ITMI961873A1 - Dispositivo elettronico atto alla rivelazione di gas presente nell'ambiente - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale:

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo elettronico atto alla rilevazione di gas presente nell'ambiente .

Attualmente esistono numerosi tipi di dispositivi per rilevare la presenza di gas negli ambienti; in particolare sono molto diffusi dispositivi rilevatori di gas infiammabili, quali metano o GPL, per uso domestico.

Questi dispositivi sono generalmente costituiti da: 1) un sensore di presenza del gas, solitamente costruito in tecnologia a semiconduttore, catalitica od elettrochimica, che fornisce un segnale elettrico in uscita proporzionale alla concentrazione del gas presente in aria;

2) un circuito elettronico di elaborazione del segnale in uscita dal sensore (un comparatore a soglia oppure un circuito logico di elaborazione digitale); 3) un circuito elettrico di segnalazione ottica e/o acustica di allarme, che aziona un cicalino o una sirena e/o accende una lampada o un'altra sorgente luminosa a LED.

Talvolta il dispositivo comprende anche un circuito elettrico di attuazione, che interviene su organi ausiliari, quali elettrovalvole di arresto dell'erogazione di gas oppure comprende un circuito elettrico od elettronico di uscita, atto a ripetere la segnalazione di allarme su altri mezzi di segnalazione supplementari.

Tuttavia, dispositivi di questo tipo presentano numerosi inconvenienti, che sarebbe auspicabile ridurre o, meglio, eliminare.

Infatti, prima di tutto, in fase di produzione di tali rilevatori, i sensori vengono tarati sulla base delle specifiche di ingresso/uscita delle apparecchiature elettroniche di elaborazione del segnale, che si trovano a valle dei sensori suddetti.

In tal modo, risultano uniformati i livelli relativi alla sensibilità ed alla soglia di rilevazione della concentrazione di gas presente nell'ambiente e che viene dichiarata nei dati di targa dei rilevatori prodotti.

Inoltre, il controllo di eventuali guasti (intesi nel senso di fenomeni che rendono impossibile compiere le normali operazioni di taratura) viene realizzato su un numero limitato di dispositivi per volta, in quanla segnalazione del guasto viene svolta autonomaente da ogni rilevatore.

er di più, le attuali normative nazionali ed interzionali in materia ed una corretta procedura di duzione prevedono un test funzionale da eseguirsi lla totalità dei rilevatori prodotti, in un ambienin cui sia presente una concentrazione di gas pari un valore di soglia di intervento.

chiaro che, anche in questo caso, il numero di diositivi che vengono controllati è limitato dal fatche ognuno di essi svolge autonomamente una segnazione di intervento e/o allarme.

condo le tecnologie attuali, poi, la taratura del spositivo è spesso eseguita manualmente, agendo su tenziometri ovvero selezionando resistori con vaiodi resistenza diversi, da connettere al sensore di sura.

taratura del dispositivo risulta, così, particormente delicata e critica e richiede lunghe e coose operazioni manuali, poiché è necessario porre sensore in ambienti a concentrazione di gas nota e mperatura controllata.

lora, quando è previsto un circuito di elaborazione tipo digitale, si esegue una taratura elettronica, e consiste nel registrare in una memoria permanente i valori di compensazione rispetto ai valori letti dal sensore in presenza di concentrazione di gas nota; tuttavia, la suddetta operazione viene eseguita in ambiente a concentrazione gassosa nota e temperatura controllata e, quindi, la taratura risulta comunque dipendente dalla temperatura dell'atmosfera ove è presente il gas e, in certa misura, essa dipende anche alla percentuale di umidità dell'ambiente ove è installato il dispositivo; infine, anche nel caso di taratura elettronica, i rilevatori devono essere tarati uno per volta.

Tutto ciò comporta tempi lunghi delle operazioni, dovuti anche al fatto che i sensori di gas richiedono un tempo di stabilizzazione durante la taratura in atmosfera nota; inoltre, le camere contenenti gas titolato devono essere lavate periodicamente, i sensori devono essere pre-riscaldati ed altre attrezzature di produzione costose ed ingombranti devono essere previste per garantire il necessario grado di compatibilità fra le misurazioni effettuate ed i risultati attesi.

Sono da tenere in conto, infine, eventuali operazioni di termostatazione o condizionamento dell'ambiente di taratura e di prova.

Scopo della presente invenzione è, dunque, quello di indicare un dispositivo elettronico atto alla rilevazione di gas presente nell'ambiente, che ovvi agli inconvenienti sopra citati, ovvero che consenta una operazione automatica di taratura del sensore sulla base di misurazioni accurate di concentrazione gassosa, temperatura ed umidità dell'ambiente.

Altro scopo della presente invenzione è quello di sottoporre a taratura e programmazione contemporaneamente tutti i dispositivi di rilevazione prodotti, consentendo, nel contempo, la creazione di una mappa di localizzazione di eventuali guasti (intesi come impossibilità a compiere le normali operazioni di taratura) .

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di indicare un dispositivo elettronico atto alla rilevazione di gas presente nell'ambiente di facile ed economica realizzazione, senza utilizzare componenti costosi o tecnologie complesse.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo elettronico atto alla rilevazione di gas presente nell'ambiente, secondo la rivendicazione 1, alla quale si rimanda per brevità.

Vantaggiosamente, il dispositivo di rilevazione di gas, che è oggetto della presente invenzione, viene posto in un ambiente a concentrazione nota di gas, in fase di taratura.

Il dispositivo riceve da un elaboratore elettronico esterno, tramite una linea seriale ed una porta logica di comunicazione bidirezionale, una serie di parametri relativi all'ambiente in cui è collocato, quali il valore della concentrazione di gas forzata nell'ambiente, il valore della concentrazione di gas che viene letto sul sensore, la temperatura e l'umidità dell'ambiente.

Un circuito elettronico digitale analizza queste informazioni creando una tabella di valori, che rappresentano gli scostamenti tra il valore di concentrazione di gas in aria, che viene letto sul sensore ed il valore atteso in base a predeterminati parametri di temperatura ed umidità dell'ambiente, che vengono imposti dall'esterno da parte dell'operatore.

I valori degli scostamenti sono immagazzinati in una memoria elettronica di tipo permanente.

In fase di normale funzionamento, quindi, il dispositivo rilevatore è in grado di correggere il valore della concentrazione di gas, che viene letto sul sensore, mediante il confronto con i parametri di taratura memorizzati nella memoria permanente e di intervenire per un valore esatto di soglia prefissato.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali:

la figura 1 rappresenta uno schema a blocchi del dispositivo elettronico atto alla rilevazione di gas presente nell'ambiente, secondo la presente invenzione, in fase di normale funzionamento;

la figura 2 è una rappresentazione schematica a blocchi di una pluralità di dispositivi elettronici di rilevazione di gas (in particolare, ne sono raffigurati quattro), durante la fase di taratura dei sensori, secondo la presente invenzione;

la figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di una pluralità di dispositivi elettronici, secondo l'invenzione (in particolare, ne sono raffigurati sei), realizzati su schede di circuito stampato, durante la fase di taratura dei sensori.

Con riferimento alle figure menzionate, con 10A è indicato genericamente il dispositivo elettronico atto alla rilevazione di gas nell'ambiente, oggetto della presente invenzione.

Con 10 è indicato un sensore della concentrazione di gas, con 20 è indicato un circuito elettronico digitale di elaborazione dei dati, con 30 è indicata una memoria a lettura/scrittura di tipo permanente, realizzata in tecnologia "EEPROM" o "FLASH EPROM" o similare ovvero in tecnologia "RAM" in tampone, con 40 è indicata una porta logica di comunicazione dei dati di tipo seriale e bidirezionale, con 50 è indicato un apparecchio di segnalazione ottica e/o acustica, mentre con 60 è indicato un apparecchio attuatore (per esempio, un relè).

Con 70 è indicata una linea di comunicazione (o "bus") dei dati che provengono dal sensore 10 e giungono al circuito elettronico di elaborazione 20, con 70A è indicata la linea su cui scorrono i dati dal circuito elettronico 20 alla memoria 30, con 70B la linea di connessione tra il circuito elettronico 20 e l'apparecchio attuatore 60, con 70C la linea di connessione tra il circuito elettronico 20 e l'apparecchio di segnalazione 50, mentre con 10B è indicata una linea tratteggiata comprendente al suo interno quei componenti elettronici discreti che, alternativamente, possono essere integrati su una scheda 100 di circuito stampato.

Con 15 è indicata la basetta del circuito stampato in questione, con 55 sono indicati generici punti di connessione esterna, mentre con 55A è indicato un punto di connessione a cui sono collegate, tramite un unico conduttore stampato 80A, tutte le porte logiche 40 seriali dei vari dispositivi elettronici di rilevazione 10A; con 65, infine, sono indicate le linee lungo le quali avviene il distacco delle schede 100 di circuito stampato, su ognuna delle quali è integrato ogni singolo dispositivo di rilevazione 10A. L'uscita seriale di comunicazione, posta in corrispondenza della porta logica 40, è connessa al circuito elettronico 20, tramite la linea seriale di comunicazione bidirezionale 80 e può essere pilotata come uscita di una indicazione di allarme se si prevede un apposito mezzo di segnalazione acustica 40A. Con 90, infine, è indicato un elaboratore elettronico esterno al dispositivo di rilevazione 10A, che fornisce, in fase di taratura del sensore 10, una tabella di parametri (concentrazione gassosa, temperatura, umidità) relativi all'ambiente 25 in cui è collocato il dispositivo rilevatore 10A.

Il dispositivo elettronico 10A, atto alla rilevazione di gas nell'ambiente, che è oggetto della presente invenzione, durante il suo normale funzionamento, rileva il segnale elettrico presente in uscita dal sensore 10 e, sulla base dei parametri di taratura (concentrazione gassosa, temperatura ambiente, umidità) presenti nella memoria 30 permanente, decide se attivare o meno la porta logica di comunicazione 40 ovvero i dispositivi di segnalazione ottica e/o acustica 50 e/o l'apparecchio attuatore 60, tramite le linee, rispettivamente, 80, 70C, 70B.

In particolare, l'uscita seriale posta in corrispondenza della porta logica 40, può essere pilotata come uscita di uno stato di allarme, tramite il dispositivo di segnalazione acustica 40A.

In fase di produzione dei dispositivi rilevatori 10A, invece, tramite forzatura esterna della linea seriale di comunicazione 80, nel momento in cui viene alimentato, il dispositivo elettronico 10A viene posto nello stato di taratura.

Collocato in un ambiente 25 ove la concentrazione di gas è nota, il dispositivo rilevatore 10A riceve da un elaboratore esterno 90, tramite una linea seriale 80, una tabella di parametri relativi all'ambiente 25 in cui è stato collocato, contenente informazioni correlate alla concentrazione gassosa imposta dall'esterno o letta sullo schermo del sensore 10, alla temperatura ed all'umidità dell'aria rilevate. Il circuito elettronico di elaborazione 20 analizza queste informazioni insieme con il valore di concentrazione gassosa letto sul sensore 10; in tal modo, esso è in grado di costruire una tabella contenente i valori degli scostamenti tra valore letto sul sensore 10 e valore atteso per ogni singola concentrazione gassosa prefissata e per ogni singola condizione ambientale imposta dall'esterno da un operatore (tramite impostazione dei parametri relativi alla temperatura ed alla umidità dell'aria); la tabella viene immagazzinata nella memoria permanente 30.

In condizioni di normale funzionamento, il circuito elettronico 20 è in grado di correggere il valore letto sul sensore 10 con i parametri di taratura che sono stati immagazzinati nella memoria 30, in modo tale che il dispositivo rilevatore 10A intervenga (azionando i dispositivi di segnalazione ottica e/o acustica 40A, 50 e/o l'apparecchio attuatore 60) in corrispondenza di un valore di concentrazione gassosa di soglia desiderato.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo elettronico di rilevazione, che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare:

- non esistono operazioni manuali di taratura ed i parametri ambientali (concentrazione gassosa, temperatura, umidità dell'aria) possono essere imposti dall'operatore esterno grossolanamente, ma vengono letti in maniera accurata dall'elaboratore esterno, che è connesso alla linea seriale del circuito elettronico digitale;

- più dispositivi rilevatori possono essere messi in programmazione contemporaneamente;

- una segnalazione di guasto, intesa come impossibilità a compiere le operazioni normali di taratura, è segnalata da dispositivi dedicati tramite linea seriale, consentendo, al contempo, la realizzazione di una mappa di localizzazione dei guasti facilmente consultabile da un operatore esterno;

- un test finale di controllo del dispositivo può essere effettuato immediatamente dopo 1'operazione di taratura, senza rimuovere la camera ad atmosfera controllata, tramite un semplice lavaggio in aria e l'insufflazione di gas a concentrazione desiderata (la segnalazione può avvenire tramite linea seriale); - l'operazione di taratura è sostanzialmente indipendente dalla temperatura dell'aria e dall'umidità, in quanto si possono calcolare curve di compensazione, in modo da utilizzarle semplicemente con i valori dei parametri ambientali che sono stati rilevati.

E' chiaro che numerose varianti possono essere apportate al dispositivo elettronico di rilevazione, che è oggetto della presente invenzione, senza per questo uscire dai princìpi di novità ìnsiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti. Per esempio, si può prevedere un'operazione di taratura analoga a quella descritta in precedenza anche sulle schede elettroniche montate su una basetta di circuito stampato, ma non ancora separate tra loro e prive dell'ingombro dei contenitori.

In questo caso un unico conduttore stampato collega tutte le porte seriali dei vari dispositivi elettronici di rilevazione ad un unico punto di connessione esterna alla basetta di circuito stampato; il circuito viene, in seguito, separato insieme con l'operazione di distacco dalle schede di ogni singolo dispositivo di rilevazione, lungo le linee di connessione .

Tale tecnica di taratura su schede di circuito stampato non separate consente alta densità di impaccamento dei dispositivi di rilevazione con un conseguente incremento di produttività.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico (10A) atto alla rilevazione di gas presente nell'ambiente (25), comprendente almeno un sensore (10) della presenza di gas, che fornisce un segnale elettrico in uscita, il quale viene inviato ad un circuito elettronico (20) di elaborazione, almeno una memoria elettronica (30) di tipo permanente connessa, tramite una linea di comunicazione (70A), a detto circuito elettronico (20), almeno un dispositivo di segnalazione ottica e/o acustica (50) ed almeno un apparecchio attuatore (60), che sono collegati, tramite linee di comunicazione (70B, 70C), a detto circuito elettronico (20), caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico (20) è ulteriormente connesso, tramite almeno una linea di comunicazione bidirezionale di tipo seriale (80), ad almeno una porta logica (40), che costituisce un'uscita seriale di comunicazione del dispositivo (10A) di rilevazione, in modo che quest'ultimo sia posto in una condizione tale per cui sia possibile effettuare sullo stesso operazioni di taratura, detta condizione essendo raggiunta nel momento in cui, a partire da una condizione di riposo, viene fornita alimentazione al dispositivo (10A) ed essendo ottenuta mediante l'invio di un comando logico a detta porta logica (40), detto comando essendo proveniente dall'esterno del dispositivo elettronico (10A) di rilevazione e caratterizzato dal fatto che dette operazioni di taratura consistono nel porre il dispositivo elettronico (10A) di rilevazione in un ambiente (25) a concentrazione nota di gas, detta linea di comunicazione bidirezionale di tipo seriale (80) trasmettendo a detto dispositivo elettronico (10A) una pluralità di parametri relativi all'ambiente (25) ove esso è collocato, detti parametri essendo trasmessi da almeno un elaboratore elettronico (90) esterno.
2. 2. Dispositivo elettronico (10A) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti parametri contengono informazioni relative al valore della concentrazione di gas imposto dall'esterno a detto ambiente (25) e/o al valore della concentrazione di gas misurato da detto sensore (10), alla temperatura ed all'umidità dell'aria nell'ambiente (25).
3. 3. Dispositivo elettronico (10A) come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico (20) di elaborazione è in grado di analizzare i valori dei suddetti parametri insieme con il valore della concentrazione di gas misurato da detto sensore (10) e di costruire una tabella di valori corrispondenti alle differenze tra valore della concentrazione di gas misurato da detto sensore (10) e valore della concentrazione di gas imposto dall'esterno al variare dei valori di concentrazione di gas, di temperatura e di umidità dell'ambiente (25) imposti dall'esterno, detta tabella di valori essendo immagazzinata all'interno di detta memoria elettronica (30) di tipo permanente.
4. 4. Dispositivo elettronico (10A) come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico (20) di elaborazione rileva il valore della concentrazione di gas misurato da detto sensore (10) e lo corregge sulla base di detta tabella di valori memorizzata, inviando almeno un comando su dette linee di comunicazione (70B, 70C) e su detta linea bidirezionale di tipo seriale (80) al fine di attivare almeno un dispositivo di segnalazione ottica e/o acustica (50) ovvero pilotare detta porta logica (40) o comandare detto apparecchio attuatore (60), nel caso in cui detto valore corretto della concentrazione di gas presente nell'ambiente (25) superi un prefissato valore di concentrazione di soglia.
5. 5. Dispositivo elettronico (10A) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta porta logica (40) è pilotata come uscita seriale di uno stato di allarme, essendovi associato almeno un dispositivo di segnalazione acustica e/o visiva (40A).
6. 6. Dispositivo elettronico (10A) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta memoria elettronica (30) di tipo permanente è una memoria a lettura/scrittura, costruita in tecnologia EEPROM o FLASH EPROM ovvero in tecnologia RAM in tampone.
7. 7. Dispositivo elettronico (10A) come alla rivendicazione 1/ caratterizzato dal fatto di essere ricavato su una scheda elettronica (100) di circuito stampato, detto circuito stampato comprendendo una pluralità di schede elettroniche (100), le quali sono montate su almeno una basetta (15) e sono connesse tra loro da linee di distacco (65), atte alla separazione delle schede (100), i dispositivi elettronici (10A) previsti su dette schede (100) essendo connessi tra loro tramite un unico conduttore stampato (80A), che collega le porte logiche (40) di ciascun dispositivo elettronico (10A) ad un unico punto di connessione (55A) esterna, detto punto di connessione (55A) esterna essendo ricavato su detta basetta (15). §. Dispositivo elettronico (10A) come sostanzialmente descritto ed illustrato nei disegni allegati.