ITTO20091023A1 - Trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato - Google Patents

Description

"Trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato"

"An estensimetric differential transducer with integrated protection device"

DESCRIZIONE

Settore della Tecnica

La presente invenzione si riferisce ad un trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato.

Più precisamente, la presente invenzione si riferisce ad un trasduttore differenziale estensimetrico per la misura di pressioni e/o livelli con dispositivo di protezione integrato.

Ancora più precisamente, la presente invenzione si riferisce ad un trasduttore differenziale estensimetrico per la misura di pressioni e/o livelli con dispositivo di protezione integrato per la protezione da sovrapressioni.

La presente invenzione si riferisce anche ad un apparato telemetrico comprendente almeno un trasduttore differenziale estensimetrico, specificamente per la misura di pressioni e/o livelli, con dispositivo di protezione integrato, specificamente per la protezione da sovrapressioni.

La presente invenzione si riferisce inoltre all’applicazione di un trasduttore differenziale estensimetrico, specificamente per la misura di pressioni e/o livelli, con dispositivo di protezione integrato, specificamente per la protezione da sovrapressioni, in serbatoi per gas criogenici e liquefatti.

La presente invenzione si riferisce inoltre all’applicazione di un apparato telemetrico comprendente almeno un trasduttore differenziale estensimetrico, specificamente per la misura di pressioni e/o livelli, con dispositivo di protezione integrato, specificamente per la protezione da sovrapressioni, in serbatoi per gas criogenici e liquefatti.

Arte Nota

Per la misurazione delle pressioni differenziali à ̈ noto l’uso di strumenti, tipicamente manometri differenziali, o basati sul principio del tubo Bourdon o su quello della cella Barton, che non vengono qui descritti in dettaglio in quanto noti agli esperti del settore.

Un’evoluzione tecnologica rispetto alle suddette soluzioni à ̈ costituita dai manometri differenziali elettronici, o trasduttori da pressione a tensione / corrente, a cella estensimetrica; anche questi manometri non vengono qui descritti in dettaglio in quanto noti agli esperti del settore.

Nei manometri differenziali, tradizionali od elettronici, spesso accade che il campo di misura della pressione differenziale, indicata con Pd= P+- P-, sia di diversi ordini di grandezza inferiore rispetto a ciascuna delle singole pressioni, rispettivamente P+e P-.

Un caso tipico à ̈ quello rappresentato dalla misura di livello dei gas criogenici (quali, ad esempio, O2e N2) e liquefatti (quali, ad esempio, CO2e N2O) contenuti in serbatoi sotto pressione S, in cui la massima pressione differenziale Pdprodotta dal peso dalla colonna di gas liquefatto a serbatoio pieno à ̈ dell’ordine di 0,2 - 0,5 bar, con ad esempio pressione della fase liquida P+= 20,5 bar relativi e pressione della fase gassosa P–= 20 bar relativi, detta P–potendo raggiungere il valore di 35 bar relativi; detto caso secondo la tecnica nota viene illustrato facendo riferimento alle FIGG. 1A e 1B in cui il manometro differenziale M presenta, ad esempio, campo di misura pari a 0 – 1 bar.

È evidente come nelle suddette condizioni esista il rischio che, in conseguenza di manovre errate in fase di installazione e/o messa in servizio delle valvole manuali lato fase gassosa (lato negativo), lato fase liquida (lato positivo) e di by-pass, rispettivamente Vg, Vle Vb, si sottoponga il manometro M, di tipo noto e che si assume precedentemente collegato al circuito con dette tre valvole Vg, Vle Vbchiuse, alla pressione differenziale –P–(FIG. 1A) oppure P+(FIG. 1B), superando anche abbondantemente la massima sovrapressione applicabile.

Più precisamente, mentre l’esecuzione corretta della manovra prevede la sequenza seguente: apertura valvola di by-pass Vb, apertura valvola lato fase gassosa Vg, chiusura valvola di by-pass Vbed apertura valvola lato fase liquida Vl, in FIG.

1A si verifica l’apertura di Vg, con Vle Vbchiuse, in conseguenza della quale il manometro M à ̈ sottoposto alla sovrapressione differenziale –P–, ed in FIG. 1B si verifica l’apertura di Vl, con Vge Vbchiuse, in conseguenza della quale il manometro M à ̈ sottoposto alla sovrapressione differenziale P+.

È noto che i manometri Bourdon sopportano sovrapressioni differenziali dell’ordine di 2/3 volte il loro campo di misura, ad esempio 3 bar su un campo di misura 0 – 1 bar; il superamento di detto limite comporta danni permanenti ed irreversibili allo strumento di misura.

È altresì noto che le celle Barton, che rappresentano la tipologia più diffusa di manometri differenziali, sono in grado di sopportare sovrapressioni molto elevate grazie alle loro caratteristiche costruttive, in particolare la limitata corsa dell’albero, la buona resistenza meccanica dei soffietti e la previsione di dispositivi meccanici di blocco; tuttavia, detti strumenti presentano una costruzione molto complessa nonché limiti in termini di precisione della misura.

È infine noto che i trasduttori estensimetrici offrono indubbi vantaggi in termini di accuratezza grazie alla relazione perfettamente proporzionale tra pressione e segnale di misura, stabilità nel tempo ed assenza di manutenzione in quanto privi di parti in movimento, nonché compatibilità con sistemi di automazione in conseguenza della disponibilità della misura sotto forma di segnale elettrico trasferibile a distanza; tali strumenti, tuttavia, pur sopportando massime pressioni applicabili d’ordine superiore rispetto a quelle dei manometri tradizionali, tipicamente fino al 300% della massima pressione di misura, non sopportano elevate sovrapressioni differenziali.

Sussiste pertanto, ancora oggi, specificatamente in serbatoi sotto pressione contenenti gas criogenici e liquefatti, l’esigenza di individuare una soluzione che superi gli inconvenienti sopra descritti e che, sfruttando a pieno i vantaggi della cella estensimetrica incapace di resistere da sola a sovrapressioni significative, sia anche di semplice ed economica realizzazione.

Più precisamente, sussiste tuttora, specificatamente in serbatoi sotto pressione contenenti gas criogenici e liquefatti, l’esigenza di individuare una soluzione che consenta di sopprimere preventivamente le sovrapressioni anziché semplicemente sopportare limiti di massima sovrapressione applicabile superiori a quelli finora raggiunti oppure di contenere degli effetti prodotti dalla sovrapressione stessa.

Descrizione dell’Invenzione

La presente invenzione intende superare svantaggi e limitazioni delle soluzioni della tecnica anteriore e rispondere all’esigenza ancora insoddisfatta di una soluzione che consenta di sopprimere preventivamente le sovrapressioni, ad esempio ma non soltanto in serbatoi sotto pressione contenenti gas criogenici e liquefatti, evitando sia il verificarsi di condizioni in cui la massima pressione applicabile venga raggiunta ed il possibile conseguente danneggiamento dello strumento di misura in modo permanente ed irreversibile, sia la necessità di contenimento degli effetti prodotti dalla sovrapressione stessa.

Tale obiettivo viene conseguito con il trasduttore differenziale estensimetrico secondo l’invenzione che, vantaggiosamente in quanto dotato di un dispositivo di protezione integrato, permette di sopprimere preventivamente le sovrapressioni, ad esempio ma non soltanto in serbatoi sotto pressione contenenti gas criogenici e liquefatti, evitando sia il verificarsi di condizioni in cui la massima pressione applicabile venga raggiunta, con possibile conseguente danneggiamento permanente ed irreversibile dello strumento di misura, sia la necessità di contenimento degli effetti prodotti dalla sovrapressione stessa.

Più precisamente, il dispositivo di protezione integrato nel trasduttore differenziale estensimetrico secondo l’invenzione comprende delle valvole di protezione da sovrapressioni.

Si desidera qui evidenziare che l’elemento innovativo introdotto dalla presente invenzione deriva da un nuovo approccio al problema tecnico, che mira alla soppressione preventiva delle sovrapressioni; al contrario, le soluzioni finora adottate si propongono di superare i limiti di massima sovrapressione applicabile oppure di contenere gli effetti prodotti dalla sovrapressione stessa.

Integrando il dispositivo di protezione nel trasduttore differenziale estensimetrico secondo la presente invenzione, si ottiene uno strumento globalmente più semplice, economico ed accurato rispetto a quelli finora disponibili.

Vantaggiosamente, grazie alla soluzione secondo l’invenzione, risulta possibile sopprimere preventivamente le sovrapressioni, ad esempio ma non soltanto in serbatoi sotto pressione contenenti gas criogenici e liquefatti, evitando sia il verificarsi di condizioni in cui la massima pressione applicabile venga raggiunta ed il possibile conseguente danneggiamento dello strumento di misura in modo permanente ed irreversibile, sia la necessità di contenimento degli effetti prodotti dalla sovrapressione stessa.

Vantaggiosamente, inoltre, la soluzione secondo l’invenzione può essere inserita in un apparato telemetrico, permettendo così la rilevazione di dati in modo indiretto ed anche a distanza.

Descrizione Sintetica delle Figure

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento alle seguenti figure, fornite a titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la FIG. 1A à ̈ una rappresentazione dell’applicazione di un manometro differenziale ad un serbatoio sotto pressione per gas criogenici e liquefatti secondo la tecnica nota anteriore, in una prima condizione di errata installazione e/o messa in servizio delle valvole manuali;

- la FIG. 1B à ̈ una rappresentazione dell’applicazione di un manometro differenziale ad un serbatoio sotto pressione per gas criogenici e liquefatti secondo la tecnica nota anteriore, in una seconda condizione di errata installazione e/o messa in servizio delle valvole manuali;

- la FIG. 2 à ̈ una rappresentazione dell’applicazione del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo l’invenzione ad un serbatoio sotto pressione per gas criogenici e liquefatti;

- la FIG. 3 à ̈ uno schema di principio del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo l’invenzione;

- la FIG. 4 à ̈ una vista in pianta dall’alto esplosa del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo l’invenzione e del trasduttore differenziale relativo ad esso associato;

- la FIG. 5 à ̈ una vista frontale parzialmente in sezione esplosa del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo l’invenzione e del trasduttore differenziale relativo ad esso associato; - la FIG. 6 à ̈ una vista frontale che mostra il collegamento ad un apparato telemetrico del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo l’invenzione; e

- la FIG. 7 à ̈ una vista laterale dal lato positivo dell’apparato telemetrico di FIG. 6.

Descrizione Dettagliata della Forma di Realizzazione Preferita dell’Invenzione

Con riferimento alla FIG. 2, viene illustrata l’applicazione, ad un serbatoio sotto pressione S per gas criogenici e liquefatti, del trasduttore differenziale estensimetrico 1 con dispositivo di protezione 2, 4 integrato secondo la presente invenzione; la previsione di detto dispositivo di protezione 2, 4 integrato nel trasduttore differenziale estensimetrico 1 permette di effettuare misure di livello evitando il verificarsi di condizioni in cui la massima pressione applicabile venga superata, con possibile conseguente danneggiamento permanente ed irreversibile dello strumento di misura.

Detto trasduttore differenziale estensimetrico 1 comprende inoltre una prima ed una seconda cella estensimetrica, rispettivamente 3 e 5; detto dispositivo di protezione 2, 4 Ã ̈ in particolare atto ad impedire fisicamente lo stabilirsi di pressioni differenziali superiori alla massima pressione applicabile agli estremi di detta prima cella estensimetrica 3, evitandone in tal modo il possibile danneggiamento.

Più precisamente, poiché detto dispositivo di protezione comprende valvole di protezione da sovrapressioni 2 e 4, con esso si realizza una sorta di valvola automatica di bypass che sostituisce funzionalmente la valvola manuale di bypass Vbdel serbatoio S tradizionalmente prevista; il dispositivo di protezione 2, 4 secondo la presente invenzione interviene ogniqualvolta il valore assoluto della pressione differenziale Pdsupera la pressione di taratura di una di dette valvole di protezione da sovrapressioni 2 e 4, salvaguardando così costantemente l’integrità dello strumento di misura.

Con riferimento allo schema di principio illustrato in FIG.

3, viene ora descritta la forma realizzativa preferita del trasduttore differenziale estensimetrico 1 secondo l’invenzione.

Lo strumento di misura 1 comprende un blocco base 6 che alloggia il dispositivo di protezione 2, 4 e, precisamente, una prima valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 ed una seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 4.

Nella forma di realizzazione preferita, la pressione di apertura di ciascuna di dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4 Ã ̈ pari a 2,5 bar.

Sulla parte superiore di detto blocco base 6 vengono fissate, ad esempio mediante avvitamento, una prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale, e conseguentemente del livello del serbatoio S contenente gas liquefatto, ed una seconda cella estensimetrica 5 per la misura della pressione relativa; a tale scopo, detta seconda cella estensimetrica 5 à ̈ dotata di un opportuno foro di passaggio 51 per la comunicazione con l’ambiente esterno a pressione atmosferica.

Nella forma di realizzazione preferita, il campo di misura di detta prima cella estensimetrica 3 à ̈ pari a 0 - 2 bar mentre il campo di misura di detta seconda cella estensimetrica 5 à ̈ pari a 0 - 20 bar o, in alternativa, a 0 – 50 bar.

Si noti che la pressione di apertura di ciascuna di dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4 Ã ̈ tarata ad un valore intermedio tra la massima pressione di misura e la massima pressione applicabile a ciascuna di dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5.

Detta prima cella estensimetrica 3 à ̈ suddivisa in due camere, l’una in collegamento con il serbatoio S in corrispondenza della fase liquida a pressione P+(camera positiva) e l’altra in collegamento con il serbatoio S in corrispondenza della fase gassosa a pressione P-(camera negativa); anche detta seconda cella estensimetrica 5 à ̈ suddivisa in due camere, ma à ̈ solamente in collegamento con il serbatoio S in corrispondenza della fase gassosa a pressione P-(camera negativa); ciascuna di dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5 à ̈ realizzata in materiale metallico, preferibilmente in ottone od alluminio.

Ciascuna di dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5 à ̈ dotata di un corrispondente sensore estensimetrico di misura di pressione 30 e 50; ciascuno di detti primo e secondo sensore estensimetrico 30 e 50 à ̈ costituito da una membrana ceramica circolare sottile, che rappresenta il sensore vero e proprio, saldata ad un supporto cilindrico, anch’esso ceramico.

Dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4 sono collegate tra di loro in antiparallelo e complessivamente in parallelo a detta prima cella estensimetrica 3 mediante opportune linee di collegamento.

Con tale disposizione si realizza una sorta di valvola automatica di bypass che interviene all’occorrenza, vale a dire allorché il valore assoluto della differenza di pressione (P+– P–) supera la pressione di taratura di una di dette valvole di protezione unidirezionali calibrate automatiche 2 e 4.

Il blocco base 6 prevede inoltre delle linee di collegamento al serbatoio S, rispettivamente una prima linea 7 in corrispondenza della fase gassosa a pressione P-di detto serbatoio S ed una seconda linea 9 in corrispondenza della fase liquida a pressione P+di detto serbatoio S; dette linee di collegamento 7 e 9 sono preferibilmente disposte sul lato di detto blocco base 6 opposto rispetto a dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5, vale a dire sul lato inferiore di detto blocco base 6, e sono preferibilmente terminate su foro filettato da 1/8†.

Le linee di collegamento tra dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4, detta prima cella estensimetrica 3 e detto serbatoio S sono dotate di orifizi calibrati 11, 13, 15 e 31.

Più precisamente, la connessione tra il serbatoio S ed il dispositivo di protezione 2, 4 à ̈ intercettata dagli orifizi calibrati 11 e 13, posti rispettivamente sulla prima linea 7 della fase gassosa e sulla seconda linea 9 della fase liquida, mentre la connessione tra il dispositivo di protezione 2, 4 e la prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale à ̈ intercettata dall’orifizio calibrato 31, posto sulla prima linea 7 della fase gassosa, e dall’orifizio calibrato 15, posto sulla seconda linea 9 della fase liquida.

È importante rilevare che detti orifizi 11 e 13 hanno lo scopo di limitare la velocità del fluido attraverso le valvole di protezione unidirezionali calibrate automatiche 2 e 4 in caso di apertura delle stesse in seguito a sovrapressione.

Il blocco base 6 prevede inoltre un primo foro 17 per l’uscita della fase gassosa verso la prima cella estensimetrica 3 ed un secondo foro 19 per l’uscita della fase gassosa verso la seconda cella estensimetrica 5.

Risulta importante evidenziare che l’uscita della fase liquida dal blocco base 6 verso la cella estensimetrica 3 à ̈ costituita dall’orifizio 15, che svolge contemporaneamente funzioni sia di limitazione della velocità del fluido (orifizio) sia di raccordo (foro di rimando), mentre l’uscita della fase gassosa dal blocco base 6 verso la cella estensimetrica 3 à ̈ costituita dal primo foro 17, al quale non competono funzioni di limitazione della velocità del fluido (orifizio) che sono invece demandate all’orifizio 31, ricavato sul bordo della cella estensimetrica 3 e posto in serie a detto primo foro 17.

Dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4 come anzidetto sono collegate tra di loro e, più precisamente, sono connesse tra loro in antiparallelo.

Si fa ora riferimento alla FIG. 4, in cui sono visibili i particolari costruttivi del dispositivo di protezione 2, 4 integrato nel trasduttore differenziale estensimetrico 1 secondo l’invenzione.

Nella forma realizzativa illustrata, detta prima valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 Ã ̈ prevista per la protezione da sovrapressioni causate dalla fase liquida del serbatoio S (lato positivo), mentre detta seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 4 Ã ̈ prevista per la protezione da sovrapressioni causate dalla fase gassosa del serbatoio S (lato negativo).

Dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4, nella forma preferita di realizzazione dell’invenzione, sono previste identiche dal punto di vista realizzativo.

Detta prima valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 comprende una prima guarnizione, ad esempio del tipo O-ring, 21 per la tenuta di detta prima valvola; un primo otturatore mobile 23 dotato di una prima cavità 25; una prima molla antagonista di ritegno 27 ed un primo tappo di chiusura 29, dotato di guarnizione preferibilmente del tipo O-ring.

Analogamente, detta seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 4 comprende una seconda guarnizione, ad esempio del tipo O-ring, 41 per la tenuta di detta seconda valvola; un secondo otturatore mobile 43 dotato di una seconda cavità 45; una seconda molla antagonista di ritegno 47 ed un secondo tappo di chiusura 49, dotato di guarnizione preferibilmente del tipo O-ring.

Il blocco base 6, atto ad ospitare il dispositivo di protezione 2, 4, comprende un primo vano di alloggiamento 20 per detta prima valvola di protezione unidirezionale calibrata 2 (sovrapressione lato positivo) ed un secondo vano di alloggiamento 40 per detta seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata 4 (sovrapressione lato negativo). Inoltre, detto blocco base 6 comprende una prima sede conica 22 per la tenuta di detta prima valvola 2 ed una seconda sede conica 42 per la tenuta di detta seconda valvola 4.

Inoltre, detto blocco base 6 comprende un alloggiamento 8 per la scheda elettronica di controllo del sistema.

Inoltre, detto blocco base 6 comprende un primo alloggiamento filettato 12 atto ad accogliere la prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale, e conseguentemente del livello del serbatoio S contenente gas liquefatto, ed un secondo alloggiamento filettato 14 atto ad accogliere la seconda cella estensimetrica 5 per la misura della pressione relativa.

Inoltre, detto blocco base 6 comprende un primo orifizio calibrato 11 per l’ingresso dal serbatoio sotto pressione S della fase gassosa (lato negativo), un secondo orifizio calibrato 13 per l’ingresso dal serbatoio sotto pressione S della fase liquida (lato positivo), un terzo orifizio calibrato 15 per l’uscita della fase liquida (lato positivo) verso la prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale, e conseguentemente del livello del serbatoio S contenente gas liquefatto, ed un primo foro 17 per l’uscita della fase gassosa (lato negativo) verso la prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale, e conseguentemente del livello del serbatoio S contenente gas liquefatto.

Inoltre, detto blocco base 6 comprende un secondo foro 19 per l’uscita della fase gassosa (lato negativo) verso la seconda cella estensimetrica 5 per la misura della pressione relativa. I fori 17 e 19 non hanno funzione di controllo del flusso.

Inoltre, detto blocco base 6 comprende un primo foro di lavorazione 16 ed un secondo foro di lavorazione 18, detti primo e secondo foro 16 e 18 essendo chiusi con corrispondenti grani M4 e sostanze sigillanti.

Tornando ora a detta prima valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2, di cui in precedenza sono stati descritti i componenti costitutivi, sempre con riferimento alla FIG. 4 osserviamo che detto primo otturatore mobile 23, avente preferibilmente geometria pseudocilindrica, reca detta prima guarnizione di tenuta 21 in corrispondenza della sua estremità rivolta verso il blocco base 6 ed una cavità 25 atta a ricevere detta prima molla antagonista 27 in corrispondenza dell’estremità opposta.

In condizioni di riposo, detta prima molla antagonista 27 caricata da detto primo tappo di chiusura 29 spinge detto primo otturatore 23, lungo il corrispondente vano di alloggiamento 20 ricavato nel blocco base 6, verso la parte centrale del blocco base 6, così determinando lo stato di chiusura della valvola 2 garantito dalla prima guarnizione 21 premuta contro la sede conica di tenuta 22 ricavata nel blocco base 6.

Nel caso, durante il normale esercizio, la differenza di pressione nel vano di alloggiamento 20 tra monte (definito dal lato della molla antagonista 27) e valle della guarnizione 21 sia positiva, questa differenza di pressione eserciterà sull’otturatore 23 una forza concorde a quella della molla 27, potenziando la condizione di chiusura.

Nel caso, invece, la stessa differenza di pressione sia negativa, questa eserciterà sull’otturatore 23 una forza opposta rispetto a quella della molla 27, determinando lo spostamento dell’otturatore 23 verso la molla 27 e la conseguente condizione d’apertura della valvola 2 non appena la forza esercitata dalla differenza di pressione supera quella di chiusura della molla 27.

Il funzionamento di detta seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 4 à ̈ del tutto simile a quello sopra descritto in dettaglio per detta prima valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2, e pertanto non verrà nuovamente spiegato.

In pratica, ciascuna di dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4 consente il passaggio del fluido in una sola direzione e solo in caso la differenza tra le pressioni d’ingresso e di uscita superi un valore predeterminato di pressione massima Pmax.

Pertanto la configurazione illustrata nella forma di realizzazione preferita dell’invenzione, che prevede l’uso di dette prima e seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica 2 e 4 connesse tra loro in antiparallelo, garantisce l’apertura di una delle valvole se il valore assoluto della differenza di pressione agli estremi delle stesse supera il valore Pmax.

Ciò produce di conseguenza la soppressione di qualsiasi sovrapressione differenziale di valore assoluto superiore a Pmax, proteggendo detta prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale da danneggiamenti permanenti ed irreversibili.

Come accennato precedentemente, la connessione tra il dispositivo di protezione 2, 4 e la prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale à ̈ intercettata dall’orifizio calibrato 15, posto sulla seconda linea 9 della fase liquida (lato positivo) e dal primo foro 17, posto sulla prima linea 7 della fase gassosa (lato negativo).

Più precisamente, detto orifizio calibrato 15 à ̈ ricavato nel blocco base 6, mentre detto orifizio calibrato 31, che intercetta la prima linea 7 della fase gassosa (lato negativo), à ̈ ricavato nella stessa prima cella estensimetrica 3.

Detti orifizi calibrati 15 e 31 hanno la funzione di filtro passa-basso, ossia attenuano le eventuali brusche variazioni di pressione nella cella estensimetrica per stabilizzare la misura di pressione differenziale e riducono ulteriormente l’effetto delle sovrapressioni già sostanzialmente smorzato dalle valvole di protezione.

Si fa qui rilevare che detto orifizio calibrato 15 ha anche funzione di foro di rimando in quanto svolge, oltre alla predetta funzione di limitazione della velocità del fluido, anche quella di raccordo per l’uscita della fase liquida (lato positivo) dal blocco base 6 verso la prima cella estensimetrica 3.

Si fa ora riferimento alla FIG. 5, che illustra il dispositivo di protezione 2, 4 integrato nel trasduttore differenziale estensimetrico 1 secondo una vista frontale parzialmente in sezione esplosa; tale rappresentazione consente di visualizzare più chiaramente come dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5 vengano inserite nella parte superiore del blocco base 6 e come vengano realizzati i collegamenti al serbatoio S.

Partendo da questi ultimi, come anzidetto, nella parte inferiore del blocco base 6 sono previsti un primo raccordo 71 alla prima linea 7 della fase gassosa a pressione P-del serbatoio S ed un secondo raccordo 91 alla seconda linea 9 della fase liquida a pressione P+del serbatoio S; per garantire la tenuta, ciascuno di detti primo e secondo raccordo 71 e 91 sono dotati, rispettivamente, di una prima ed una seconda guarnizione di tenuta 72 e 92, preferibilmente del tipo O-ring.

Come già evidenziato in precedenza, l’orifizio calibrato 15 à ̈ contemporaneamente un foro di rimando; ciò significa che la linea di mandata della fase liquida dal raccordo d’ingresso 91 alla cella estensimetrica 3 non prevede orifizio e foro di rimando separati, ma una sola apertura, ubicata sul bordo del blocco base 6, che svolge entrambe le funzioni.

Nella parte superiore del blocco base 6 sono visibili il primo alloggiamento filettato 12 atto ad accogliere la prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale ed il secondo alloggiamento filettato 14 atto ad accogliere la seconda cella estensimetrica 5 per la misura della pressione relativa.

Detta prima cella estensimetrica 3 per la misura della pressione differenziale, e conseguentemente del livello del serbatoio S contenente gas liquefatto, comprende un orifizio calibrato 31 per il rimando della pressione esercitata sul lato negativo del sensore estensimetrico di pressione differenziale 30; una flangia 33 di chiusura della prima cella estensimetrica 3; una serie di tre fori, indicati congiuntamente con il riferimento numerico 35, per il rimando della pressione esercitata sul lato negativo del sensore estensimetrico di pressione differenziale 30; un foro 37 per l’uscita dei fili di collegamento all’elettronica del sensore estensimetrico di pressione differenziale 30, sigillato preferibilmente con resina epossidica; almeno quattro guarnizioni 32, 34, 36 e 38, preferibilmente del tipo O-ring, rispettivamente per la tenuta della prima cella estensimetrica 3 verso la pressione lato positivo, per la tenuta della prima cella estensimetrica 3 per la pressione lato negativo, per la tenuta del sensore estensimetrico di misura della pressione differenziale e per la tenuta della flangia 33.

Detta seconda cella estensimetrica 5 per la misura della pressione relativa comprende un foro di passaggio 51 per la comunicazione con l’ambiente esterno a pressione atmosferica; una flangia 53 di chiusura della seconda cella estensimetrica 5; almeno due guarnizioni 54 e 56, preferibilmente del tipo O-ring, rispettivamente per la tenuta della seconda cella estensimetrica 5 verso la pressione lato negativo e per la tenuta del sensore estensimetrico di misura della pressione relativa.

Come anzidetto, i sensori estensimetrici di misura di pressione 30 e 50 di ciascuna di dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5 sono sottoposti ad una pressione positiva su un loro lato e ad una pressione negativa sull’altro lato, in conseguenza delle diverse pressioni esistenti nelle due camere positiva e negativa di ciascuna di dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5; la sigillatura di dette camere positiva e negativa à ̈ ottenuta con un accoppiamento radiale interno al supporto cilindrico dei sensori, ad esempio mediante guarnizione del tipo O-ring. Di conseguenza l’accoppiamento meccanico tra sensore estensimetrico 30, 50 e la corrispondente cella estensimetrica 3, 5 in ottone od alluminio à ̈ garantito esclusivamente dalla guarnizione ad O-ring, grazie alla forza di compressione della stessa e, pertanto, ciascun sensore estensimetrico 30, 50 rimane mobile e totalmente svincolato dalle parti metalliche costituenti dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5.

In esercizio, la pressione di misura esercita una forza diretta in alto su ciascuna delle membrane sensibili, cosicché ciascun sensore estensimetrico ceramico 30 e 50 scorre fino ad appoggiarsi al bordo inferiore del corrispondente tappo di chiusura 33 e 53.

L’accoppiamento fluttuante riduce la deriva termica di zero con la temperatura ambiente prodotta dalla forza esercitata dalla massa metallica, di ottone od alluminio, di dette prima e seconda cella estensimetrica 3 e 5 sui sensori estensimetrici 30 e 50, a causa del diverso coefficiente di dilatazione termica rispetto alla ceramica con cui questi ultimi sono realizzati.

Facendo infine riferimento alle FIGG. 6 e 7, la presente invenzione prevede anche l’uso del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato in un apparato telemetrico, permettendo così la rilevazione di dati in modo indiretto ed anche a distanza.

Riferendosi in particolare alla FIG. 6, si osserva che almeno un trasduttore differenziale estensimetrico 1 con dispositivo di protezione integrato 2, 4 secondo la presente invenzione può essere incorporato in un apparato telemetrico 100, il collegamento essendo stabilito mediante un cavo piatto multipolare 10.

Poiché gli apparati telemetrici sono noti all’esperto del settore, non ne verranno qui descritti i dettagli costruttivi; nella forma preferita di realizzazione della presente invenzione detto apparato telemetrico 100 à ̈ del tipo CRIOTEL.

Per soddisfare specifiche esigenze degli utilizzatori à ̈ comunque possibile combinare due o più trasduttori estensimetrici 1 come sopra descritti, eventualmente anche in un unico apparato telemetrico 100, permettendo così la simultanea gestione di più serbatoi S.

Dalla descrizione sopra dettagliatamente esposta di una forma preferita di realizzazione, risultano evidenti i vantaggi derivanti dall’uso del trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo la presente invenzione; in particolare:

- la possibilità di effettuare misure di livello, specificatamente in serbatoi sotto pressione contenenti gas criogenici e liquefatti, evitando il verificarsi di condizioni in cui la massima pressione applicabile venga superata e lo strumento di misura venga danneggiato in modo permanente ed irreversibile;

- l’opportunità di rilevazione di dati in modo indiretto ed anche a distanza allorché detto trasduttore sia incorporato in un apparato telemetrico;

- la compattezza costruttiva;

- la semplicità di realizzazione, messa in opera ed utilizzo;

- i limitati costi di gestione; ed

- il funzionamento continuo ed affidabile.

È evidente che il trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato secondo la presente invenzione, qui descritto mediante una forma di realizzazione preferita fornita a titolo esemplificativo non limitativo, può essere modificato secondo modalità note all'esperto del settore tecnico senza per questo fuoriuscire dall'ambito protettivo della presente invenzione; in particolare, il dispositivo di protezione integrato potrà comprendere anche due valvole di protezione unidirezionali calibrate automatiche di back-up alle due di esercizio a garanzia della massima sicurezza, oppure i sensori di misura potranno essere diversi dalle membrane qui previste, od ancora il sistema di accoppiamento meccanico tra sensori di misura e le corrispondenti celle estensimetriche potrà essere concepito in modo differente rispetto all’uso della guarnizione di tipo O-ring illustrata, detti accorgimenti potendo essere scelti tra le soluzioni disponibili nella tecnica nota in base alla migliore opportunità costruttiva.

Inoltre, la presente invenzione potrà essere convenientemente applicata ad esempio per l’uso in cisterne per il trasporto di gas liquefatti, opportunamente adattando il trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato a tale applicazione.

Claims (10)

1. "Trasduttore differenziale estensimetrico con dispositivo di protezione integrato" "An estensimetric differential transducer with integrated protection device" RIVENDICAZIONI 1. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) comprendente: - un blocco base (6); - una prima cella estensimetrica (3) per la misura della pressione differenziale; - una seconda cella estensimetrica (5) per la misura della pressione relativa; ed - un dispositivo di protezione (2, 4) da sovrapressioni.
2. 2. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo di protezione (2, 4) comprende una prima valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica (2) ed una seconda valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica (4).
3. 3. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima cella estensimetrica (3) comprende un corrispondente primo sensore estensimetrico (30) e detta seconda cella estensimetrica (5) comprende un corrispondente secondo sensore estensimetrico (50).
4. 4. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo la rivendicazione 1, in cui il campo di misura di detta prima cella estensimetrica (3) à ̈ pari a 0 - 2 bar ed il campo di misura di detta seconda cella estensimetrica (5) à ̈ pari a 0 -20 bar o, in alternativa, a 0 – 50 bar.
5. 5. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo la rivendicazione 2, in cui la pressione di apertura di ciascuna di dette prima (2) e seconda (4) valvola di protezione unidirezionale calibrata automatica à ̈ pari a 2,5 bar.
6. 6. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui sono previsti orifizi calibrati (11, 13, 15, 31).
7. 7. Trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto blocco base (6) comprende inoltre un primo raccordo (71) ed un secondo raccordo (91) di collegamento.
8. 8. Applicazione di un trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7 in serbatoi per gas criogenici e liquefatti (S).
9. 9. Apparato telemetrico (100) comprendente almeno un trasduttore differenziale estensimetrico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7.
10. 10. Applicazione di un apparato telemetrico (100) secondo la rivendicazione 9 in serbatoi per gas criogenici e liquefatti (S).