ITSA990015A1

ITSA990015A1 - PERFECTED MEASURING DEVICE FOR THE LEVEL OF LIQUID OR SOLID SUBSTANCES IN THE STORAGE TANKS.

Info

Publication number: ITSA990015A1
Authority: IT
Inventors: Angelo Fruncillo
Original assignee: Angelo Fruncillo
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-05
Also published as: IT1313448B1

Description

Brevetto per Invenzione industriale dal titolo: Patent for industrial invention entitled:

" Dispositivo perfezionato di misura del livello di sostanze liquide o solide nei serbatoi di stoccaggio ". "Improved device for measuring the level of liquid or solid substances in storage tanks".

Descrizione Description

Oggetto della presente invenzione è un dispositivo per misurare a tasteggio diretto, il livello di materiale solido o liquido in un serbatoio di stoccaggio. The object of the present invention is a device for direct diffuse measurement of the level of solid or liquid material in a storage tank.

Come è noto le misure di livello sono effettuate mediante tecniche diverse ad esempio con dispositivi che utilizzano generatori di ultrasuoni, oppure microonde, laser o mediante tecniche capacitative. Tutte queste tecniche effettuano la misura con il dispositivo non a contatto della sostanza da misurare. As is known, level measurements are carried out by means of different techniques, for example with devices that use ultrasound generators, or microwaves, lasers or by means of capacitive techniques. All these techniques perform the measurement with the device not in contact with the substance to be measured.

Per questa ragione la misura in particolari situazioni non risulta affidabile, ad esempio quando si devono misurare il livello di sostanze con peso specifico e granulometria molto basse come il cemento, che nelle fasi di carico e scarico genera nubi di polvere che falsano la misurazione. Problemi analoghi si possono presentare in liquidi che generano schiuma o vapori. For this reason the measurement in particular situations is not reliable, for example when it is necessary to measure the level of substances with very low specific weight and particle size such as cement, which in the loading and unloading phases generates dust clouds that distort the measurement. Similar problems can occur in liquids that generate foam or vapors.

Solo una misura a contatto diretto e quindi a tasteggio risolve questi problemi. La soluzione che adotta una sonda con fune è particolarmente vantaggiosa quando i livelli da misurare sono di parecchi metri ed essa può essere usata sia per liquidi sia per granulati o anche per materiale a pezzatura . Only direct contact and therefore diffuse measurement solves these problems. The solution that adopts a probe with rope is particularly advantageous when the levels to be measured are several meters and it can be used both for liquids and granulates or even for material in pieces.

La tecnica di misura a tasteggio è abbastanza nota, infatti, sono stati ideati e sono in commercio diversi sistemi di misura a tasteggio: ad esempio il brevetto Europeo N 91307742.6 che esegue la misura in serbatoi di liquidi mediante un apparecchio che srotola un cavo a cui è attaccato una sonda il cui arresto e la risalita avviene in modo automatico quando il sensore tocca il liquido. The diffuse measurement technique is quite well known, in fact, various diffuse measurement systems have been devised and are on the market: for example the European patent N 91307742.6 which performs the measurement in liquid tanks by means of a device that unrolls a cable to which a probe is attached which stops and rises automatically when the sensor touches the liquid.

Anche il brevetto Wo 89/06346 utilizza un sensore collegato a un cavo, il tutto controllato da un servomotore. Altro brevetto (Dom. N. SA68809A78 ) relativo ad una macchina elettromeccanica destinata al controllo di materiale o liquidi presenti in contenitori, utilizzante lo stesso principio, è a nome dello stesso richiedente della presente domanda di brevetto. Wo patent 89/06346 also uses a sensor connected to a cable, all controlled by a servomotor. Another patent (Dom. N. SA68809A78) relating to an electromechanical machine intended for the control of materials or liquids present in containers, using the same principle, is in the name of the same applicant of the present patent application.

Benché utilizzino un principio di funzionamento analogo, tutti questi brevetti differiscono per particolari tecnici e soluzioni di non secondaria importanza legate al progresso tecnologico e atti a risolvere problemi di funzionamento per lo più riducendo gli interventi di manutenzione e aumentando la precisione della misura, nonché problemi legati alla diminuzione dei costi di produzione. Although they use a similar operating principle, all these patents differ in technical details and solutions of no secondary importance linked to technological progress and designed to solve operating problems mostly by reducing maintenance interventions and increasing the accuracy of the measurement, as well as related problems. the decrease in production costs.

Ma benché si siano fatti sforzi in tal senso numerosi inconvenienti sono ancora presenti in ciascuno dei trovati della tecnica attuale. But although efforts have been made in this sense, numerous drawbacks are still present in each of the inventions of the present art.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo automatico di misura del livello di materiale all'interno di silos per cereali, per prodotti alimentari o polveri di cemento, serbatoi di liquidi piu o meno densi, che elimini i suddetti inconvenienti e che unisca in sé caratteristiche di estrema semplicità costruttiva, funzionalità, robustezza, che sia in grado di offrire le più ampie garanzie di affidabilità e sicurezza nell'uso, oltre che facilità di manutenzione e di installazione e di consequenza costi competitivi rispetto ai prodotti noti. The purpose of the present invention is to provide an automatic device for measuring the level of material inside silos for cereals, for food products or cement powders, tanks of more or less dense liquids, which eliminates the aforementioned drawbacks and combines itself characteristics of extreme constructive simplicity, functionality, sturdiness, which is able to offer the widest guarantees of reliability and safety in use, as well as ease of maintenance and installation and consequently competitive costs compared to known products.

I compiti e gli scopi sopra accennati ed altri che saranno meglio evidenziati sono ottenuti tramite un congegno programmabile a distanza installabile alla sommità di silos o serbatoi, per la misura del livello tramite tasteggio, costituito da un cavo srotolabile, cui è collegato una sonda la cui discesa e risalita avvengono in modo automatico quando questa tocca la superficie del materiale stoccato nel silo o serbatoio caratterizzato da un particolare The tasks and purposes mentioned above and others that will be better highlighted are obtained by means of a remotely programmable device that can be installed at the top of silos or tanks, for level measurement by scanning, consisting of an unrollable cable, to which a probe is connected descent and ascent take place automatically when this touches the surface of the material stored in the silo or tank characterized by a particular

conformazione e disposizione delle parti elettromeccaniche che consentono e abilitano la discesa e la risalita della sonda . conformation and arrangement of the electromechanical parts that allow and enable the descent and ascent of the probe.

Queste ed altre caratteristiche nonché vantaggi, risulteranno evidenti dalla seguente descrizione e dagli acclusi disegni forniti a solo scopo indicativo e non limitativo, in cui : These and other characteristics as well as advantages, will become evident from the following description and from the attached drawings provided for indicative and non-limiting purposes only, in which:

la fig. 1 mostra in maniera schematica la sistemazione su un silos del congegno secondo la presente invenzione; fig. 1 shows schematically the arrangement on a silo of the device according to the present invention;

la fig. 2 mostra in maniera schematica l'interno del congegno secondo la presente invenzione con i vari elementi dinamici posizionati su una faccia del telaio di supporto; fig. 2 schematically shows the interior of the device according to the present invention with the various dynamic elements positioned on one face of the support frame;

la fig. 3 mostra in maniera schematica l'interno del congegno secondo la presente invenzione con i vari elementi dinamici posizionati sull' altra faccia del telaio di supporto; fig. 3 schematically shows the interior of the device according to the present invention with the various dynamic elements positioned on the other face of the support frame;

la fig. 4 mostra schematicamente il particolare della parte inferiore del congegno, secondo la presente invenzione. fig. 4 schematically shows the detail of the lower part of the device according to the present invention.

la fig. 5 mostra in una rappresentazione a blocchi i vari elementi. componenti il quadro di comando; fig. 5 shows the various elements in a block representation. components of the control panel;

In relazione alle figure con (1) si è indicato un contenitore costituito da una base (2) da applicare mediante bulloni alla sommità del silos o del serbatoio da controllare; un telaio verticale (3) collegato alla base, è adatto a sostenere tutta la parte meccanica ed elettrica; un motore (4) a corrente continua il cui asse abbia un basso numero di giri cui è fissato un rocchetto (5) adatto a contenere una corda o nastro (6) flessibile in acciaio inossidabile di lunghezza superiore all'altezza del serbatoio o silo (7) da controllare e alla cui estremità è collegata una sonda (8) di peso adeguato e compatibile con il tipo di sostanze solide o liquide di cui si deve misurare il livello; da un tubo (9) in cui scorre il filo (6) che attraversa la base (2); quando la sonda (8) riceve il comando e inizia la discesa, il tubo (9) si sposta verso il basso per l'azione dalla molla (10) che si decomprime e aziona il microinterruttore (18) abilitando il motore alla discesa, invece quando la sonda risale fino alla sommità del silos va a comprimere la molla (10) e il tubo (9) viene spinto verso l'alto azionando di nuovo il microinterruttore (18); che ora disabilita il motore; la molla (10) serve anche per ammortizzare l'inerzia del motore dopo lo stop; all'asse della puleggia (11), montata su cuscinetti ed azionata dal filo (6), é applicato un disco (11A) avente sulla periferia una serie di fori (12); questi fori sono praticati in un numero tale che siano pari alla divisione della circonferenza in centimetri (es. lunghezza circonferenza 10 cm. fori 10); la staffa (14), montata su cuscinetti a sfere, è imperniata sull' asse (15) e alla sua estremità vi é montata una puleggia (13) in modo che sia oscillante tra i punti A e B; una molla (16) ancorata al telaio (3) tramite i pioli (28) (per il tensionamento della molla ), e al braccio (14), in modo che in assenza di peso della sonda, cioè quando la sonda è a contatto con la superficie del materiale presente nel silos o nel serbatoio, il braccio (14) si porta in posizione B; da due microinterruttori, di cui il (18) azionato dall’ asse (9A) tramite il tubo (9) serve per tenere abilitato il circuito elettrico del motore per la discesa della sonda, la quale toccando la superficie del materiale presente nel silo fa mancare il proprio peso alla staffa (14), cosicché la molla (14) dalla posizione "A" alla posizione"B" aziona, tramite la leva (14A) collegata all’asse (15), il microinterruttore (17) abilitando il circuito del motore ad invertire il senso di rotazione, facendo così risalire la sonda. Quando la sonda inizia a toccare la base (9B) del tubo (9), quest'ultimo si riporta verso l'alto, azionando il microinterruttore tramite l'asse (9A), disabilitando tutto il circuito e rendendolo da subito pronto per una nuova operazione. La parte elettrica contenuta nel contenitore (1) è costituita da : due relè per consentire l'inversione di rotazione del rocchetto-motore, un relè che disabilitato fa ricevere alla sonda il segnale di start e riconoscimento della codifica inviatagli mentre quando abilitato invia al quadro comando il segnale che il fotolettore (19) genera la passaggio di ogni foro (12) del disco (11A), e da una decodifica del segnale di riconoscimento per l'abilitazione della sonda scelta. Il quadro comandi è composto dalle seguenti parti: un alimentatore (20) a corrente continua per alimentare tutto il sistema; una scheda (21) con decodifica; un commutatore (22) a più posizioni per la scelta del silos da controllare; un led (23) che indica che la sonda scelta è in funzione; un pulsante (24) di start e di invio segnale codificato, in funzione della sonda scelta; un contatore elettronico (25) regressivo a cinque cifre per la lettura, espressa in centimetri, dell'altezza del materiale contenuto nel silo; un gruppo di quattro commutatori binari (26) per la predisposizione del contatore, la cui cifra impostabile sarà pari all'altezza in centimetri (convertibili in altre unità di misura) del silo da controllare . Il cavo di collegamento (27) è a quattro conduttori di sezione adeguata al carico di corrente e alla distanza tra le sonde e il quadro comandi ; il primo serve per la messa a terra delle apparecchiature, il secondo per la trasmissione di segnale codificato start alle sonde e ricezione dei segnali prodotti' dal fotolettore (19) al contatore (25) il terzo e il quarto servono ad alimentare le sonde. I quattro conduttori alimentano e controllano più silos collegati in parallelo. In relation to the figures, (1) indicates a container consisting of a base (2) to be applied by means of bolts to the top of the silos or tank to be controlled; a vertical frame (3) connected to the base is suitable for supporting all the mechanical and electrical parts; a direct current motor (4) whose axis has a low number of revolutions to which a reel (5) is fixed, suitable for containing a flexible stainless steel rope or tape (6) longer than the height of the tank or silo ( 7) to be checked and at the end of which a probe (8) of adequate weight and compatible with the type of solid or liquid substances whose level is to be measured is connected; from a tube (9) in which the wire (6) which passes through the base (2) runs; when the probe (8) receives the command and begins the descent, the tube (9) moves downwards due to the action of the spring (10) which decompresses and activates the microswitch (18) enabling the motor to descend, instead when the probe goes up to the top of the silos it compresses the spring (10) and the tube (9) is pushed upwards by operating the microswitch (18) again; which now disables the engine; the spring (10) also serves to cushion the inertia of the engine after stopping; a disk (11A) having on its periphery a series of holes (12) is applied to the axis of the pulley (11), mounted on bearings and driven by the wire (6); these holes are drilled in such a number that they are equal to the division of the circumference in centimeters (eg circumference length 10 cm. holes 10); the bracket (14), mounted on ball bearings, is pivoted on the axis (15) and a pulley (13) is mounted at its end so that it oscillates between points A and B; a spring (16) anchored to the frame (3) by means of the pegs (28) (for tensioning the spring), and to the arm (14), so that in the absence of weight of the probe, i.e. when the probe is in contact with the surface of the material present in the silos or in the tank, the arm (14) moves to position B; by two microswitches, of which the (18) operated by the axis (9A) through the tube (9) is used to keep the electric circuit of the motor enabled for the descent of the probe, which touching the surface of the material present in the silo its own weight to the bracket (14), so that the spring (14) from position "A" to position "B" activates, through the lever (14A) connected to the axis (15), the microswitch (17) enabling the circuit of the motor to reverse the direction of rotation, thus making the probe rise. When the probe begins to touch the base (9B) of the tube (9), the latter returns to the top, activating the microswitch via the axis (9A), disabling the whole circuit and making it immediately ready for a new one. operation. The electrical part contained in the container (1) consists of: two relays to allow the reversal of rotation of the spool-motor, a relay that, when disabled, causes the probe to receive the start signal and recognition of the code sent to it, while when enabled it sends to the panel I command the signal that the photolector (19) generates the passage of each hole (12) of the disk (11A), and from a decoding of the recognition signal for enabling the selected probe. The control panel consists of the following parts: a direct current power supply (20) to power the whole system; a card (21) with decoding; a multi-position switch (22) for selecting the silos to be controlled; a led (23) which indicates that the selected probe is working; a start button (24) for sending the coded signal, depending on the probe chosen; a five-digit regressive electronic counter (25) for reading, expressed in centimeters, the height of the material contained in the silo; a group of four binary switches (26) for setting up the counter, whose settable figure will be equal to the height in centimeters (convertible into other units of measurement) of the silo to be controlled. The connection cable (27) has four conductors with a section suitable for the current load and the distance between the probes and the control panel; the first is for the grounding of the equipment, the second for the transmission of the coded start signal to the probes and reception of the signals produced by the photolector (19) to the counter (25), the third and the fourth are for powering the probes. The four conductors power and control several silos connected in parallel.

Il funzionamento è il seguente attraverso il selettore (22) scegliamo il silo da controllare, predisponendo la decodifica (21) a generare un determinato tipo di segnale; premendo il pulsante (24) resettiamo prima il contatore (25) sul quale apparirà il numero predisposto sul commutatore (26) pari all'altezza del silo in centimetri, poi inviamo alle sonde sui silos un segnale codificato di start che verrà riconosciuto da una sola sonda predisposta per quel tipo di segnale, quindi si eccita il relè, abilitato dal microinterruttore (18) che aziona il rocchetto motore che fa svolgere il filo (6) consentendo alla sonda di scendere per gravità nel silo; il filo srotolandosi fa ruotare anche la puleggia (11) e quindi il disco (11A), in cui ciascun foro (12) passando davanti al fotolettore (19) genera un impulso elettrico che viene ricevuto dal contatore (25); ad ogni impulso ricevuto detrarrà alla cifra preimpostata (cioè l'altezza del silos) una unità pari ad un centimetro, che corrisponde al percorso in discesa della sonda (8); appena la sonda tocca la superficie del materiale presente nel silos, al braccio (14) verrà a mancare il peso della sonda (8), pertanto la molla (16) muoverà il braccio (14) nella posizione B azionando il microinterruttore (17) dell'asse (14A) che va a disabilitare il relè di discesa e abilitare il relè di salita, invertendo la polarità del motore rocchetto; contemporaneamente va" à disabilitare il fotolettore (19); in modo che durante la risalita della sonda non vengono inviati segnali al contatore (25); a questo punto la cifra visualizzata sul display del contatore sarà quella dei centimetri in altezza del materiale contenuto nel silo. Infatti alla cifra preimpostata sul contatore digitale (25) pari all'altezza del silo, si va a sottrarre un unità per ogni centimetro che la sonda percorre nella discesa, in modo che, quando questa tocca la superficie del materiale, il fotolettore non invia più messaggi al contatore (25); così il numero presente sul contatore é pari all'altezza del materiale contenuto nel silo. The operation is as follows through the selector (22) we choose the silo to be controlled, setting the decoding (21) to generate a certain type of signal; by pressing the button (24) we first reset the counter (25) on which the number set on the switch (26) equal to the height of the silo in centimeters will appear, then we send a coded start signal to the probes on the silos that will be recognized by only one probe set up for that type of signal, then the relay is energized, enabled by the microswitch (18) which activates the motor spool which unwinds the wire (6) allowing the probe to descend by gravity into the silo; the thread unwinding also rotates the pulley (11) and therefore the disk (11A), in which each hole (12) passing in front of the photolector (19) generates an electrical impulse which is received by the meter (25); for each impulse received it will deduct from the preset figure (ie the height of the silos) a unit equal to one centimeter, which corresponds to the downward path of the probe (8); as soon as the probe touches the surface of the material present in the silos, the arm (14) will lose the weight of the probe (8), therefore the spring (16) will move the arm (14) to position B by activating the microswitch (17) of the axis (14A) which disables the down relay and enables the up relay, by inverting the polarity of the spool motor; at the same time it goes "to disable the photolector (19); so that during the ascent of the probe no signals are sent to the counter (25); at this point the figure shown on the counter display will be that of the centimeters in height of the material contained in the silo . In fact, from the pre-set figure on the digital counter (25) equal to the height of the silo, one unit is subtracted for each centimeter that the probe travels along the descent, so that, when it touches the surface of the material, the photolector does not send more messages to the counter (25); so the number on the counter is equal to the height of the material contained in the silo.

Durante la risalita il braccio (14) si riporta in posizione "A" in quanto sul braccio va a gravare di nuovo il peso della sonda (8), ma, appena la sonda raggiunge la sommità del silo, la molla (10) viene compressa, spingendo il tubo (9) e l'asse (9A) verso l'alto azionando il microinterruttore (18) che arresta il sistema, ora pronto per un'altra operazione di misurazione su un altro silo. Quattro segnalatori con le indicazioni "misura in corso” ( anomalia di funzionamento; soglia di allarme intervenuta; disabilitamento misura e quindi caricamento in corso ) danno le indicazione dello stato di ciascun silo. During the ascent, the arm (14) returns to position "A" as the weight of the probe (8) rests on the arm again, but as soon as the probe reaches the top of the silo, the spring (10) is compressed , pushing the tube (9) and the axis (9A) upwards by activating the microswitch (18) which stops the system, now ready for another measurement operation on another silo. Four indicators with "measurement in progress" indications (operating anomaly; alarm threshold triggered; measurement disabling and therefore loading in progress) indicate the status of each silo.

La misura di livello viene effettuata mediante una sonda rivestita con materiali quali teflon o PVC o altro materiale compatibile con il tipo di sostanza contenuta nei serbatoi, solida o liquida che sia. Per effettuare misure di monitoraggio del livello nei liquidi è possibile utilizzare una sonda che sfrutti il principio del galleggiamento ( cioè peso specifico della sonda inferiore al peso specifico del liquido di cui si deve ottenere il livello ). The level measurement is carried out by means of a probe coated with materials such as Teflon or PVC or other material compatible with the type of substance contained in the tanks, whether solid or liquid. To carry out level monitoring measurements in liquids, it is possible to use a probe that exploits the buoyancy principle (i.e. specific weight of the probe lower than the specific weight of the liquid whose level is to be obtained).

La presenza di polvere o vapore che può entrare in parti vitali dell'apparecchio e può comprometterne il funzionamento è evitata tramite la cuffia elastica in gomma (29), fissata alla base (2) in modo che la sonda (8) in posizione di riposo aderisce alla cuffia evitando così che entri polvere o vapore nella sonda. Riducendo così gli interventi di manutenzione. The presence of dust or steam that can enter vital parts of the appliance and can compromise its operation is avoided by means of the elastic rubber cap (29), fixed to the base (2) so that the probe (8) in the rest position adheres to the cuff thus preventing dust or vapor from entering the probe. Thus reducing maintenance interventions.

Per misurare il livello e quindi consentire una gestione più rapida e razionale dell'approviggionamento o dello scarico sono previste soluzioni che consentano il collegamento verso PC mediante interfacce tipo RS485 e similare con le quali è possibile collegare tra loro molti serbatoi ad un unico punto di controllo, il personal computer di supervisione, in modo che si possa sorvegliare contemporaneamente, a distanza, l'andamento del livello in vari silos, e consentire di impostare più soglie di minimo e massimo regolabili da tastiera. To measure the level and therefore allow a faster and more rational management of the supply or discharge, solutions are provided that allow connection to a PC through RS485 and similar interfaces with which it is possible to connect many tanks to a single control point. , the supervisor personal computer, so that the progress of the level in various silos can be monitored at the same time, from a distance, and allows you to set several minimum and maximum thresholds that can be adjusted from the keyboard.

Le misure possono essere attivate manualmente tramite il pulsante di start o il mouse, oppure, in modo automatico, a cadenza temporale programmabile anche contemporaneamente in tutti i silos della rete. The measurements can be activated manually using the start button or the mouse, or, automatically, at a programmable time interval, even simultaneously in all the silos of the network.

Claims

Claims 1) Electromechanical device that can also be programmed remotely for level measurement by means of diffusion that can be installed at the top of silos or tanks of solid or liquid substances, consisting of an unrollable cable to which a probe is connected whose stop and rise occurs automatically when this touches the surface of the material stored in the silo or tank, characterized by a tube (9) in which the wire (6) that crosses the base (2) runs; by a pulley (13) mounted on a bracket (14) and hinged on a bush (15) so that it oscillates between points A and B; by a spring (16), whose tension according to the weight of the probe (8) is adjustable on the pegs (28), anchored to the frame (3) and to the arm (14), so that when the weight of the probe, the arm (14) moves to position B; by two microswitches, the first (17) which enables the motor (4) and the reel (5) for the ascent of the probe (8) by inverting the direction of rotation of the reel motor; the second microswitch (18) is activated at the start and stop of the probe to enable and disable the whole system.

2) Device as per claim 1) characterized by the fact that when the probe (8) receives the command and begins its descent, the tube (9) moves downwards due to the action of the spring (10) which decompresses, instead when the probe goes up to the top of the silo and is in contact with the spring (10), this compresses by pushing the tube (9) upwards; the tube (9) and in particular its appendix (9A) in the two movements activates the microswitch (18) which in the first enables the descent and ascent of the probe, and in the second movement stops the whole system; the arm (14) remains in position A, so that the equipment remains ready for a new level measurement operation in the tank or silo.