densità, la viscosità e la costante dielettrica del fluido, contenuto nel recipiente (C), di cui si vuole determinare la qualità e/o la composizione. 2. Sonda secondo al rivendicazione 1 in cui detto sensore di qualità (7) è un unico sensore, realizzato tramite un risonatore a forcella (70) accordabile. 3. Sonda secondo la rivendicazione 2, in cui la forcella (70) comprendente due bracci (71, 71’) in grado di vibrare risonando alla frequenza di risonanza; detti bracci (71) sono fissati agli estremi di una porzione fissa. 4. Sonda secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto circuito elettronico (20) comprende un circuito elaboratore atto a elaborare i dati provenienti sia dalla guida (5) sia dal sensore di qualità (7). 5. Sonda secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è compreso un sensore di temperatura (75). 6. Sonda secondo la rivendicazione 1 o 4, in cui detto circuito elettronico (20) comprende almeno un’unità di memoria non volatile in cui risiede sia una banca dati almeno tridimensionale, in cui ad ogni terna di valori la densità, la viscosità e la costante dielettrica è associato almeno un dato o risultato inerente alla qualità e/o la composizione del fluido (f). 7. Sonda secondo la rivendicazione 1, in cui detta almeno una seconda struttura di alloggiamento (60) comprende almeno un foro passante (601) atto a consentire l’allagamento di almeno detta seconda struttura di alloggiamento (60) da parte del fluido (f), contenuto nel recipiente (C). 8. Sonda secondo la rivendicazione 1, in cui detta asta (3) è ottenuta dalla cooperazione della prima struttura di alloggiamento (32) e della seconda struttura di alloggiamento (60), disposte parallelamente fra loro opportunamente distanziate e mantenute in posizione da una porzione di fissaggio (30); detto almeno un galleggiante (4) è assemblato e disposto in modo tale da poter scorrere lungo dette strutture di alloggiamento (32, 60) sfruttandole come guide su cui scorrere. 9. Sonda secondo la rivendicazione 1, in cui detta asta (3) è realizzata in un corpo monolitico e comprende almeno una terza struttura di alloggiamento (31), al cui interno è posizionato tale almeno un galleggiante (4), conformata in modo da essere sostanzialmente inaccessibile dall’esterno di tale asta (3). 10. Sonda secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sonda (1) è suscettibile di essere connessa ad un’unità di controllo esterna (8), tramite almeno una linea (81) di dati. 1. A magnetostrictive level probe (1) to determine at least one level (h) of at least one fluid (f) contained in a tank (C); said probe (1) comprises: • a rod (3), which longitudinally extends along an axis (k), • at least one mobile float (4), for sliding along the direction of said axis (k); • at least one magnet (40), which is associated with each one of said at least one float (4); • a probe body (2), which is fixed close to an end of said rod (3) and comprises at least one electronic circuit (20), said circuit being at least adapted to determine the position of said float (4) in the direction of said axis (k); • at least one guide (5), for guiding a high-frequency electronic impulse generated by said circuit (20), • at least one first housing structure (32), which longitudinally extends along the direction of said axis (k) and houses a guide (5), said probe is characterized in that: • it comprises at least one second housing structure (60), which longitudinally extends along the direction of said axis (k); • it comprises at least one fluid quality sensor (7), arranged in said second housing structure (60) and electrically connected to said at least one electronic circuit (20); • said quality sensor (7) for measuring the density, viscosity and dielectric constant of the fluid contained in the tank (C) for which it has to be determined in terms of quality and/or composition.
2. 2. Probe according to claim 1, wherein said quality sensor (7) is a single sensor, obtained by means of a tunable fork resonator (70).
3. 3. Probe according to claim 2, wherein the fork (70) comprises two prongs (71, 71’), which are able to vibrate resonating at the resonance frequency; said prongs (71) are fixed to the ends of a fixed portion.
4. 4. Probe according to claim 1 or 2, wherein said electronic circuit (20) comprises a processing circuit, for processing the data coming both from the guide (5) and from the quality sensor (7).
5. 5. Probe according to any of the previous claims, wherein a temperature sensor (75) is provided.
6. 6. Probe according to claim 1 or 4, wherein said electronic circuit (20) comprises at least one non-volatile memory unit, where an at least three-dimensional database resides, in which each triad of values, namely density, viscosity and dielectric constant, is associated with at least one datum concerning the quality and/or composition of the fluid (f).
7. 7. Probe according to claim 1, wherein said at least one second housing structure (60) comprises at least one through hole (601), for allowing the fluid (f) contained in the tank (C) to flood said at least one second housing structure (60).
8. 8. Probe according to claim 1, wherein said rod (3) is obtained from the cooperation of the first housing structure (32) and of the second housing structure (60), which are arranged parallel to one another, properly spaced apart, and are kept in position by a fixing portion (30); said at least one float (4) is assembled and arranged so as to be able to slide along said housing structures (32, 60), thus using them as guides on which it can slide.
9. 9. Probe according to claim 1, wherein said rod (3) is manufactured as a monolithic body and comprises a third housing structure (31), which houses said at least one float (4) said structure being shaped so as to be substantially inaccessible from the outside of said rod (3).
10. 10. Probe according to any of the previous claims, wherein said probe (1) is suited to be connected to an outer control unit (8) by means of at least one data line (81).