ITMI20000772A1 - Misuratore elettronico di livello per fluidi - Google Patents

Description

Descrizione di una invenzione industriale avente per titolo:

Misuratore elettronico di livello per fluidi.

La presente invenzione si riferisce ad un misuratore elettronico di livello per fluidi compresi in una caldaia, in cui i segnali elettrici, emessi da almeno un sensore di pressione e/o da almeno una sonda di temperatura, vengono inviati ad una scheda elettronica di lettura e di elaborazione, per essere poi confrontati con dei dati di gradiente e/o con dei valori di livello di riferimento, memorizzati; i risultati sono visualizzati tramite led e/o display.

E’ noto che il settore degli elettrodomestici dotati di caldaie per il riscaldamento di acqua e per la produzione di vapore è principalmente costituito da apparecchi per la stiratura e per la pulizìa della casa mediante getto di vapore, con caratteristiche di base molto simili. A tali tipi di apparecchi possono essere aggiunte anche le macchine domestiche da caffè le quali, pur erogando distintamente vapore e liquido, comprendono anch’esse caldaie per il riscaldamento dell’acqua.

E’ altresì noto che gli apparecchi di cui sopra, o sono generalmente sprovvisti di dispositivi e/o sensori preposti alla rilevazione del livello di liquido contenuto nelle caldaie, oppure gli eventuali mezzi di rilievo sono costituiti o da indicatori visivi, ottenuti con contenitori parzialmente trasparenti, o da semplici dispositivi di rilevazione di sovratemperatura, quali termostati bimetallici, sonde e simili, i quali interpretano ogni superamento di una prestabilita soglia di temperatura in prossimità dellattuatore di riscaldamento, come esaurimento del liquido e trasmettono un segnale che può essere impiegato per attivare un led di segnalazione, o per disattivare il riscaldamento.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare mezzi di rilevamento del livello dei liquidi in grado di fornire maggiore funzionalità e precisione. L’invenzione, quale essa è caratterizzata dalle rivendicazioni, risolve il problema per mezzo di un misuratore elettronico di livello per fluidi in grado di fornire maggiori funzionalità ai prodotti sopra citati, il quale è sostanzialmente costituito da almeno un sensore di livello da integrare con un controllo elettronico.

I vantaggi conseguiti secondo il trovato consistono essenzialmente nel fatto che Γ indicatore di livello, ad esempio indicatore di minimo, medio e massimo livello, ottenibile con detto sensore rappresenta un indubbio perfezionamento dei prodotti attualmente noti.

L’invenzione viene descritta in dettaglio nel seguito, secondo forme realizzative date unicamente a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli allegati disegni, in cui:

la fig. 1 rappresenta in modo schematico una caldaia per elettrodomestici, con sensore e attuatore secondo il trovato,

la fig. 2 rappresenta il diagramma dell’andamento indicativo della temperatura di caldaia in fase di regolazione, e

la fig. 3 rappresenta lo schema funzionale del misuratore elettronico di livello, secondo il trovato.

Con riferimento alle figure e in considerazione del fatto che, per il controllo della pressione in caldaia (1), è comunque necessario l’uso di un pressostato, o trasduttore di pressione (2), e/o l’uso di un termostato, o sensore di temperatura (3), si sono sfruttai i segnali già disponibili, derivati da detti sensori, per realizzare un sensore virtuale di livello. Va tenuto presente che l’andamento tipico della temperatura di caldaia, partendo da fluido freddo e senza erogazione di vapore, ha una forma semplificata (4), del tipo rappresentato nella figura 2, e che la potenza termica P (espressa in W) ceduta o assorbita istantaneamente da una massa m (espressa in kg) avente calore specifico c (espresso in J kg<-1 >K<-1 >), risulta pari a P = m.c.(dT/dt), (I) dove T è la temperatura e dT/dt è la derivata della temperatura rispetto al tempo.

Nell’ipotesi di trascurare, in fase di riscaldamento, le dispersioni termiche della caldaia 1 verso l’ambiente rispetto alla potenza PA fornita dall’attuatore di riscaldamento, nell’ipotesi di assumere questa potenza circa costante (resistenza (5) di valore circa costante e tensione di alimentazione circa costante) e nell’ipotesi di trascurare le variazioni termiche del calore specifico c, si ha: m = K/(dT/dt) (II) dove K = PA/C è una costante di proporzionalità.

La pendenza della curva di temperatura, nei tratti in cui è crescente, risulta legata in modo inversamente proporzionale alla massa m di fluido presente in caldaia.

In modo simile, lo stesso discorso può essere fatto nei riguardi della curva di pressione dato che, nel caso di volume costante, temperatura T e pressione p sono proporzionali tra loro e, di conseguenza, variano sostanzialmente allo stesso modo: p/T = Costante (II)

Il controllo, quindi, si basa sull’impiego dei segnali elettrici, proporzionali alla temperatura e/o alla pressione, emessi dai sensori (2) e/o (3) durante le fasi in cui l’attuatore di riscaldamento (5) è acceso e non si ha prelievo di vapore, ricavando il gradiente di temperatura e/o di pressione, a tempo discreto, come rapporto tra la differenza di due acquisizioni dei segnali ed il tempo intercorso tra di essi. Una volta noto il gradiente, la massa di fluido contenuta in caldaia, e quindi il suo livello, sono ottenibili mediante l’equazione indicata con (II).

La rilevazione dei gradienti può essere fatta sia nella fase di riscaldamento iniziale, a partire da massa fredda, sia durante le successive oscillazioni di regolazione; nel secondo caso occorre impiegare una regolazione pressostatica o termostatica, con differenziale sufficiente all’individuazione dei gradienti.

La configurazione del misuratore elettronico di livello per fluidi può comprendere :

A) un trasduttore di pressione, o pressostato (2), in grado di fornire un segnale elettrico in funzione della pressione del vapore in caldaia. Ad esempio: pressione tipica di lavoro 3 ÷ 4 bar, temperatura tipica del vapore 130 ÷ 140 °C.

B) in alternativa al trasduttore di pressione, una sonda di temperatura, opportunamente posizionata sulla caldaia, in grado di fornire un segnale elettrico in funzione della temperatura di caldaia. Ad esempio: temperatura tipica del vapore 130 ÷ 140 °C, tempo di risposta non superiore a qualche secondo. La sonda può essere un termistore, una termocoppia, un RTD, oppure può essere impiegato un termostato.

C) al trasduttore di pressione o al trasduttore di temperatura è associata una scheda elettronica preposta all’assolvimento delle seguenti funzioni:

- lettura dei segnali elettrici trasmessi dal o dai sensori associati, mediante convertitore analogico/digitale oppure conteggio dei tempi di carica/scarica di un condensatore;

- elaborazione dei dati al fini di ricavare i dati di gradiente, con eventuale filtraggio passo-basso preliminare dei dati letti, e calcolo della differenza tra i valori filtrati rilevati ad intervalli di tempo noti (da 100 ms a 1 s, tipicamente),

- confronto dei dati di gradiente con valori di riferimento corrispondenti ai vari livelli possibili e/o impostati, preventivamente determinati mediante calcolo e/o mediante test di laboratorio;

- indicazione del livello mediante led oppure mediante display.

In figura 3 è rappresentato lo schema funzionale risultante: i segnali emessi dai sensori (2) e/o (3) sono inviati alla scheda elettronica (6) di lettura, elaborazione, confronto e indicazione di livello, ed i risultati sono resi disponibili visivamente attraverso Ied o display (7).

Il misuratore di livello secondo il trovato può essere dotato di uno o più pressostati, o trasduttori di pressione (2), oppure uno o più termostati, o sensori di temperatura (3), od anche uno o più pressostati, o trasduttori di pressione (2) associati ad uno o più termostati, o sensori di temperatura (3).

Mentre il trovato è stato descritto ed illustrato secondo una forma realizzativa data a solo scopo esemplificativo e non limitativo, risulterà evidente agli esperti del ramo che modifiche alle forme, ai particolari, agli orientamenti, alle combinazioni ed agli assiemi, potranno essere apportate senza per questo uscire dal suo ambito e scopo.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Misuratore elettronico di livello per fluidi caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un sensore di pressione (2) e/o almeno una sonda di temperatura (3) i quali sono interconnessi elettricamente con una scheda elettronica (6) di ricezione, di lettura, di elaborazione dei segnali elettrici emessi dagli stessi sensori, e di confronto dei risultati con dei dati di gradiente e/o con dei valori di ri feri mento memorizzati, relativi al livello del liquido contenuto in una caldaia; detti valori rilevati essendo visualizzati con led e/o con display.
2. 2) Misuratore elettronico di livello per fluidi secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più sensori di pressione, quali trasduttore di pressione (2).
3. 3) Misuratore elettronico di livello per fluidi secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più sensori di temperatura (3), quali termostati, termistori, termocoppie, RTD.
4. 4) Misuratore elettronico di livello per fluidi secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più sensori di pressione (2) associati ad uno o più sensori di temperatura (3).
5. 5) Misuratore elettronico di livello per fluidi secondo le rivendicazioni da 1 a 4 caratterizzato dal fatto che la scheda elettronica (6), associata ai sensori di temperatura (3) e/o di pressione (2), comprende: mezzi convertitori analogico/digitale o di conteggio dei tempi di carica/scarica di condensatore; mezzi di lettura dei segnali elettrici trasmessi dal o dai sensori associati; mezzi di filtraggio passo-basso preliminare dei dati letti; mezzi di elaborazione dei dati in relazione dei dati di gradiente; mezzi di calcolo della differenza tra i valori filtrati rilevati ad intervalli di tempo noti; mezzi di confronto dei dati di gradiente con valori di riferimento corrispondenti ai vari livelli possibili e/o impostati preventivamente; mezzi di indicazione visivo del livello, mediante led o display.
6. 6) Misuratore elettronico di livello per fluidi come descritto con la riserva espressa nell’ultimo periodo della parte descrittiva, come esemplificativamente illustrato, secondo le rivendicazioni precedenti e per gli scopi specificati.