IT201600080092A1 - Misura senza contatto del livello di un liquido in un contenitore - Google Patents

Description

"MISURA SENZA CONTATTO DEL LIVELLO DI UN LIQUIDO IN UN CONTENITORE"

Settore Tecnico dell'Invenzione

La presente invenzione è relativa alla misura senza contatto del livello di un liquido in un contenitore.

La presente invenzione trova vantaggiosa, sebbene non esclusiva, applicazione in campo automobilistico per misurare il livello del carburante (benzina, gasolio o gas di petrolio liquido) in un serbatoio di un autoveicolo.

La presente invenzione può tuttavia trovare vantaggiosa applicazione anche in campi differenti da quello automobilistico, ad esempio in campo domestico o industriale, per misurare il livello di liquidi quali acqua, olio, o simili.

Stato dell'Arte

Sul mercato è disponibile una grande varietà di tecnologie per misurare il livello di un liquido in un contenitore, le quali possono essere suddivise in due macro categorie, a seconda del modo in cui la misura viene condotta: alla prima categoria appartengono quelle tecnologie in cui la misura del livello del liquido avviene per contatto di un sensore con il liquido, ad esempio ad opera di un galleggiante, mentre alla seconda categoria appartengono quelle tecnologie in cui la misura del livello del liquido avviene senza contatto del sensore con il liquido.

Le tecnologie che appartengono alla seconda categoria sono poi a loro volta suddivise in varie sotto categorie a seconda del principio fisico e della specifica tecnologia utilizzati per effettuare la misura senza contatto del livello del liquido.

Oggetto e Riassunto dell'Invenzione

La Richiedente ha avuto modo di constatare che frequentemente le tecnologie dell'arte nota sono il risultato di una progettazione su misura e, di conseguenza, hanno prestazioni in termini di range di misura, risoluzione e affidabilità, nonché complessità e costi, che sono soddisfacenti, le prime, e accettabili, i secondi, solo per quelle applicazioni a cui destinate e per le quali sono state specificamente progettate.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di mettere a disposizione una tecnologia per la misura senza contatto del livello di un liquido in un contenitore che sia costruttivamente semplice, economica, di facile installazione ed utilizzo e, soprattutto, che presenti un'elevata versatilità applicativa, in particolare, le cui prestazioni in termini di range di misura, risoluzione e affidabilità risultino il meno dipendenti possibile dalle condizioni ambientali di esercizio, in particolare dal livello di illuminazione nel contenitore e dal tipo di liquido, nonché dalla dimensione e dalla conformazione del contenitore.

Secondo la presente invenzione, viene realizzato un sistema di misura senza contatto del livello di un liquido in un contenitore, come rivendicato nelle rivendicazioni allegate.

Breve Descrizione dei Disegni

La Figura 1 illustra schematicamente un sistema di misura senza contatto del livello di un liquido in un contenitore secondo l'invenzione;

La Figura 2 illustra schematicamente un sensore di livello di liquido impiegato nel sistema di misura senza contatto secondo l'invenzione; e

Le Figure da 3 a 9 illustrano schematicamente accorgimenti realizzativi del sistema di misura senza contatto secondo l'invenzione.

Descrizione Dettagliata di Preferite Forme di Realizzazione dell'Invenzione La presente invenzione sarà ora descritta in dettaglio con riferimento alle figure allegate per permettere ad una persona esperta di realizzarla ed utilizzarla. Varie modifiche alle forme di realizzazione descritte saranno immediatamente evidenti alle persone esperte ed i generici principi descritti possono essere applicati ad altre forme di realizzazione ed applicazioni senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto, la presente invenzione non deve essere considerata limitata alle forme di realizzazione descritte ed illustrate, ma le si deve accordare il più ampio ambito protettivo conforme con i principi e le caratteristiche qui descritte e rivendicate.

La Figura 1 illustra schematicamente un sistema di misura senza contatto 1 del livello di un liquido in un contenitore 2 secondo la presente invenzione.

Come illustrato nella Figura 1, il sistema di misura senza contatto 1 comprende essenzialmente un sensore senza contatto di livello del liquido 3, ed un'unità elettronica di elaborazione 4, convenientemente del tipo a microcontrollore, elettricamente collegata al sensore senza contatto di livello del liquido 3 e programmata per determinare il livello corrente del liquido nel contenitore 2 rispetto ad un livello di riferimento, che può ad esempio essere rappresentato dal livello del fondo o del cielo del contenitore 2, sulla base del segnale elettrico fornito dal sensore senza contatto di livello del liquido 3.

Convenientemente, il sensore senza contatto di livello del liquido 3 e l'unità elettronica di elaborazione 4 sono montati su di uno stesso circuito stampato opportunamente incapsulato a tenuta di liquido e sul quale è anche montata l'elettronica necessaria al funzionamento del sensore senza contatto di livello del liquido 3 e dell'unità elettronica di elaborazione 4.

Il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è associato al contenitore 2, internamente o esternamente allo stesso, in maniera tale da risultare affacciato al, e sopraelevato rispetto al, pelo del liquido, ad una certa distanza dallo stesso.

In particolare, il circuito stampato può alternativamente essere montato all'esterno o all'interno del contenitore 2. In particolare, se in uso nel contenitore 2 vi è una pressione interna diversa da quella esterna (ambientale), è preferibile (più semplice) montare il circuito stampato all'esterno del contenitore 2 e prevedere in questo un'opportuna finestra chiusa da un elemento trasparente che sia ovviamente in grado di sopportare il gradiente di pressione fra l'esterno e l'interno del contenitore 2 e che consenta al sensore senza contatto di livello del liquido 3 di poter essere disposto affacciato al liquido. Se invece in uso nel contenitore 2 vi è una pressione ambiente, il circuito stampato può essere montato all'interno del contenitore 2 e l'incapsulamento del circuito stampato è provvisto di una finestra chiusa da un'opportuna schermatura trasparente, ad esempio costituita da un elemento di plastica.

Il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è del tipo configurato per generare e irradiare radiazioni elettromagnetiche verso il pelo del liquido e ricevere radiazioni elettromagnetiche riflesse dal liquido. Pertanto, l'elemento posto a chiusura della finestra attraverso cui il sensore senza contatto di livello del liquido 3 può essere posizionato affacciato al liquido nel contenitore 2 deve essere trasparente alle radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse.

L'unità elettronica di elaborazione 4 è elettricamente collegata all'emettitore ed al ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e 6 ed è programmata per pilotare (polarizzare) opportunamente l'emettitore ed il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e 6 affinché possano funzionare appropriatamente, per ricevere dal ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 6 ed elaborare opportunamente i segnali elettrici da questo generati ed indicativi dell'intensità delle radiazioni elettromagnetiche riflesse ricevute per determinare il livello del liquido nel contenitore 2, in modo di per sé noto e quindi non descritto in dettaglio, ad esempio sulla base dell'intensità, della potenza o del tempo di volo delle radiazioni elettromagnetiche.

Nell'esempio illustrato nella Figura 1, il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è disposto in modo tale che le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse si propaghino liberamente all'interno del contenitore 2, ovvero senza che la propagazione all'interno del contenitore 2 sia soggetta ad alcun tipo di confinamento aggiuntivo a quello naturalmente rappresentato dal contenitore 2.

Inoltre, nell'esempio illustrato nella Figura 1, il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è disposto in modo tale che la radiazione elettromagnetica irradiata raggiunga il pelo del liquido propagandosi lungo un cammino diretto, ovvero senza essere riflessa su elementi riflettori intermedi, e che la radiazione elettromagnetica riflessa che viene ricevuta dal sensore senza contatto di livello del liquido 3 giunga dal liquido dopo essersi propagata lungo un cammino diretto.

Inoltre, nell'esempio illustrato nella Figura 1, il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è convenientemente disposto sul cielo del contenitore 2 ed è orientato in modo tale che le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse si propaghino lungo direzioni o cammini di andata e di ritorno sostanzialmente paralleli fra loro e ortogonali al pelo del liquido.

Come illustrato nella Figura 2, il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è convenientemente del tipo comprendente un emettitore ed un ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e 6 disposti affiancati su di uno stesso supporto 7 e reciprocamente isolati otticamente in modo da evitare che il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 6 possa essere "accecato" dalla radiazione elettromagnetica irradiata dall'emettitore di radiazioni elettromagnetiche 5, vale a dire possa ricevere soltanto la radiazione elettromagnetica riflessa dal pelo del liquido e non anche quella irradiata dall'emettitore di radiazioni elettromagnetiche 5.

Convenientemente, la radiazione elettromagnetica irradiata è una radiazione infrarossa ed è emessa sotto forma di fascio. Preferibilmente, la radiazione elettromagnetica irradiata è un fascio laser infrarosso avente una lunghezza compresa fra 800 nm e 1000 nm.

Conseguentemente, l'emettitore di radiazioni elettromagnetiche 5 è costituito da una sorgente ottica sotto forma di LED o di laser, mentre il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 6 è costituito da un foto ri levato re sotto forma di fotodiodo o di fototransistore.

Secondo un aspetto della presente invenzione, allo scopo di aumentare il range di misura del sistema di misura senza contatto 1, come illustrato nella Figura S, le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse vengono convenientemente fatte propagare nel contenitore 2 all'interno di una struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8, la quale è configurata per essere alloggiata nel contenitore 2 e per confinare al suo interno la propagazione delle radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse.

In particolare, la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 è accoppiata al sensore senza contatto di livello del liquido 3 ed è generalmente configurata in modo da ricevere le radiazioni elettromagnetiche irradiate dall'emettitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e fornire al ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 6 le radiazioni elettromagnetiche riflesse.

Inoltre, la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 è configurata per essere immersa nel liquido e poterne essere allagata convenientemente in modo tale che questo possa raggiungere lo stesso livello che assume nel contenitore 2.

Nell'esempio non limitativo illustrato nella Figura 3, dove l'emettitore ed il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e 6 sono disposti affiancati, la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 è una struttura cava che assume convenientemente la forma di un corpo tubolare e che si estende dal sensore senza contatto di livello del liquido 3 verso il fondo del contenitore 2 stesso per una lunghezza tale da permettere di raggiungere il range di misura desiderato, convenientemente una lunghezza tale da raggiungere sostanzialmente il fondo del contenitore 2.

Il corpo tubolare è realizzato di, o ha almeno una superficie interna rivestita con, un materiale schermante altamente non riflettente le radiazioni elettromagnetiche, così da confinare la propagazione delle radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse all'interno del corpo tubolare e convogliarle fra il sensore senza contatto di livello di liquido 3 ed il pelo del liquido, svolgendo in pratica una funzione di guida d'onda per le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse.

Il corpo tubolare ha un'estremità superiore accoppiata meccanicamente al sensore senza contatto di livello del liquido 3 e un'estremità libera inferiore aperta in maniera tale da permettere al liquido di affluire all'interno del corpo tubolare e raggiungere lo stesso livello che assume nel contenitore 2.

Va da sé che nel caso in cui l'emettitore ed il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e 6 assumano una disposizione relativa differente da quella illustrata, la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 assumerà una conformazione differente da quella illustrata e conseguente a quella l'emettitore ed il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche 5 e 6.

La struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 rende possibile l'utilizzo del sistema di misura senza contatto 1 anche in applicazioni in cui la particolare conformazione del contenitore 2 è tale da non permettere al sensore senza contatto di livello del liquido 3 di essere disposto sul cielo del contenitore 2 o, più in generale, in posizioni tali far sì che le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse si propaghino lungo cammini sostanzialmente ortogonali al pelo del liquido.

Nella Figura 4 è a titolo di esempio illustrata un'applicazione in cui il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è disposto su una parete laterale del contenitore 2 e la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 è conseguentemente disposta obliqua rispetto al pelo del liquido, ovvero inclinata rispetto a questo di un angolo inferiore a 90°, confinando così la propagazione delle radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse lungo una direzione obliqua rispetto al pelo del liquido.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione indipendente dalla, ma vantaggiosamente utilizzabile in abbinamento alla, struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8, in quelle applicazioni in cui il liquido di cui si vuole misurare il livello è tale da non essere sufficientemente riflettente le radiazioni elettromagnetiche per generare radiazioni elettromagnetiche riflesse di intensità tale da permettere al sistema di misura senza contatto 1 di raggiungere le prestazioni desiderate, come illustrato nelle Figure da 5 a 9 sul pelo del liquido contenuto nel contenitore 2 viene disposto un mezzo galleggiante 9.

In particolare, le Figure 5 e 6 si riferiscono a forme di realizzazione in cui il mezzo galleggiante 9 è previsto in assenza della struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8, mentre le Figure 7, 8 e 9 si riferiscono a forme di realizzazione in cui il mezzo galleggiante 9 è previsto in abbinamento alla struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8.

Inoltre, nelle forme di realizzazione illustrate nelle Figure 7, 8 e 9 la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 è illustrata in una posizione analoga a quella illustrata nella Figura 4, ovvero obliqua rispetto al pelo del liquido, in maniera tale da far sì che le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse si propaghino lungo una direzione obliqua rispetto al pelo del liquido. Tuttavia, è evidente che nelle forme di realizzazione illustrate nelle Figure 7, 8 e 9 la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 potrebbe anche assumere una posizione analoga a quella illustrata nella Figura 3, ovvero ortogonale rispetto al pelo del liquido, in maniera tale da far sì che le radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse si propaghino lungo una direzione ortogonale rispetto al pelo del liquido.

Inoltre, quando abbinato alla struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8, il mezzo galleggiante 9 è disposto all'interno della stessa in modo tale da non risultare in alcun modo ad essa vincolato, così da essere libero di galleggiare a livello del pelo del liquido presente all'interno della struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8.

Come illustrato nelle Figure da 5 a 9, il mezzo galleggiante 9 può avere una forma solida o una forma liquida.

Quando in forma solida, il mezzo galleggiante 9 è realizzato di un materiale resistente al liquido contenuto nel contenitore 2, ad esempio sughero, plastica o polistirolo, in maniera tale da non deteriorarsi nel tempo a contatto con il liquido stesso. Il materiale con cui il mezzo galleggiante 9 è realizzato può essere un materiale singolo, un composito oppure un aggregato.

Inoltre, il mezzo galleggiante 9 solido è conformato e/o dimensionato in modo tale da dare origine a radiazioni elettromagnetiche riflesse tali da permettere al sistema di misura senza contatto 1 di raggiungere le prestazioni desiderate.

Convenientemente, il mezzo galleggiante 9 solido è conformato e/o dimensionato in modo tale da risultare più riflettente le radiazioni elettromagnetiche di quanto lo sia il liquido contenuto nel contenitore 2.

Vantaggiosamente, il mezzo galleggiante 9 solido può essere trattato o rivestito in maniera tale da accrescere il suo potere riflettente le radiazioni elettromagnetiche.

Il mezzo galleggiante 9 solido può presentarsi sotto forma di un singolo elemento oppure sotto forma di una molteplicità di elementi distinti.

In una forma di realizzazione illustrata nella Figura 7, il mezzo galleggiante 9 si presenta sotto forma di un poliedro la cui faccia rivolta verso il sensore senza contatto di livello del liquido 3 è trattata o rivestita in maniera tale da accrescere il potere riflettente le radiazioni elettromagnetiche.

In una differente forma di realizzazione non illustrata, il mezzo galleggiante 9 può presentarsi sotto forma di sfera, sferoide o ellissoide, oppure sotto una forma generalmente piatta o schiacciata.

In una ulteriore vantaggiosa forma di realizzazione illustrata nelle Figure 5 e 8, il mezzo galleggiante 9 si presenta sotto forma di grani di qualsiasi forma, ad esempio sotto forma di palline, oppure sotto forma di elementi piatti o schiacciati, ad esempio sotto forma di "chips".

In ogni caso, la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 deve essere progettata in modo tale da consentire l'afflusso del liquido al suo interno, ma evitare la fuoriuscita del mezzo galleggiante 9. Ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata nella Figura 8, l'estremità inferiore della struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche 8 immersa nel liquido potrebbe essere provvista di una griglia o di una rete che permette l'accesso del liquido ma impedisce la fuoriuscita delle palline o delle chips.

Quando in forma liquida, invece, come illustrato nelle Figure 6 e 9, il mezzo galleggiante 9 è realizzato con un materiale liquido tale da distribuirsi uniformemente sul pelo del liquido, da non miscelarsi in alcun modo con esso e da non esserne alterato, ad esempio oli di diversa natura.

Da quanto sopra descritto, risultano immediatamente evidente al lettore esperto come il sistema di misura senza contatto secondo l'invenzione raggiunge tutti gli obiettivi che si prefiggeva.

In particolare, il sistema di misura senza contatto secondo l'invenzione è costruttivamente semplice, economico, di facile installazione ed utilizzo e, soprattutto, presenta un'elevata versatilità applicativa. In particolare, le sue prestazioni in termini di range di misura, risoluzione e affidabilità risultano sostanzialmente dipendenti dalle condizioni ambientali di esercizio, in particolare dal livello di illuminazione nel contenitore e dal tipo di liquido, nonché dalla dimensione e dalla conformazione del contenitore.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di misura senza contatto (1) del livello di un liquido in un contenitore (2), comprendente un sensore senza contatto di livello del liquido (S) associato al contenitore (2), ed un'unità elettronica di elaborazione (4) configurata per esser collegata al sensore senza contatto di livello del liquido (S) per determinare il livello del liquido nel contenitore (2) sulla base di segnali elettrici forniti sensore senza contatto di livello del liquido (S); il sensore senza contatto di livello del liquido (S) comprende un emettitore ed un ricevitore di radiazioni elettromagnetiche (5, 6) disposti in modo da generare e irradiare verso il liquido radiazioni elettromagnetiche e ricevere radiazioni elettromagnetiche riflesse dal liquido; il sistema di misura senza contatto (1) comprende inoltre una struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche (8) configurata in modo da essere alloggiabile nel contenitore (2) per confinare al suo interno la propagazione delle radiazioni elettromagnetiche irradiate e riflesse; la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche (8) è configurata per essere accoppiata al sensore senza contatto di livello del liquido (3) in modo da ricevere le radiazioni elettromagnetiche irradiate e fornire le radiazioni elettromagnetiche riflesse, e per essere allagata dal liquido presente nel contenitore (2).
2. 2. Sistema di misura senza contatto (1) secondo la rivendicazione 1, in cui l'emettitore ed il ricevitore di radiazioni elettromagnetiche (5, 6) sono disposti ravvicinati, e la struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche (8) è una struttura cava con una prima estremità accoppiata al sensore senza contatto di livello del liquido (3) in modo da ricevere le radiazioni elettromagnetiche irradiate e fornire le radiazioni elettromagnetiche riflesse, ed una seconda estremità aperta configurata per essere immersa nel liquido in maniera tale che questo affluisca al suo interno e possa raggiungere lo stesso livello che assume nel contenitore (2).
3. 3. Sistema di misura senza contatto (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore senza contatto di livello del liquido (3) è configurato per irradiare un fascio laser infrarosso avente una lunghezza compresa fra 800 e 1000 nm.
4. 4. Sistema di misura senza contatto (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un mezzo galleggiante (9) configurato in modo da poter essere disposto nella struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche (8) per galleggiare liberamente a livello del pelo del liquido presente all'interno della struttura di convogliamento e confinamento delle radiazioni elettromagnetiche (8).
5. 5. Sistema di misura senza contatto (1) secondo la rivendicazione 4, in cui il mezzo galleggiante (9) è conformato e/o dimensionato in modo tale da generare radiazioni elettromagnetiche riflesse di intensità tale da permettere al sistema di misura senza contatto (1) di raggiungere prestazioni desiderate.
6. 6. Sistema di misura senza contatto (1) secondo la rivendicazione 5, in cui il mezzo galleggiante (9) è configurato per risultare riflettente le radiazioni elettromagnetiche.
7. 7. Sistema di misura senza contatto (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, in cui il mezzo galleggiante (9) è solido.
8. 8. Sistema di misura senza contatto (1) secondo la rivendicazione 7, in cui il mezzo galleggiante (9) si presenta sotto forma di un singolo elemento oppure sotto forma di una molteplicità di elementi distinti.
9. 9. Sistema di misura senza contatto (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, in cui il mezzo galleggiante (9) è liquido.
10. 10. Contenitore (2) per un liquido, comprendente un sistema di misura senza contatto (1) del livello del liquido nel contenitore (2) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.