ITLE20010007A1 - ULTRASONIC LEVEL SENSOR. - Google Patents

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ITLE20010007A1
ITLE20010007A1 ITLE20010007A ITLE20010007A1 IT LE20010007 A1 ITLE20010007 A1 IT LE20010007A1 IT LE20010007 A ITLE20010007 A IT LE20010007A IT LE20010007 A1 ITLE20010007 A1 IT LE20010007A1
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IT
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ultrasonic level
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Inventor
Jorge Miguel Agulia
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S I E M Srl
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Description

Sensore di livello ad ultrasuoni - Strumento per la misura del livello di liquidi mediante l'uso di ultrasuoni compatibile con più strumenti indicatori. Ultrasonic level sensor - Instrument for measuring the level of liquids through the use of ultrasound compatible with multiple indicator instruments.

-Stato dell’arte -State of the art

Attualmente esistono sistemi di rivelazione continua del livello dei liquidi operanti su vari principi : Currently there are systems of continuous detection of the liquid level operating on various principles:

1) a variazione di resistenza effettuata meccanicamente : 1) when the resistance is changed mechanically:

1. sìa con cursore mosso da galleggiante 2. sia con contatti elettrici azionanti magneticamente 1. yes with slider moved by float 2. both with magnetically actuated electrical contacts

2) a variazione di pressione 2) with pressure variation

3) mediante microonde 3) by microwave

4) mediante uso di ultrasuoni ma richiedono una alimentazione esterna e sono compatibili con un solo strumento indicatore. 4) by use of ultrasounds but require an external power supply and are compatible with a single indicator instrument.

5) a vibrazione. 5) by vibration.

Riassunto Summary

I vari circuiti elettronici che compongono il sistema operano come segue: attivano una capsula ultrasonica ed elaborando l'eco di ritorno, captato da u: microfono ad ultrasuoni, determinano il tempo impiegato dal segnale nel percorso tra i due trasduttori e quindi calcolano la distanza dal liquidi come la metà di tale percorso. Determinano il segnale da inviare allo strumento indicatore per il corretto posizionamento del suo indice, proporzionalmente al liquido presente e in funzione del tipo di strumento collegato. Ricavano, dallo strumento indicatore, la tensione di alimentazione. The various electronic circuits that make up the system operate as follows: they activate an ultrasonic capsule and process the return echo, picked up by u: ultrasound microphone, determine the time taken by the signal in the path between the two transducers and then calculate the distance from the liquids such as half of that path. They determine the signal to be sent to the indicator instrument for the correct positioning of its index, in proportion to the liquid present and according to the type of instrument connected. They obtain the power supply voltage from the display instrument.

Il sistema inoltre è dotato di una unità di programmazione in grado di adattare il sensore a qualsiasi (fino a 2500mm) e a qualsiasi serbatoio The system is also equipped with a programming unit capable of adapting the sensor to any (up to 2500mm) and any tank

indicatore che operi sul principio della variazione di resistenza . indicator that operates on the principle of variation of resistance.

DESCRIZIONE DEL ' FUNZIONAMENTO DELLO SRUMENTO INDICATORE. (Vedi Fig:l Allegato 1) DESCRIPTION OF THE OPERATION OF THE INDICATOR INSTRUMENT. (See Fig: l Annex 1)

Lo strumento indicatore è realizzato con due bobine disposte a 90 gradi e da un ago magnetico. The indicator instrument is made with two coils arranged at 90 degrees and a magnetic needle.

Il sensore si applica tra i morsetti S e GND, mentre l'alimentazione dalla batteria viene effettuata dai morsetti e GND. La variazione dì resistenza del sensore modifica il campo prodotto dalle bobine e consente all'indice il movimento desiderato. The sensor is applied between the S and GND terminals, while battery power is supplied from the and GND terminals. The change in resistance of the sensor modifies the field produced by the coils and allows the index to move as desired.

-Descrizione dell’invenzione e Tavole - Description of the invention and Tables

Il sistema si compone di (Vedi Fig:2 ,Allegato 1): due elementi ultrasonici ovvero un trasmettitore (1) e ricevitore (2), un micro-controllore (3), una sonda di temperatura (4), un circuito amplificatore-squadratore (5) e un circuito di interfaccia (6) con lo strumento indicatore (7). The system consists of (See Fig: 2, Annex 1): two ultrasonic elements, i.e. a transmitter (1) and receiver (2), a micro-controller (3), a temperature probe (4), an amplifier circuit- squarer (5) and an interface circuit (6) with the indicator instrument (7).

I trasduttori sono ricoperti da materiale stagno ai liquidi ma trasparente agli ultrasuoni. The transducers are covered with liquid-tight material but transparent to ultrasound.

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO II funzionamento del sensore si basa sul tempo impiegato da un'onda acustica a percorrere un tragitto di andata e ritorno in un ambiente del tipo indicato nella figura 3 in Allegato 1. PRINCIPLE OF OPERATION The operation of the sensor is based on the time taken by an acoustic wave to travel a round trip in an environment of the type indicated in figure 3 in Annex 1.

L'impulso emesso dal trasduttore (TX) viene riflesso dalla superficie del liquido seguendo il percorso (1) e ritorna al sensore (RX), seguendo il percorso (2) ed impiegando un tempo T. The pulse emitted by the transducer (TX) is reflected from the liquid surface following the path (1) and returns to the sensor (RX), following the path (2) and taking a time T.

Rilevando questo tempo e conoscendo la velocità V e la profondità del serbatoio Pr, il si determina l'altezza del liquido come segue: By measuring this time and knowing the velocity V and the depth of the tank Pr, the height of the liquid is determined as follows:

1) 1)

2) Pi 2) Pi

DA INDICARE TO INDICATE

Il CIRCUITO DI CONTROLLO, utilizzando Questo risultato, fo sce allo strumento indicatore un segnale ad es o proporzionale per consentire il corretto posi ionamento del suo indice. The CONTROL CIRCUIT, using this result, sends to the indicator instrument a signal eg o proportional to allow the correct positioning of its index.

Il seganle inviato allo strumento è di tipo ON-OFF, la modulazione dei tempi di accensione e spegnimento, determina la posizione dell'indice. Nel periodo di OFF, la tensione presente ai capi dello strumento viene utilizzata per caricare un condensatore in grado di alimentare l'elettronica nel periodo ON. The signal sent to the instrument is of the ON-OFF type, the modulation of the on and off times determines the position of the index. In the OFF period, the voltage across the instrument is used to charge a capacitor capable of powering the electronics in the ON period.

Descrizione delle funzioni svolte dai vari blocchi del sensore di livello : Description of the functions performed by the various blocks of the level sensor:

(Vedi Fig.2 , Allegatol 1) (See Fig. 2, Annex 1)

1) Il circuito di interfaccia (6) ha il compito di ricavare l'alimentazione dell'elettronica e di muovere 1'indice'dello strumento indicatore. 1) The interface circuit (6) has the task of obtaining the power supply of the electronics and of moving the index of the indicator instrument.

2) Il micro-controllore (3) ha il compito di attivare il trasmettitore (1), di determinare il tempo impiegato dall'eco di ritorno, di calcolare il livello e quindi di impostare l'indice dello strumento in proporzione al liquido presente, secondo i parametri programmati. 2) The micro-controller (3) has the task of activating the transmitter (1), determining the time taken by the return echo, calculating the level and then setting the instrument index in proportion to the liquid present, according to the programmed parameters.

3) Il trasmettitore (1) trasforma il segnale elettrico inviatogli dal micro-controllore in pressione ultrasonica . 3) The transmitter (1) transforms the electrical signal sent by the micro-controller into ultrasonic pressure.

4) Il ricevitore (2) trasforma l'eco di ritorno in segnale elettrico. 4) The receiver (2) transforms the return echo into an electrical signal.

5) Il circuito amplificatore-squadratore (5) modifica il segnale per adeguarlo ai livelli richiesti dal micro-controllore (3). 5) The amplifier-squarer circuit (5) modifies the signal to adapt it to the levels required by the micro-controller (3).

6) La sonda di temperatura (opzionale) (4) ha il compito di rilevare la temperatura ambiente per consentire al micro-controllore di correggere, opportunamente i calcoli in funzione della differente velocità di propagazione del segnale. 6) The temperature probe (optional) (4) has the task of detecting the ambient temperature to allow the micro-controller to appropriately correct the calculations according to the different signal propagation speed.

In Allegato 1 , Fig. 4, si riporta lo schema elettrico del sensore, e in Fig.5 , si riporta lo schema del programmatore . Attachment 1, Fig. 4, shows the electrical diagram of the sensor, and Fig. 5, shows the diagram of the programmer.

DETERMINAZIONE DELLA PROFONDITÀ' DEL SERBATOIO ( autotaratura ) DETERMINATION OF THE DEPTH OF THE TANK (self-calibration)

Utilizzando sensori ad elevata frequenza di lavoro è possibile rendere lo strumento autotarabile in quanto è in grado di rilevare anche l'eco proveniente dal fondo del serbatoio ( Vedi Fig. 5 ,Allegato 1): Using sensors with a high working frequency it is possible to make the instrument self-calibrating as it is also able to detect the echo coming from the bottom of the tank (See Fig. 5, Annex 1):

L'impulso emesso dal trasduttore viene riflesso una prima volta dalla superficie del liquido seguendo il percorso (1) e ritorna al sensore dopo un tempo : t1. Dopo t2, vi è un secondo impulso, riflesso dal fondo che ritorna al sensore. The impulse emitted by the transducer is reflected for the first time by the liquid surface following the path (1) and returns to the sensor after a time: t1. After t2, there is a second pulse, reflected from the bottom, which returns to the sensor.

Rilevando questi tempi e conoscendo le due velocità Va e VI si può determinare l'altezza del liquido: By measuring these times and knowing the two speeds Va and VI, the height of the liquid can be determined:

Claims (8)

-Rivendicazioni 1) Compatibile con tutti gli strumenti indicatori che operano sul principio della variazione della resistenza . - Claims 1) Compatible with all indicator instruments that operate on the principle of variation of resistance. 2) Collegamento à "due fili", quindi, compatibile con tutti gli impianti in quanto si alimenta dallo strumento indicatore stesso. 2) Connection à "two wires", therefore, compatible with all systems as it is powered by the indicator instrument itself. 3) Possibilità di lavorare in ambiente a rischio di esplosione . 3) Possibility of working in an environment with risk of explosion. 4) Adattabile a tutti i serbatoi fino a 2500mm. 4) Adaptable to all tanks up to 2500mm. 5) Non attaccabile da idrocarburi e acqua di mare. 5) Not attackable by hydrocarbons and sea water. 6) Assenza di parti mobili. 6) Absence of moving parts. 7) Dimensioni contenute. 7) Small size. 8) Programmabile dall'esterno o autoprogrammabile per il riconoscimento della profondità del serbatoio 8) Programmable from the outside or self-programmable for the recognition of the depth of the tank
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