ITMI20060152A1 - Trasmettitore per il controllo di processi industriali - Google Patents

Description

"TRASMETTITORE PER IL CONTROLLO DI PROCESSI INDUSTRIALI"

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un trasmettitore del tipo impiegato per il controllo di variabili fisiche in processi industriali, avente migliorate struttura e caratteristiche; più in particolare, la presente invenzione riguarda un trasmettitore con interfaccia di processo integrata .

E' noto che, nei sistemi di controllo di processi industriali, allo scopo di rilevare/misurare una o più variabili fisiche di un fluido di processo, ad esempio pressione assoluta, relativa o differenziale, flusso, livello e simili, sono ampiamente utilizzati degli appositi trasmettitori che generalmente utilizzano un sensore di pressione; ciò permette infatti di ricavare agevolmente da una o più misure di pressione relativa, differenziale o assoluta, valori di misura relativi anche ad altre variabili fisiche del fluido di processo controllato che sarebbero più difficili da trasdurre direttamente.

Secondo una comune forma realizzativa, un trasmettitore di pressione di tipo noto comprende attualmente un corpo principale, o corpo trasduttore, opportunamente sagomato in modo da alloggiare i componenti deputati alla trasduzione; in particolare, tale corpo principale include una camera di misura che ospita un sensore di pressione ed opportuni circuiti elettronici primari destinati ad elaborare i segnali provenienti dal sensore di pressione. Al di sopra del corpo principale viene solitamente montato un corpo trasmettitore suddiviso in due compartimenti al cui interno sono separatamente alloggiati ulteriori componenti, quali displays per la visualizzazione in loco delle variabili rilevate, morsettiere, circuiti elettronici secondari destinati all'elaborazione dei segnali provenienti dai circuiti elettronici primari e deputati poi a gestire la comunicazione con altri trasmettitori o con unità di controllo remote, eccetera.

Per effettuare le operazioni di rilevamento e di misura richieste, il trasmettitore di pressione viene completato con un'ulteriore parte che deve essere posta a contatto con il fluido di processo; a tal fine, un comune trasmettitore comprende una o più flangie che si accoppiano meccanicamente con tubi collettori attraverso i quali il fluido di processo arriva a contatto con il trasduttore. Ciascuna flangia è inoltre connessa, mediante un sistema di viti/bulloni e guarnizioni di tenuta, al corpo principale del trasmettitore di pressione in modo tale che la pressione contenuta non fuoriesca e le relative guarnizioni non perdano; in prossimità delle superfici di accoppiamento è previsto l'impiego di opportuni diaframmi o gruppi separatori che comprendono un'apposita membrana flessibile di separazione; tale membrana è posizionata in modo da avere una parete esterna esposta al fluido di processo ed una parete interna, accoppiata idraulicamente al sensore di pressione .

Allo stato attuale della tecnica, i trasmettitori di pressione di tipo noto, pur assolvendo adeguatamente alle funzionalità ad essi richieste, presentano alcuni inconvenienti .

In particolare, un significativo inconveniente risiede nell'attuale struttura costruttiva che come precedentemente descritto, è abbastanza complessa dal punto di vista meccanico a causa del numero di componenti costitutivi; ciò influisce non solo sui tempi e sui costi di produzione ed immagazzinamento, ma anche su quelli di assemblaggio ed installazione nel sito operativo in virtù del numero relativamente elevato d'operazioni di montaggio del trasmettitore .

Un ulteriore inconveniente decisamente importante deriva dalla connessione meccanica di ciascuna flangia al corpo principale del trasmettitore; infatti, la pratica ha dimostrato che, se tale operazione, in particolare per ciò che riguarda il serraggio di viti e bulloni, non avviene con un elevato grado d'uniformità e con accuratezza, possono insorgere stress meccanici in corrispondenza delle membrane di separazione, comunemente denominati come "effetti di interferenza". Ma anche effettuando tali connessioni in maniera idealmente perfetta, tali stress meccanici possono comunque comparire durante la vita operativa del trasmettitore a causa dell'influenza delle mutevoli condizioni ambientali, ed in particolare delle variazioni di temperature e pressione, a cui il sistema di connessione è inevitabilmente soggetto.

L'intensità di questi stress meccanici è in genere difficilmente prevedibile in sede di progetto e determina normalmente imprecisioni ed errori di misura da parte del trasmettitore di pressione, dato che si possono verificare variazioni di pressione tra la membrana di separazione e il sensore di pressione. Spesso, l'entità di questi errori di misura non è affatto trascurabile, tenuto conto delle elevate prestazioni che sono generalmente richieste ad un trasmettitore, soprattutto in termini di accuratezza e stabilità di lungo termine; pertanto, per contenere questi errori di misura, come detto, le operazioni di montaggio del trasmettitore sono relativamente complesse e laboriose.

Inoltre, quando questi errori di misura si manifestano su un trasmettitore già installato, bisogna sovente ricorrere ad interventi di manutenzione straordinari, i quali si rivelano particolarmente dispendiosi; ad esempio, può essere necessario sostituire le guarnizioni di tenuta che possono presentare perdite e cedimenti dovuti all'invecchiamento .

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un trasmettitore per il rilevamento di una variabile fisica relativa ad un fluido di processo di un impianto industriale che permetta di ovviare agli inconvenienti precedentemente citati, ed in particolare che presenti una struttura costruttiva semplificata rispetto ai trasmettitori di tipo noto.

All'interno di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un trasmettitore per il rilevamento di una variabile fisica relativa ad un fluido di processo di un impianto industriale che permetta di ridurre significativamente imprecisioni ed errori di misura, in particolare relativi ad effetti di interferenza delle membrane elastiche di separazione.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un trasmettitore per il rilevamento di una variabile fisica relativa ad un fluido di processo di un impianto industriale che richieda un numero ridotto di operazioni per il suo montaggio ed installazione.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un trasmettitore per il rilevamento di una variabile fisica relativa ad un fluido di processo di un impianto industriale che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi scopi ed altri che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un trasmettitore per il rilevamento di una variabile fisica relativa ad un fluido di processo di un impianto industriale, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un corpo principale cavo destinato ad alloggiare un sensore, ed un corpo di interfaccia, diretta od indiretta, con il fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile fisica, detto corpo di interfaccia essendo connesso al corpo principale ed avendo una struttura integrale sagomata in modo da presentare almeno un alloggiamento interno destinato ad accogliere un corpo separatore ed almeno una flangia di estremità atta ad essere accoppiata operativamente, in corrispondenza di una sua superficie esterna, ad un contenitore di un fluido, detta superficie esterna essendo posta distanziata da ed in comunicazione con detto alloggiamento interno tramite un canale di collegamento.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del trasmettitore secondo l'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui: la figura 1 è una vista prospettica, parzialmente sezionata, illustrante il trasmettitore secondo 1'invenzione;

la figura 2 è una vista prospettica in esploso del trasmettitore di figura 1;

le figure 3 e 4 sono viste prospettiche illustranti il trasmettitore secondo l'invenzione in due possibili configurazioni applicative.

Con riferimento alle figure precedenti, il trasmettitore secondo la presente invenzione, indicato complessivamente dal numero di riferimento 100, comprende almeno un corpo principale cavo 1 destinato ad alloggiare un sensore 2, tipicamente un sensore di pressione, ed un corpo di interfaccia 10, diretta od indiretta, con un fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile fisica; il corpo di interfaccia 10 è connesso al corpo principale 1 lungo una superficie inferiore di questo, preferibilmente mediante saldatura così da formare un corpo meccanicamente unico, cioè non più separabile in singoli componenti (a meno di non ricorrere ad interventi sostanzialmente distruttivi), avente sviluppo sostanzialmente cilindrico lungo un asse longitudinale 101. Vantaggiosamente, il corpo di interfaccia 10 è realizzato secondo una struttura integrale, cioè è un pezzo strutturalmente unico e quindi privo di alcuna connessione o giunzione di qualunque tipo tra pezzi inizialmente separati .

In particolare, come illustrato nelle figure 1 e 2, il corpo di interfaccia 10 ha una struttura sagomata in modo da presentare almeno un alloggiamento interno 11 destinato ad accogliere una membrana di separazione 3; secondo forme ampiamente note e per questo ivi non descritte in dettaglio, la membrana di separazione 3 è operativamente collegata al sensore 2 tramite un apposito circuito idraulico 4, ed è connessa ad un corpo separatore 5 che è anch'esso posizionato nell'alloggiamento interno 11, saldandolo ad esempio sul bordo superiore di quest'ultimo.

La struttura integrale del corpo di interfaccia 10 presenta inoltre almeno una flangia di estremità 12 atta ad essere accoppiata operativamente, in corrispondenza di una sua superficie esterna 13, ad un contenitore di fluido che, come risulterà dalla descrizione seguente, può essere direttamente il fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile fisica, oppure un fluido differente. La superficie esterna 13, che in pratica rappresenta e costituisce l'interfaccia fisica del trasmettitore con il processo, è definita ad una certa distanza dall'alloggiamento interno 11 ed è opportunamente posta in comunicazione con esso tramite un canale di collegamento 14, preferibilmente ad estensione sostanzialmente rettilinea lungo la direzione di sviluppo longitudinale (in pratica lungo l'asse 101) del trasmettitore 100 stesso.

Secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita del trasmettitore 100, e come meglio illustrato in figura 2 dove parte di alcuni componenti del trasmettitore è stata parzialmente asportata per maggior chiarezza illustrativa, il corpo di interfaccia 10 ha una struttura integrale sagomata in modo da presentare due alloggiamenti interni 11 destinati ciascuno ad accogliere una corrispondente membrana di separazione 3 e due flangie di estremità 12 aventi ciascuna una superficie esterna 13 atta ad essere accoppiata operativamente ad un corrispondente contenitore di fluido; entrambe le superiici di estremità 13 sono distanziate dai rispettivi alloggiamenti interni 11 e sono poste in comunicazione con essi tramite un corrispondente canale di collegamento 14.

Preferibilmente, il corpo di interfaccia 10 è sagomato in modo che le due flangie 12 presentino inoltre ciascuna un condotto 15 che è disposto trasversalmente rispetto al corrispondente canale di comunicazione 14 e pone quest'ultimo in comunicazione con l'esterno del corpo di interfaccia stesso; preferibilmente, i condotti 15 sono almeno parzialmente filettati in modo da connettersi con apposite valvoline di spurgo, indicate ad esempio nelle figure 3 e 4 dal numero di riferimento 20.

Inoltre, ciascuna flangia di estremità 12 comprende almeno un foro di fissaggio 16 che è sostanzialmente allineato ed in comunicazione con il rispettivo canale di collegamento 14 ed il cui imbocco è definito sulla corrispondente superficie esterna 13; i fori di fissaggio 16 sono atti all'accoppiamento con corrispondenti contenitori di fluido. In particolare, ciascun foro può essere connesso ad un collettore del fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile, indicato in figura 4 dal numero di riferimento 30, avendo così una interfaccia diretta tra corpo 10 e processo. Alternativamente, come schematicamente rappresentato in figura 1, i fori 16 possono essere accoppiati ciascuno ad un capillare 31 collegato ad un separatore remoto 32, ed al cui interno è contenuto un opportuno fluido, ad esempio un fluido incompribile e.g. un olio siliconico dello stesso tipo contenuto nel circuito idraulico 4. In questo caso, è il separatore remoto 32 ad essere direttamente interfacciato con il fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile, e quindi tra il corpo 10 ed il fluido di processo si stabilisce una interfaccia operativa indiretta.

Il corpo di interfaccia 10 è inoltre sagomato in modo tale che ciascuna flangia di estremità comprenda almeno un foro cieco 17 atto a permettere l'accoppiamento con un ulteriore componente, quale ad esempio valvole di intercettazione del fluido di processo, illustrate in figura 3 dal numero di riferimento 40, o una staffa di supporto e fissaggio del trasmettitore stesso, indicata in figura 4 dal numero di riferimento 50. In particolare, nella forma realizzativa di figura 1, ciascuna flangia 12 comprende due fori ciechi 17 il cui imbocco è definito sulla superficie esterna di interfaccia 13, con i due fori 17 che sono disposti da parti opposte tra loro rispetto al corrispondente canale di comunicazione 14 e con assi paralleli tra loro ed allo stesso canale di comunicazione 14. Inoltre, in aggiunta o in alternativa ai due fori ciechi 17, ciascuna flangia di estremità 12 può comprendere un foro cieco 18 che, come schematicamente illustrato in figura 3, ha l'imbocco su una superficie laterale della flangia stessa ed è disposto con asse trasversale rispetto al corrispondente canale di comunicazione 14 o rispetto all'asse di sviluppo 101 del trasmettitore stesso. Come illustrato in figura 4, i due fori 18 disposti ciascuna sulla corrispondente flangia, possono essere utilizzati per l'accoppiamento con la staffa di supporto 50.

Preferibilmente, il trasmettitore 100 comprende un primo contenitore 21 sagomato, che è alloggiato all'interno del corpo principale 10 ed è appoggiato su una superficie di riscontro 22 di questo; in particolare, il primo contenitore 21 (rappresentato in figura 2 parzialmente asportato per chiarezza illustrativa) in virtù della sua sagomatura abbraccia il sensore 2 e definisce attorno ad esso un opportuno piano di appoggio 23; su tale piano di appoggio 23 è vantaggiosamente posta una prima scheda 24 comprendente un primo circuito elettronico operativamente accoppiato al sensore 2. Tale primo circuito costituisce in pratica l'elettronica primaria del trasmettitore che è atta principalmente a condizionare il segnale elettrico proveniente dal sensore 2 trasformandolo ad esempio in un segnale digitale a durata di tempo.

Il trasmettitore 100 secondo l'invenzione comprende inoltre un secondo contenitore sagomato a coppa 25 che è disposto capovolto ed alloggiato almeno parzialmente all'interno del corpo principale 1; in particolare, il secondo contenitore 25 va ad appoggiarsi su un risalto 6 definito all'interno del corpo principale 1 e si affaccia al primo contenitore 23 in modo da delimitare uno spazio interno di alloggiamento di almeno una seconda scheda 27. Tale seconda scheda 27 comprende un secondo circuito elettronico che costituisce l'elettronica secondaria del trasmettitore ed è destinata principalmente a convertire il segnale a durata di tempo proveniente dall'elettronica primaria in un segnale di campo d'uscita; inoltre sulla seconda scheda 27 può vantaggiosamente predisposta una morsettiera 28 destinata ad esempio per il cablaggio di alimentazione della parte di elaborazione di segnale, per la connessione con un display interno ed eventualmente con un display esterno, eccetera. Alternativamente, all'interno del secondo contenitore 25 possono essere alloggiate due schede su cui possono essere appositamente distribuiti la circuiteria elettronica secondaria e la morsettiera.

Opportuni cablaggi che vengono fatti passare attraverso uno dei due fori 19 previsti sul corpo principale 1, collegano operativamente il trasmettitore con 1'esterno .

Infine, il trasmettitore comprende un coperchio di chiusura 7 che è avvitato sul corpo principale 1 come illustrato nelle figure 1 e 2, il coperchio ha una parete laterale 8 filettata che si accoppia con la parete laterale del corpo principale 1, ed un risalto 9 che si protende trasversalmente verso l'esterno dalla parete laterale 8 e si appoggia lungo un corrispondente bordo del corpo principale 1. L'altezza della pareti laterale 8 può essere opportunamente variata nel caso sia necessario inserire altri componenti, quali ad esempio un display. Una guarnizione 33 posta tra il coperchio 7 ed il corpo 1 impedisce la penetrazione di sporchi e fluidi all'interno del trasmettitore.

Si è in pratica constatato come il trasmettitore secondo l'invenzione permetta di assolvere pienamente il compito nonché gli scopi prefissati fornendo una serie di vantaggi rispetto all'arte nota. Infatti il trasmettitore 100 presenta una struttura estremamente semplificata rispetto ai trasmettitori di tipo noto, sia nel complesso che in almeno alcuni dei suoi elementi costitutivi, ed ha prestazioni funzionali migliorate.

In particolare, la presenza del corpo di interfaccia 10 a struttura integrale appositamente sagomata, permette di eliminare una zona di accoppiamento meccanico che invece è usuale nelle soluzioni note ed è, come visto, fonte di possibili imprecisioni ed inconvenienti tecnici; ciò consente dì evitare il ricorso a guarnizioni di tenuta, viti e bulloni, e relative operazioni di serraggio che come detto costituiscono un punto di debolezza e criticità per l'intero trasmettitore. In questo modo si ha una riduzione complessiva dei componenti necessari, una diminuzione delle operazioni di assemblaggio, un aumento dell'affidabilità complessiva, ed un consistente miglioramento delle prestazioni meccaniche in quanto si ottiene, tra le altre cose, una maggiore resistenza a rottura riguardo il contenimento della pressione interna. Inoltre, grazie alla particolare sagomatura del corpo di interfaccia 10, ed alla disposizione dei vari accessi su di esso, il trasmettitore può essere accoppiato a diversi componenti, staffe, valvole, eccetera, e può essere indistintamente montato in posizione orizzontale (figura 3) o verticale (figura 4) senza dover ricorrere a particolari modifiche strutturali.

Tali vantaggi sono ulteriormente accentuati dalla connessione del corpo principale 1 al corpo di interfaccia 10 tramite saldatura, il che permette di ottenere un'unica struttura meccanicamente stabile e non separabile nelle sue parti, con l'eliminazione di una ulteriore zona di accoppiamento con mezzi meccanici tradizionali, quali ad esempio viti e bulloni, tipici di soluzioni convenzionali.

Da ultimo, ma non certamente di secondaria importanza, grazie alla forma, disposizione e reciproco accoppiamento dei vari componenti interni, in particolare i contenitori 21 e 25 e relative schede, il trasmettitore 100 presenta nel suo insieme una struttura estremamente compatta in cui i vari componenti sono impilati e sfruttano al meglio lo spazio disponibile; tra l'altro, i componenti più sensibili, quali il sensore 2 ed i circuiti elettronici previsti sulle schede, sono disposti in un ambiente adeguatamente racchiuso e protetto.

Il trasmettitore così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; ad esempio, il contenitore 21 (come anche il 25) può avere una sagomatura differente purché compatibile con le funzionalità per esso previste, e può essere realizzato in un pezzo unico oppure in due pezzi separati, realizzati entrambi in metallo o plastica o uno in metallo e l'altro in plastica; la disposizione di almeno alcuni dei fori/canali previsti sul corpo di interfaccia 10 potrebbe essere modificata, ad esempio il foro 18 ed il condotto 15 potrebbero estendersi paralleli tra loro, eccetera .

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti; in pratica, il tipo di materiali nell'ambito delle applicazioni previste sopra descritte, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Trasmettitore per il rilevamento di una variabile fisica relativa ad un fluido di processo di un impianto industriale, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un corpo principale cavo destinato ad alloggiare un sensore, ed un corpo di interfaccia, diretta od indiretta, con il fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile fisica, detto corpo di interfaccia essendo connesso al corpo principale ed avendo una struttura integrale sagomata in modo da presentare almeno un alloggiamento interno destinato ad accogliere un corpo separatore ed almeno una flangia di estremità atta ad essere accoppiata operativamente, in corrispondenza di una sua superficie esterna, ad un contenitore di un fluido, detta superficie esterna essendo posta distanziata da ed in comunicazione con detto alloggiamento interno tramite un canale di collegamento.
2. 2. Trasmettitore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto corpo di interfaccia comprende due alloggiamenti interni destinati ciascuno ad un corpo separatore e due flangie di estremità aventi ciascuna una superficie esterna atta ad essere accoppiata operativamente ad un contenitore di un fluido, ciascuna di dette superfici di estremità essendo poste distanziate da ed in comunicazione con un rispettivo alloggiamento interno tramite un corrispondente canale di collegamento .
3. Trasmettitore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti corpo principale e corpo di interfaccia sono saldati tra loro.
4. Trasmettitore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto corpo di interfaccia presenta una coppia di condotti ciascuno dei quali è disposto trasversalmente a e pone in comunicazione un corrispondente canale di collegamento con l'esterno del corpo di interfaccia stesso .
5. Trasmettitore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette flangie di estremità comprende almeno un foro di fissaggio di un capillare collegato ad un separatore remoto interiacciato con il fluido di processo di cui si vuole rilevare una variabile, l'imbocco di detto foro di fissaggio essendo definito sulla corrispondente superficie esterna della flangia di estremità ed essendo sostanzialmente allineato ed in comunicazione con il rispettivo canale di collegamento .
6. Trasmettitore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette flangie di estremità comprende almeno un foro di fissaggio di un collettore del fluido di processo dì cui si vuole rilevare una variabile, l'imbocco di detto foro essendo definito sulla corrispondente superficie esterna della flangia di estremità ed essendo sostanzialmente allineato ed in comunicazione con il rispettivo canale di collegamento.
7. Trasmettitore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette flangie di estremità comprende almeno un foro cieco atto a permettere l'accoppiamento con un ulteriore componente.
8. Trasmettitore secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette flangie di estremità comprende due fori ciechi il cui imbocco è definito su detta superficie esterna, detti due fori essendo disposti da parti opposte tra loro rispetto al corrispondente canale di comunicazione e con assi tra loro e ad esso sostanzialmente paralleli .
9. 9. Trasmettitore secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette flangie di estremità comprende un foro cieco avente imbocco su una superficie laterale della flangia e disposto con asse trasversale rispetto al corrispondente canale di comunicazione.
10. 10. Trasmettitore secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere un primo contenitore sagomato alloggiato all'interno di detto corpo principale ed appoggiato su una superficie di riscontro definita sul corpo di interfaccia, detto primo contenitore abbracciando detto sensore e definendo attorno ad esso un piano di appoggio su cui è posta una prima scheda comprendente un primo circuito elettronico operativamente accoppiato al sensore.
11. 11. Trasmettitore secondo la rivendicazione 10 caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo contenitore sagomato a coppa che è disposto capovolto ed appoggia su un bordo definito all'interno del corpo principale, detto secondo contenitore delimitando uno spazio interno di alloggiamento di almeno una seconda scheda comprendente un secondo circuito elettronico e/o una morsettiera di collegamento .