ITMO20120059A1

ITMO20120059A1 - METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE VOLUME OF A SUBSTANCE

Info

Publication number: ITMO20120059A1
Application number: IT000059A
Authority: IT
Inventors: Fulvio Parisi
Original assignee: Hs Hospital Service Spa
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-09

Description

Metodo e apparato per misurare il volume di una sostanza Method and apparatus for measuring the volume of a substance

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per misurare il volume di una sostanza fluida, quale, ad esempio, un liquido, un gas, o una sostanza granulare o in polvere . The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the volume of a fluid substance, such as, for example, a liquid, a gas, or a granular or powdered substance.

Dallo stato della tecnica è noto misurare il volume di una sostanza allo stato liquido, o gassoso, o di una sostanza granulare o in polvere, usando dei recipienti graduati, o pesando la sostanza; in quest'ultimo caso, per poter calcolare il volume della sostanza occorre conoscerne il peso specifico. From the state of the art it is known to measure the volume of a substance in the liquid or gaseous state, or of a granular or powdered substance, using graduated containers, or by weighing the substance; in the latter case, in order to calculate the volume of the substance it is necessary to know its specific weight.

I metodi di misura di cui sopra sono scomodi da realizzare perché richiedono attrezzature particolari quali recipienti graduati o bilance di precisione, inoltre, come nel caso dei recipienti graduati, la precisione della misura è piuttosto scarsa e soggetta ad errori. The above measurement methods are inconvenient to carry out because they require special equipment such as graduated vessels or precision balances, moreover, as in the case of graduated vessels, the accuracy of the measurement is rather poor and prone to errors.

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo e un apparato che consentano di misurare in modo semplice e preciso il volume di una sostanza fluida, cioè di una sostanza allo stato liquido, gassoso, granulare o in polvere . The object of the present invention is to provide a method and an apparatus which allow to measure in a simple and precise way the volume of a fluid substance, that is of a substance in the liquid, gaseous, granular or powder state.

Lo scopo dell'invenzione è raggiunto con un metodo secondo la rivendicazione 1 e con un apparato secondo la rivendicazione 5. The object of the invention is achieved with a method according to claim 1 and with an apparatus according to claim 5.

Grazie all'invenzione è possibile misurare in modo semplice, rapido, affidabile ed economico il volume sia di sostanze allo stato liquido, sia di sostanze allo stato gassoso, sia di sostanze solide in forma granulare o in polvere, senza dover ricorrere all' utilizzo di apparecchiature complesse e costose . Thanks to the invention it is possible to measure in a simple, rapid, reliable and economical way the volume of both substances in the liquid state, both of substances in the gaseous state, and of solid substances in granular or powder form, without having to resort to the use of complex and expensive equipment.

Alcuni modi di attuare l'invenzione saranno descritti nel seguito, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui: Some ways of implementing the invention will be described below, purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

Figure 1 e 2 illustrano un primo esempio di attuazione di un apparato secondo l'invenzione; Figures 1 and 2 illustrate a first example of embodiment of an apparatus according to the invention;

Figure 3 e 4 illustrano un secondo esempio di attuazione di un apparato secondo l'invenzione. Figures 3 and 4 illustrate a second example of embodiment of an apparatus according to the invention.

Con riferimento alla Figura 1, un apparato 1 secondo l'invenzione comprende un primo contenitore 2, a tenuta ermetica, all'interno del quale è definito un primo spazio 9 nel quale è contenuta una quantità nota di una sostanza gassosa nota. All'interno del primo contenitore 2 è disposto un secondo contenitore 3 elastico, destinato a contenere la sostanza della quale si desidera misurare il volume. Il contenitore 3 elastico definisce un secondo spazio 10 a volume variabile, non comunicante con il primo spazio 9. With reference to Figure 1, an apparatus 1 according to the invention comprises a first hermetically sealed container 2, inside which a first space 9 is defined in which a known quantity of a known gaseous substance is contained. Inside the first container 2 a second elastic container 3 is arranged, intended to contain the substance whose volume is to be measured. The elastic container 3 defines a second space 10 with variable volume, not communicating with the first space 9.

Il secondo spazio 10 definito dal secondo contenitore 3 è accessibile dall'esterno tramite un condotto 5 che attraversa il coperchio 4 del primo contenitore 2 ed è dotato di valvola di immissione 6, attraverso la quale la sostanza fluida della quale deve essere misurato il volume può essere immessa nel secondo spazio 10. The second space 10 defined by the second container 3 is accessible from the outside through a conduit 5 which passes through the lid 4 of the first container 2 and is equipped with an inlet valve 6, through which the fluid substance whose volume is to be measured can be entered in the second space 10.

Il primo contenitore 2 è dotato di un sensore di pressione 7, atto a rilevare la pressione del gas contenuto nel primo spazio 9, e di un sensore di temperatura 8 atto a rilevare la temperatura di detto gas. The first container 2 is equipped with a pressure sensor 7, suitable for detecting the pressure of the gas contained in the first space 9, and with a temperature sensor 8 suitable for detecting the temperature of said gas.

Per effettuare una misura di volume di una sostanza fluida si procede come segue: To carry out a volume measurement of a fluid substance, proceed as follows:

- si rileva, tramite il sensore di pressione 7 la pressione Pi nel primo spazio 9, prima di immettere, nel secondo spazio 10 definito dal secondo contenitore 3 elastico, la sostanza della quale si vuole misurare il volume; - the pressure Pi in the first space 9 is detected by means of the pressure sensor 7, before introducing, in the second space 10 defined by the second elastic container 3, the substance whose volume is to be measured;

- si rileva, tramite il sensore di temperatura 8 la temperatura T1 del gas contenuto nel primo serbatoio 2; - the temperature T1 of the gas contained in the first tank 2 is detected by means of the temperature sensor 8;

- si immette nel secondo spazio 10, attraverso la valvola di immissione 6 e il condotto 5, una quantità Q di sostanza fluida della quale si desidera rilevare il volume, determinando così un'espansione del secondo contenitore 3 elastico e del secondo spazio 10, che determina una conseguente diminuzione del volume del primo spazio 9 e un aumento della pressione nel primo spazio 9; - a quantity Q of fluid substance of which the volume is to be measured is introduced into the second space 10, through the inlet valve 6 and the duct 5, thus causing an expansion of the second elastic container 3 and of the second space 10, which determines a consequent decrease in the volume of the first space 9 and an increase in the pressure in the first space 9;

- si rileva la nuova pressione p2nel primo spazio 9; - the new pressure p2 is detected in the first space 9;

- si rileva la temperatura T2nel primo spazio 9; - the temperature T2 is measured in the first space 9;

- si calcola infine il volume della sostanza immessa nel secondo contenitore 3, in base alla variazione della pressione, ed eventualmente della temperatura, nel primo spazio 9. - finally, the volume of the substance introduced into the second container 3 is calculated, based on the variation of the pressure, and possibly of the temperature, in the first space 9.

Infatti, ipotizzando che la temperatura T del gas nel primo spazio 9 rimanga costante, cioè che sia Ti = T2, il prodotto della pressione e del volume del gas contenuto nel primo spazio 9 rimane anch'esso costante, in base all'equazione di stato dei gas perfetti: In fact, assuming that the temperature T of the gas in the first space 9 remains constant, i.e. that it is Ti = T2, the product of the pressure and the volume of the gas contained in the first space 9 also remains constant, based on the equation of state of perfect gases:

in cui p e v sono, rispettivamente, la pressione e il volume del gas, n è il numero di moli del gas contenuto nel primo spazio 9 e R una costante caratteristica del gas contenuto nel primo spazio 9. where p and v are, respectively, the pressure and the volume of the gas, n is the number of moles of the gas contained in the first space 9 and R a characteristic constant of the gas contained in the first space 9.

Indicando con pi e vi la pressione e il volume iniziali del gas nel primo spazio 9, cioè la pressione e il volume del gas prima dell'immissione nel secondo contenitore 3 della sostanza della quale si desidera misurare il volume, e con p2e v2la pressione e il volume del gas nel primo spazio 9 dopo l'immissione di detta sostanza nel secondo contenitore 3, la differenza v1-v2è uguale al volume v di sostanza immessa nel secondo contenitore 3. By indicating with pi and vi the initial pressure and volume of the gas in the first space 9, i.e. the pressure and volume of the gas before the introduction into the second container 3 of the substance whose volume is to be measured, and with p2e v2 the pressure and the volume of the gas in the first space 9 after the introduction of said substance into the second container 3, the difference v1-v2 is equal to the volume v of the substance introduced into the second container 3.

Utilizzando l'equazione (1) è semplice calcolare il volume di sostanza immessa nel secondo contenitore 3. Using equation (1) it is easy to calculate the volume of substance introduced into the second container 3.

Infatti dalla (1), se T rimane sostanzialmente costante, si In fact from (1), if T remains substantially constant, yes

ottiene: obtains:

Dall'equazione (2) si ricava: From equation (2) we get:

che consente di calcolare in modo molto semplice e rapido il volume v di sostanza immessa nel secondo contenitore 3. which allows to calculate in a very simple and rapid way the volume v of substance introduced into the second container 3.

Nel caso in cui la temperatura del gas nel primo spazio 9 vari passando da Ti a T2dopo l'immissione nel secondo contenitore 3 della sostanza della quale si desidera misurare il volume, il volume v di sostanza immessa può essere, anche in questo caso, calcolato facilmente utilizzando l'equazione (1): In the event that the temperature of the gas in the first space 9 varies from Ti to T2 after the substance whose volume is to be measured in the second container 3, the volume v of the substance introduced can also be calculated in this case. easily using equation (1):

Scegliendo opportunamente il volume del primo contenitore 2, la sensibilità del sensore di pressione 7 e del sensore di temperatura 8 è possibile misurare sia grandi volumi che piccolissimi volumi di sostanza fluida. By appropriately selecting the volume of the first container 2, the sensitivity of the pressure sensor 7 and of the temperature sensor 8, it is possible to measure both large volumes and very small volumes of fluid substance.

Terminata la misura del volume della sostanza fluida, si svuota il secondo contenitore 3 elastico aprendo la valvola di immissione 6, in modo che la pressione del gas contenuto nel primo spazio 9 agendo sul secondo contenitore 3 elastico ne determini automaticamente lo svuotamento. A questo scopo, è vantaggioso che la pressione minima nel primo spazio 9, cioè la pressione nel primo spazio 9 quando il secondo contenitore 3 è vuoto, sia superiore alla pressione atmosferica . Once the measurement of the volume of the fluid substance has been completed, the second elastic container 3 is emptied by opening the inlet valve 6, so that the pressure of the gas contained in the first space 9 acting on the second elastic container 3 automatically determines its emptying. For this purpose, it is advantageous that the minimum pressure in the first space 9, i.e. the pressure in the first space 9 when the second container 3 is empty, is higher than the atmospheric pressure.

Nelle Figure 3 e 4 è illustrato un secondo esempio di attuazione di un apparato il secondo l'invenzione. Figures 3 and 4 illustrate a second example of embodiment of an apparatus according to the invention.

L'apparato il comprende un contenitore 12 all'interno del quale è disposto un pistone 13 scorrevole a tenuta nel contenitore 12. Il pistone 13 suddivide il contenitore 12 in un primo spazio 14, nel quale è contenuta una quantità nota di una sostanza gassosa nota, ad esempio aria, azoto, ossigeno eco., e in un secondo spazio 15 destinato a contenere la sostanza fluida della quale deve essere misurato il volume. Il primo spazio 14 e il secondo spazio 15 non sono in comunicazione tra loro. The apparatus 11 comprises a container 12 inside which a piston 13 sliding sealingly in the container 12 is arranged. The piston 13 divides the container 12 into a first space 14, in which a known quantity of a known gaseous substance is contained , for example air, nitrogen, oxygen, etc., and in a second space 15 intended to contain the fluid substance whose volume is to be measured. The first space 14 and the second space 15 are not in communication with each other.

11 secondo spazio 15 è accessibile dall'esterno tramite un condotto 16 che attraversa il coperchio 17 del contenitore 12 ed è dotato di valvola di immissione 18, attraverso la quale la sostanza fluida della quale deve essere misurato il volume può essere immessa nel secondo spazio 15. The second space 15 is accessible from the outside through a conduit 16 which passes through the lid 17 of the container 12 and is equipped with an inlet valve 18, through which the fluid substance whose volume is to be measured can be introduced into the second space 15 .

Il contenitore 12 è dotato di un sensore di pressione 7, atto a rilevare la pressione del gas contenuto nel primo spazio 14 e di un sensore di temperatura 8 atto a rilevare la temperatura di detto gas. The container 12 is equipped with a pressure sensor 7, suitable for detecting the pressure of the gas contained in the first space 14 and with a temperature sensor 8 suitable for detecting the temperature of said gas.

- si rileva, tramite il sensore di pressione 7 la pressione Pi del gas contenuto nel primo spazio 14 del contenitore 12, prima di immettere nel secondo spazio 15 del contenitore 12 la sostanza fluida della quale si vuole misurare il volume; - si rileva, tramite il sensore di temperatura 8 la temperatura T1 gas contenuto nel primo spazio 14; - the pressure Pi of the gas contained in the first space 14 of the container 12 is detected by means of the pressure sensor 7, before introducing the fluid substance whose volume is to be measured into the second space 15 of the container 12; - the temperature T1 gas contained in the first space 14 is detected by means of the temperature sensor 8;

- si immette nel secondo spazio 15, attraverso la valvola di immissione 18 e il condotto 16, una quantità Q di sostanza fluida della quale si desidera rilevare il volume, determinando così uno spostamento del pistone 13, che provoca un aumento di volume del secondo spazio 15 e una corrispondente diminuzione di volume del primo spazio 14, con conseguente aumento della pressione in detto primo spazio 14; - a quantity Q of fluid substance whose volume is to be measured is introduced into the second space 15, through the inlet valve 18 and the duct 16, thus causing a displacement of the piston 13, which causes an increase in the volume of the second space 15 and a corresponding decrease in volume of the first space 14, with a consequent increase in the pressure in said first space 14;

- si rileva, tramite il sensore di pressione 7, la nuova pressione p2nel primo spazio 14; - by means of the pressure sensor 7, the new pressure p2 is detected in the first space 14;

- si verifica, tramite il sensore di temperatura 8, se la temperatura del gas nel primo spazio 14 è variata, oppure no; - it is verified, by means of the temperature sensor 8, whether the temperature of the gas in the first space 14 has changed or not;

- si calcola infine il volume della sostanza immessa nel secondo spazio 15, in base alla variazione di pressione nel primo spazio 14, utilizzando le equazioni (3) o (4) di cui sopra. - finally, the volume of the substance introduced into the second space 15 is calculated, on the basis of the pressure variation in the first space 14, using the above equations (3) or (4).

Anche in questa versione dell'apparato lo svuotamento del secondo spazio 15 avviene automaticamente grazie alla pressione del gas contenuto nel primo spazio 14 e agente sul pistone 13, dopo aver aperto la valvola di immissione 18. Anche in questo caso, è vantaggioso che la pressione minima del gas nel primo spazio 14 sia superiore alla pressione atmosferica. Also in this version of the apparatus the emptying of the second space 15 occurs automatically thanks to the pressure of the gas contained in the first space 14 and acting on the piston 13, after having opened the inlet valve 18. Also in this case, it is advantageous that the pressure gas in the first space 14 is higher than atmospheric pressure.

E' da notare che il funzionamento dell'apparato secondo l'invenzione non è influenzato dall'orientamento del primo contenitore 2 o del contenitore 12, per cui l'apparato non è soggetto a vincoli di orientamento. Ciò comporta il vantaggio che non è necessario verificare l'orientamento dell'apparato prima di effettuare una misura, il che semplifica e velocizza le operazioni di misura. It should be noted that the operation of the apparatus according to the invention is not influenced by the orientation of the first container 2 or of the container 12, so that the apparatus is not subject to orientation constraints. This has the advantage that it is not necessary to check the orientation of the apparatus before carrying out a measurement, which simplifies and speeds up the measurement operations.

Inoltre, la misura non è influenzata da condizioni ambientali esterne all'apparato, quali ad esempio la pressione agente sul primo contenitore 2 o sul contenitore 12. Furthermore, the measurement is not influenced by environmental conditions external to the apparatus, such as for example the pressure acting on the first container 2 or on the container 12.

Infine, non vi è alcuna interazione, se non puramente di natura meccanica, tra la sostanza fluida sulla quale viene effettuata la misura e l'apparato di misura. In altre parole, la sostanza fluida non viene irradiata con alcuna forma di energia, come, ad esempio, raggi laser, raggi infrarossi, o ultrasuoni, che potrebbero interagire con detta sostanza alterandola. Finally, there is no interaction, if not purely mechanical, between the fluid substance on which the measurement is made and the measuring apparatus. In other words, the fluid substance is not irradiated with any form of energy, such as, for example, laser rays, infrared rays, or ultrasounds, which could interact with said substance by altering it.

Nell'attuazione pratica, i materiali, le dimensioni e i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati, ma ad essi tecnicamente equivalenti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. In practical implementation, the materials, dimensions and executive details may be different from those indicated, but technically equivalent to them without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims

CLAIMS 1. Method for measuring the volume of a fluid substance, characterized in that it includes the following steps: - preparing a first container (1; 11) inside which a first space (9; 14) containing a known quantity of a known gaseous substance is defined; - arranging, inside said first container (1; 11) a second space (10; 15) having a variable volume, said second space (10; 15) being separated from said first space, a volume variation of said second space (10; 15) causing a pressure variation in said first space (9; 14) - measuring the pressure pi and the temperature Ti inside said first space (9; 14); - introducing in said second space (10; 15) a quantity Q of said fluid substance; - measuring the pressure p2 and the temperature T2 in said first space (9; 14) after said fluid substance has been introduced into said second space (10; 15); - calculating the volume of said quantity Q of said fluid substance on the basis of said pressures pi and p2e at said temperatures T1 and T2.

Method according to claim 1, wherein said fluid substance is a liquid, or gaseous substance.

The method according to claim 1, wherein said fluid substance is a solid substance in powder or granules.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the minimum pressure inside said first space (9; 14) is higher than atmospheric pressure.

5. Apparatus (1; 11) for measuring the volume of a fluid substance, characterized in that it comprises a first container (2; 12) inside which a first space (9; 14) containing a known quantity of a known gaseous substance and a second space (10; 15) intended to receive a quantity Q of said fluid substance, the volume of said second space (10; 15) being variable as a function of said quantity Q, said second space (10; 15) not communicating with said first space (9; 14), with said first space (9; 14) being associated with a pressure sensor (7) adapted to measure a pressure of said gaseous substance in said first space (9; 14) .

6. Apparatus (1) according to claim 5, wherein a temperature sensor (8) is associated with said first space (9; 14), able to measure a temperature of said gaseous substance in said first space (9; 14).

Apparatus (1) according to claim 5, or 6, wherein said second space (10) is defined inside a second container (3) made of elastic material, arranged inside said first container (2).

Apparatus (1) according to claim 7, wherein said second container (3) communicates with an inlet conduit (5) and with an inlet valve (6) through which said fluid substance can be introduced into said second space (10).

9. Apparatus (12) according to claim 5, or 6, in which a piston (13) slides tightly inside said first container (12) by means of which said first space (14) and said second space are defined (15).

10. Apparatus (12) according to claim 9, wherein said second space (15) communicates with an inlet duct (16) and with an inlet valve (18) through which said fluid substance can be introduced into said second space (15 ). the. Apparatus according to one of claims 5 to 10, in which the minimum pressure inside said first space (9; 14) is greater than the atmospheric pressure.