ITUA20164400A1

ITUA20164400A1 - Sensore per la rilevazione del livello di un mezzo

Info

Publication number: ITUA20164400A1
Application number: ITUA2016A004400A
Authority: IT
Inventors: Matteo Rondano; Enrico Chiesa; Mauro Zorzetto; Domenico Cantarelli
Original assignee: Eltek Spa
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-15

Description

“Sensore per la rilevazione del livello di un mezzo"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell'Invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un sensore per la rilevazione del livello di un generico mezzo, quale un liquido, una sostanza fluida, un materiale pulverulento o allo stato sfuso, eccetera. L’invenzione è stata sviluppata con particolare riferimento ai sensori di livello di tipo capacitivo impiegati su veicoli.

Stato della tecnica

I sensori di livello sono utilizzati in vari ambiti per la rilevazione di una quantità residua di un liquido presente in un generico recipiente, quale un serbatoio. Alcuni di questi sensori sono basati sull’impiego di un galleggiante: tali sensori sono in genere complicati dal punto di vista meccanico e presentano talune criticità, quali rischi di inceppamento. Questi sensori risentono inevitabilmente di problemi legati all’eventuale congelamento del mezzo oggetto di misura.

Sono noti anche sensori di livello basati sulla misura di grandezze elettriche, quali la conducibilità/resistività o la capacità elettrica. Questi sensori presentano solitamente una schiera di primi elettrodi, disposti secondo l’asse di rilevazione di livello - generalmente verticale - su di un relativo supporto isolante destinato ad essere montato all’interno del serbatoio. I sensori presentano poi una simile schiera di secondi elettrodi, frapposti o affacciati a quelli della prima schiera, in modo che tra gli elettrodi delle due schiere si insinui il fluido oggetto di misura. In alcune soluzioni, in luogo di una pluralità di secondi elettrodi è previsto un elettrodo comune, di altezza almeno pari a quella della prima schiera. In altre soluzioni ancora è lo stesso serbatoio ad avere una superficie interna resa elettricamente conduttiva, ad esempio tramite una metallizzazione superficiale, onde fungere da elettrodo comune. Gli elettrodi sono elettricamente collegati ad una disposizione circuitale, spesso includente un microcontrollore, che elaborando il valore della grandezza elettrica rilevato tra gli elettrodi è in grado di individuare una zona di transizione tra il liquido e l’aria nel serbatoio, considerata indicativa del livello del liquido.

In queste soluzioni note gli elettrodi sono direttamente a contatto con il liquido e quindi soggetti ad un invecchiamento e ad un’usura precoce. Il funzionamento di questi sistemi sensori è poi strettamente legato alle caratteristiche del fluido, quali la sua conducibilità/resistività o la sua costante dielettrica.

Riferendosi ai sensori di livello di tipo capacitivo, questi tipicamente prevedono almeno due elettrodi tra loro affacciati, tra i quali è destinato ad insinuarsi il liquido di cui si vuole rilevare l’altezza, con tali elettrodi che vengono eccitati tramite un circuito oscillatore, ovvero un circuito che genera un segnale elettrico alternato o modulato in frequenza. Il circuito rileva una variazione della capacità tra gli elettrodi affacciati che è proporzionale alla variazione del dielettrico interposto tra gli elettrodi, ovvero in proporzione al livello del liquido interposto, e quindi della capacità elettrica dell’elemento sensore. In tali sensori si ottiene quindi un segnale di uscita proporzionale alla suddetta variazione di capacità. I sensori noti di questo tipo prevedono configurazioni con rispettiva impedenza che possono anche comportarsi come antenne e presentano il problema di generare disturbi elettromagnetici (EMI), i quali disturbi sono suscettibili di interferire con altri sistemi elettronici, quali i circuiti elettronici a bordo del veicolo. Tale fenomeno aumenta con l’aumentare dell’estensione degli elettrodi, ovvero con l’aumentare della lunghezza del sensore di livello, che potrebbe comportarsi come una antenna trasmittente.

Ulteriori tipologie di sensori capacitivi prevedono l’effettuazione di una misura tra almeno due elettrodi complanari, ad esempio in configurazione interdigitata, e rivolti verso una parete isolante che li separa dal liquido, dove la presenza di liquido oltre la parete isolante determina una variazione del dielettrico tra i due elettrodi affiancati, consentendo una rilevazione. Un sensore di questo tipo è noto ad esempio da US 7258005 B2. In questi casi la spaziatura tra i due elettrodi deve essere ben superiore allo spessore della parete isolante, tipicamente maggiore del doppio di tale spessore di parete (ovvero alla somma degli spessori di parete interposti tra ciascuno dei due elettrodi ed il fluido da rilevare), in modo che l’eventuale liquido possa effettivamente perturbare la capacità tra gli elettrodi. Oltre a determinare problemi di ingombro, un tale tipo di soluzione presenta limiti nella risoluzione o precisione di misura.

Altre tipologie di sensore capacitivo vengono montate all’esterno di un serbatoio, quale un serbatoio di carburante o di un additivo in un veicolo. Tali tipologie di sensore sono tuttavia penalizzate dal fatto che il serbatoio deve prevedere elevati spessori di parete, onde garantire la necessaria robustezza meccanica: ciò comporta la necessità di utilizzare segnali in frequenza di potenza maggiore per rilevare il livello del liquido nel serbatoio e questo determina maggiori rischi per i suddetti disturbi elettromagnetici.

Sommario e scopo dell’invenzione

Nei suoi termini generali, la presente invenzione si propone di realizzare un sensore di livello di costruzione semplice ed economica, contraddistinto da una elevata flessibilità di impiego e di realizzazione e sostanzialmente immune dalle problematiche sopra evidenziate.

Secondo un suo primo aspetto, l’invenzione si propone di realizzare un sensore di livello producibile in differenti lunghezze, pur garantendo precisione ed affidabilità.

Secondo un diverso aspetto, l’invenzione si propone di realizzare un sensore che sia idoneo ad effettuare misurazioni di livello anche in condizioni di solidificazione o congelamento almeno parziale del mezzo soggetto a misura.

Secondo un diverso aspetto, l’invenzione si propone di realizzare un sensore di livello in grado di distinguere la presenza e/o l’altezza di differenti strati e/o differenti stati del mezzo soggetto a rilevazione, quale una sequenza di stati e/o strati “liquido - aria o gas - solido” oppure una sequenza “liquido - solido”, oppure una sequenza “aria o gas - solido” o ancora “liquido - aria o gas”.

Secondo un diverso aspetto, l’invenzione si propone di realizzare un sensore di livello in grado di rilevare variazioni in altezza di differenti strati e/o stati del mezzo soggetto a rilevazione, quale una variazione in aumento o in diminuzione di uno strato ghiacciato o solidificato del mezzo, ad esempio una misura delle variazioni di livello in un serbatoio che contiene un liquido durante una fase di congelamento e/o di scongelamento.

Secondo un diverso aspetto, l’invenzione si propone di realizzare un sensore di livello provvisto di una struttura atta consentirne il preciso funzionamento anche a fronte di sollecitazioni dovute a condizioni di congelamento e/o solidificazione e/o riscaldamento del mezzo soggetto a rilevazione.

Almeno uno degli scopi dell’invenzione sono raggiunti da un sensore di livello e da un relativo metodo di controllo aventi le caratteristiche delle rivendicazioni allegate. Le rivendicazioni costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in relazione all’invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue, effettuata con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

- le figure 1 e 2 sono viste prospettiche schematiche, parzialmente sezionate, di due possibili configurazioni alternative di montaggio di un sensore di livello in accordo all’invenzione su di un generico recipiente, quale un serbatoio;

- le figure 3 e 4 sono viste prospettiche schematiche, da diverse angolazioni, di un sensore di livello in accordo ad una forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 5 è una vista prospettica schematica parzialmente sezionata di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 6 è una vista schematica in esploso parziale di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- le figure 7 e 8 sono viste prospettiche schematiche da diverse angolazioni di un circuito di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 9 è una sezione longitudinale schematica di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 10 è un primo dettaglio in maggior scala di figura 9;

- la figura 11 è un dettaglio in maggior scala di figura 10;

- la figura 12 è un secondo dettaglio in maggior scala di figura 9;

- la figura 13 è una sezione trasversale schematica di una porzione di rilevazione di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 14 è un dettaglio in maggior scala di figura 13;

- la figura 15 è un dettaglio in maggior scala di figura 14;

- le figure 16, 17 e 18 sono viste prospettiche, parziali e schematiche, di possibili configurazioni di montaggio o fissaggio alternative di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 19 è una vista prospettica, parziale e schematica, di una porzione di un recipiente cui è associabile un sensore di livello secondo la figura 18;

- la figura 20 è una rappresentazione parziale e schematica volta ad illustrare una possibile configurazione di collegamento di elettrodi di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 21 è una rappresentazione parziale e schematica volta ad esemplificare una possibile configurazione circuitale di un sensore di livello in accordo alla figura 20;

- la figura 22 è una rappresentazione parziale e schematica simile a quella di figura 21, volta ad esemplificare una configurazione circuitale alternativa di un sensore di livello in accordo alla figura 20;

- le figure 23 e 24 sono rappresentazioni schematiche volte ad illustrare ulteriori possibili configurazioni di collegamento di elettrodi di sensori di livello in accordo a possibili forme di attuazione alternative dell’invenzione;

- la figura 25 è una rappresentazione parziale e schematica volta ad esemplificare una possibile configurazione circuitale di un sensore di livello in accordo alla figura 24;

- la figura 26 è una rappresentazione schematica, tramite grafici, volta ad esemplificare un possibile principio di interpretazione di segnali o valori elettrici impiegato in possibili forme di attuazione dell’invenzione;

- le figure 27 e 28 sono rappresentazioni schematiche simili a quelle delle figure 20, 23 e 24, volte ad illustrare ulteriori possibili configurazioni di collegamento di elettrodi di sensori di livello in accordo a possibili forme di attuazione alternative dell’invenzione;

- la figura 29 è una rappresentazione schematica di alcuni elementi circuitali di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione;

- la figura 30 è una rappresentazione parziale e schematica simile a quella di figura 25, volta ad esemplificare una ulteriore possibile condizione di impiego di un sensore di livello in accordo ad una possibile forma di attuazione dell’invenzione; e - la figura 31 è una vista prospettica schematica, parzialmente sezionata, di una possibile variante di attuazione di un sensore di livello in accordo all’invenzione.

Descrizione di forme di attuazione preferite dell’invenzione

Il riferimento ad “una forma di attuazione” all’interno di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, frasi come “in una forma di attuazione”, “in un’attuazione” e simili, eventualmente presenti in diversi luoghi di questa descrizione, non sono necessariamente riferite alla stessa forma di attuazione, ma possono invece riferirsi a differenti forme di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche definite all’interno di questa descrizione possono essere combinate in ogni modo adeguato in una o più forme di attuazione, anche differenti da quelle raffigurate. I riferimenti numerici e spaziali (quali “superiore”, “inferiore”, “alto”, “basso”, “fronte”, “retro”, “verticale”, eccetera) qui utilizzati sono soltanto per comodità e non definiscono dunque l’ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione. Nelle figure sono utilizzati medesimi numeri di riferimento per indicare elementi analoghi o tra loro tecnicamente equivalenti.

In figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un generico recipiente, particolarmente un serbatoio, per un generico mezzo fluido o allo stato sfuso. Il serbatoio 1 ha un corpo principale preferibilmente formato in materia plastica elettricamente isolante. Al serbatoio 1 può essere eventualmente associato un riscaldatore di tipologia di per sé nota, utilizzato per riscaldare il serbatoio stesso e/o il suo contenuto, ad esempio in caso di congelamento. Un riscaldatore elettrico è schematizzato in figura dal blocco indicato con EH.

Il serbatoio 1 può essere ad esempio un serbatoio che equipaggia un veicolo a motore. In una forma di attuazione, quale quella qui esemplificata, il serbatoio 1 è destinato ad equipaggiare un veicolo con motore diesel ed il liquido contenuto nel serbatoio 1 è un liquido noto come AdBlue, ovvero una soluzione di urea al 32,5% (minimo 31,8% - massimo 33,3%) in acqua demineralizzata, utilizzato da un sistema SCR (Selective Catalyst Reduction), ossia un sistema per ridurre le emissioni degli ossidi di azoto dai gas di scarico prodotti da un motore diesel.

Nell’esempio schematico illustrato, il serbatoio ha una parete superiore 2, in corrispondenza della quale è prevista un’apertura provvista di un tappo 3 di rabbocco del liquido. Una parete del serbatoio 1, ad esempio la sua parete di fondo 4, ha poi una apertura di uscita, non visibile, tramite la quale il liquido fuoriesce o è aspirato, ad esempio tramite una pompa, per alimentare il liquido al sistema SCR. Ancora in corrispondenza della parete superiore 2, il serbatoio 1 ha una seconda apertura, indicata con 5, in corrispondenza della quale è fissato a tenuta il corpo di un sensore di livello secondo una possibile forma di attuazione. Il sensore di livello, indicato complessivamente con 10, è montato in modo da estendersi secondo un asse di rilevazione di livello, indicato con X, preferibilmente sostanzialmente verticale ma potendo all’occorrenza essere inclinato rispetto alla verticale.

Il sensore 10 ha una parte di rilevazione 11, destinata ad estendersi almeno parzialmente all’interno del serbatoio 1. La regione di estremità distale della parte di rilevazione 11 è di preferenza a contatto o a leggera distanza dalla parete di fondo 4 del serbatoio, ossia ad un’altezza molto prossima a quella dell’apertura di uscita o aspirazione del liquido, onde poter rilevare la presenza di un livello anche molto ridotto nel serbatoio. In una forma di attuazione non raffigurata, la regione di estremità distale della parte di rilevazione 11 è fissata internamente alla parete del serbatoio 1 opposta alla parete provvista dell’apertura 5 di inserimento e fissaggio del sensore 10, preferibilmente per il tramite di un accoppiamento o attacco ad innesto e rilascio rapido. Di preferenza la regione di estremità prossimale della parte di rilevazione 11 si estende all’interno del serbatoio 1 ad un’altezza relativamente prossima alla parete superiore 3.

Nella forma di attuazione illustrata il corpo del sensore 10 ha, nella sua parte superiore, elementi per il suo fissaggio alla parete superiore 2 del serbatoio, Nell’esempio tali mezzi sono rappresentati da formazioni a flangia con viti associate, non indicate: tale realizzazione non deve comunque intendersi limitativa, essendo possibili anche soluzioni differenti di fissaggio del corpo del sensore 10, alcune delle quali in seguito esemplificate.

Nell’esempio di figura 1 il sensore 10 è fissato dall’alto, ovvero associato alla parete superiore 2 del serbatoio. In altre attuazioni, tuttavia, il sensore può essere fissato dal basso, ovvero alla parete di fondo 4. Un’attuazione di questo tipo è illustrata schematicamente in figura 2, dove il sensore 10 è montato a tenuta in corrispondenza dell’apertura 5, qui definita nella parete di fondo 4. Anche in tale realizzazione, una regione di estremità prossimale parte di rilevazione 11 (qui definibile inferiore) è in posizione prossima alla parete di fondo 4, mentre la regione di estremità distale (qui definibile superiore) si trova ad un’altezza relativamente prossima alla parete superiore 3; anche in una soluzione di questo tipo, l’estremità distale della parte 11 può essere fissata alla parete 3 tramite idonei mezzi di accoppiamento del tipo sopra indicato.

Nelle figure 3 e 4 un sensore 10 secondo una forma di attuazione è rappresentato isolatamente, con diverse angolazioni. In corrispondenza dell’estremità prossimale della parte 11 il corpo 10a del sensore 10 definisce un alloggiamento scatolare 12, includente anche un corpo connettore generalmente cavo 12a, provvisto di terminali elettrici in seguito indicati, preferibilmente sporgente da una parete laterale dell’alloggiamento. L’alloggiamento 12 è preferibilmente provvisto di un coperchio di chiusura 13, il quale può essere assicurato in posizione a tenuta, ad esempio tramite una saldatura tra il materiale plastico dell’alloggiamento 12 e del coperchio 13.

Tra l’alloggiamento 12 e la parte 11 il corpo 10a del sensore 10 definisce di preferenza una porzione o formazione 14 per l’accoppiamento a tenuta in corrispondenza della rispettiva apertura di montaggio sul serbatoio. La formazione 14 definisce almeno una sede per almeno un elemento di tenuta 15, che può eventualmente adempiere anche funzioni di montaggio elastico del sensore 20 rispetto al serbatoio. In una forma di attuazione sono previsti almeno due elementi elastici di tipo o-ring, dei quali uno adempie funzioni di tenuta e l’altro è sfruttato per ottenere un montaggio elastico del sensore 10 sul serbatoio 1, ad esempio a fini di compensazione di tolleranze di montaggio. Nell’esempio illustrato la formazione 14 ha profilo sostanzialmente circolare e l’elemento di tenuta è una guarnizione o-ring. Nelle figure 3 e 4 sono poi indicate con 12b le già citate formazioni a flangia per il fissaggio del corpo 10a del sensore, qui definite in corrispondenza del fondo dell’alloggiamento 12.

In figura 5 un sensore 10 secondo una forma di attuazione è rappresentato parzialmente sezionato, onde evidenziare come il suo corpo 10a sia internamente cavo per alloggiare la componentistica di rilevazione di livello. Dalla figura si nota in particolare come il corpo 10a del sensore definisca, in corrispondenza della parte di rilevazione 11, un involucro cavo 16, di forma generalmente allungata; nell’esempio illustrato l’involucro 16 ha forma generalmente prismatica, particolarmente sostanzialmente a parallelepipedo. Come si vedrà, in una variante di attuazione, almeno l’involucro 16 può essere realizzato tramite un sovra-stampaggio diretto di materia plastica elettricamente isolante su di un supporto di circuito, in seguito descritto. Più in generale, il sensore 10 presenta almeno uno strato di isolamento, per isolare elettricamente suoi elettrodi (in seguito descritti) rispetto all’interno del serbatoio 1.

In una forma di attuazione preferita l’alloggiamento 12 con la formazione 14 e l’involucro 16 sono definiti da un corpo unico 10a di materia plastica elettricamente isolante, come ben visibile ad esempio in figura 6. Non è peraltro esclusa dall’invenzione una realizzazione del corpo 10a in parti distinte rese solidali a tenuta, ad esempio tramite mezzi di reciproco accoppiamento, oppure tramite saldatura o sovrastampaggio.

In una forma di attuazione il corpo 10a, o almeno la sua porzione destinata all’esposizione diretta o indiretta al liquido (l’involucro 16 ed eventualmente la porzione di attacco 14) è formato con un materiale termoplastico stampabile, quale un polipropilene (PP) o con un polietilene ad alta densità (HDPE). Prove pratiche effettuate dalla Richiedente hanno peraltro consentito di appurare che un materiale particolarmente idoneo - anche in vista delle particolari modalità di rilevazione di livello in seguito descritte - è un copolimero ciclo-olefinico (COC - Cyclic Olefin Copolymer). Materiali di questo tipo - usualmente utilizzati in campo medicale -presentano caratteristiche particolarmente vantaggiose per l’applicazione qui considerata, tra le quali vanno sottolineate la bassa densità, l’assorbimento d’acqua molto ridotto, le eccellenti proprietà barriera al vapore d’acqua, le elevate rigidità, robustezza e durezza, l’elevata resistenza a temperature estreme e a shock termici, l’ottima resistenza ad agenti aggressivi quali acidi ed alcali, le ottime proprietà di isolamento elettrico, l’agevole lavorazione utilizzando comuni metodi di trattamento di materiali termoplastici, quali stampaggio ad iniezione (injection molding), estrusione (extrusion), stampaggio per soffiaggio (blow molding), soffiatura ad iniezione (injection blow molding).

Il materiale, o almeno uno dei materiali impiegati per la realizzazione del corpo 10a del sensore 10, può essere analogo o chimicamente compatibile con un materiale che realizza almeno parte del serbatoio 1, ad esempio al fine di consentire una saldatura a tenuta tra il corpo del sensore ed il serbatoio. Uno o più dei materiali testé indicati sono utilizzabili per la realizzazione di diverse porzioni del corpo 10a, quali l’alloggiamento 12 con la formazione 14 e l’involucro 16, anche quando il corpo 10a è formato in pezzi distinti resi solidali tra loro. Naturalmente anche il coperchio 13 può essere realizzato con uno dei materiali indicati.

Ancora in figura 5 si nota come nella cavità definita dal corpo del sensore 10 -indicata complessivamente con H - sia alloggiata la componentistica elettrica ed elettronica di rilevazione. In una forma di attuazione preferita tale componentistica è montata su di un substrato elettricamente isolante 20 che realizza un supporto di circuito. Il supporto 20 è formato con materiale idoneo per la realizzazione di circuiti stampati, quale ad esempio FR4 o un simile materiale composito tipo vetroresina, o ancora in materiale ceramico o a base polimerica, preferibilmente un materiale stampabile ai fini della realizzazione del supporto 20.

Nel supporto di circuito 20 si individuano una prima porzione 20a, destinata ad essere ricevuta nell’alloggiamento 12, ed una seconda porzione 20b destinata ad essere ricevuta nell’involucro 16. Alla porzione 20a del supporto 20 è associata prevalentemente la componentistica elettronica di controllo del sensore 10, nonché relativi terminali per il collegamento elettrico esterno del sensore 10; alla porzione 20b del supporto 20 è invece associata la componentistica di rilevazione, includente una serie di elettrodi; alcuni dei suddetti elettrodi sono indicati in figura 5 con la lettera “J” seguita dal numero che identifica la posizione dell’elettrodo nella serie che si estende dall’estremità prossimale (elettrodo J1) all’estremità distale (elettrodo Jn) della parte di rilevazione 11, ovvero della porzione 20b del supporto 20.

Nell’esempio illustrato è previsto un singolo supporto di circuito in cui sono definite le parti 20a e 20b, ma in possibili varianti di attuazione possono essere previsti più supporti di circuito collegati tra loro mediante idonei mezzi interconnessione elettrica ed eventualmente mezzi di interconnessione meccanica (ad esempio un supporto di circuito corrispondente alla porzione 20a ed un supporto di circuito corrispondente alla porzione 20b, con conduttori o connettori elettrici per collegare piste elettricamente conduttive di una porzione a piste elettricamente conduttive dell’altra porzione).

In figura 6 un sensore 10 secondo una forma di attuazione dell’invenzione è rappresentato mediante una vista esplosa, dalla quale sono rilevabili le varie parti già sopra individuate. In tale figura sono visibili i sopra citati terminali, indicati con 21, preferibilmente di forma generalmente appiattita, ad esempio realizzati tramite stampaggio e/o tranciatura da bandella metallica, che realizzano con il corpo connettore 12a solidale all’alloggiamento 12 un’interfaccia per il collegamento esterno del sensore 10, ad esempio ad una centralina di controllo del sistema SCR di bordo del veicolo.

In una forma di attuazione ciascun terminale 21 presenta una porzione di contatto 21a a lamina, destinata al posizionamento all’interno della cavità del corpo connettore 12a ed una porzione di interconnessione 21b ristretta, destinata all’accoppiamento elettrico e meccanico con rispettivi contatti 22 presenti sul supporto 20, particolarmente nella sua porzione 20a, in seguito descritti.

Ancora in figura 6 è visibile il supporto 20 nel suo complesso, con le relativa parti 20a e 20b, con relativi componenti elettrici ed elettronici associati; il medesimo supporto 20 è anche rappresentato isolatamente nelle figure 7 e 8, tramite viste opposte delle sue facce maggiori. Il supporto di circuito 20, di forma generalmente allungata e preferibilmente appiattita, ha associati su una delle sue facce maggiori -qui definita convenzionalmente “retro” - una disposizione circuitale di controllo, indicata globalmente con 23, comprendente di preferenza un controllore elettronico 24, ad esempio un microcontrollore. Il controllore 24 comprende preferibilmente almeno un’unità logica di elaborazione e/o controllo, un circuito di memoria ed ingressi ed uscite, tra le quali ingressi di tipo analogico/digitale.

I componenti della disposizione circuitale 23 sono collegati a piste elettricamente conduttive previste nella porzione 20a, visibili ad esempio in figura 8, non indicate; sul retro della porzione 20b del supporto è poi prevista una serie di piste elettricamente conduttive 25, per il collegamento elettrico degli elettrodi J di figura 5 - preferibilmente con fori metallizzati per il collegamento tra piste su differenti superfici - e di eventuali altri componenti alla disposizione 23.

In una forma di attuazione il circuito comprende almeno un sensore di temperatura, particolarmente previsto sul relativo supporto di circuito 20. Un tale sensore, ad esempio di tipo NTC, può essere montato in corrispondenza di almeno una tra la regione di estremità distale e la regione di estremità prossimale della porzione 20b del supporto 20. Nell’esempio raffigurato sulla porzione 20b del supporto 20, particolarmente sul suo retro, sono montati due sensori di temperatura 26 e 27, in regioni di estremità opposte della porzione 20b, collegati alla disposizione circuitale 23 tramite relative piste conduttive. Assumendo un montaggio del sensore 10 nel serbatoio 1 del tipo illustrato in figura 2, il sensore di temperatura 27 è utilizzabile per una rilevazione della temperatura del liquido, mentre il sensore 26 -che nella condizione montata si trova più prossimo alla parete superiore del serbatoio - può essere utilizzato per rilevare la temperatura che sussiste nel volume interno del serbatoio al di sopra del liquido, ad esempio la temperatura dell’aria. Una configurazione del tipo rappresentato, in particolare con due sensori di temperatura 26 e 27, consente il montaggio del sensore 10 nel serbatoio 1 sia nella configurazione di figura 1 che nella configurazione di figura 2, invertendo a livello software le funzioni, quali le funzioni dei due sensori e/o le funzioni degli elettrodi J.

Un sensore per la rilevazione di temperatura può eventualmente essere previsto nell’ambito della porzione 20a del supporto, ovvero nell’ambito dell’alloggiamento 12. E’ naturalmente anche possibile prevedere più di due sensori di temperatura, ad esempio con uno o più sensori in posizioni intermedie a quelle dei sensori 26 e 27.

In figura 8 è ben visibile il fronte del supporto 20, nella cui porzione 20b sono disposti gli elettrodi J, solo alcuni dei quali indicati. Nell’esempio non limitativo raffigurato gli elettrodi J - in numero pari a 37 - sono disposti secondo una schiera che si estende secondo la direzione di lunghezza della porzione 20b del supporto, ovvero lungo l’asse di rilevazione X, distanziati tra loro. Gli elettrodi J sono formati con materiale elettricamente conduttivo, ad esempio un materiale metallico o una lega metallica e sono associati al fronte della porzione 20b del supporto 20. Gli elettrodi J sono preferibilmente complanari tra loro e possono essere ad esempio in forma di piastre o lamine incise o applicate sul supporto 20, oppure costituiti da uno strato elettricamente conduttivo - similmente alle piste 25 - depositato sul supporto 20, ad esempio con tecnica serigrafica o simile.

Come accennato, in una forma di attuazione il supporto 20 presenta fori passanti - parzialmente visibili nelle figure 7 e 8, uno dei quali indicato con F -contenenti materiale conduttivo per il collegamento elettrico tra gli elettrodi J previsti sul fronte della porzione 20b e le piste conduttive 25 presenti sul retro della medesima porzione del supporto 20.

Tornando alla figura 6, in essa è visibile una parte della cavità cieca H che si estende assialmente nel corpo 10a del sensore di livello, ovvero nelle sue parti 12, 14 e 16. Nell’ambito di tale cavità H sono di preferenza previsti elementi di guida e posizionamento del supporto 20, alcuni dei quali parzialmente visibili nelle figure 5 e 6, dove sono indicati con 16a e 12c, rispettivamente in corrispondenza dell’involucro 16 e dell’alloggiamento 12. Elementi di posizionamento del supporto 20 possono essere eventualmente previsti anche nel coperchio 13.

In figura 9 il sensore di livello 10 è visibile in un sezione longitudinale, dalla quale ben si nota la presenza della cavità cieca H che si estende nell’alloggiamento 12, nella formazione di attacco 14 e nell’involucro 16, in tale cavità H essendo alloggiato il supporto di circuito 20. Da tale figura ben si nota come, in una forma di attuazione, il sensore di temperatura 27 si trovi in posizione prossima alla formazione 14 o, più in generale - in una condizione montata del sensore 10 - in una posizione ravvicinata alla parete del serbatoio 1 provvista dell’apertura di montaggio del sensore 10. Dal confronto tra le figure 7-8, da un lato, e la figura 9 dall’altro lato, si desume altresì che anche l’elettrodo indicato con J1è, nella condizione montata di figura 2, in posizione ravvicinata alla parete inferiore del serbatoio, preferibilmente una posizione raggiungibile dal liquido anche in una condizione di pur minimo riempimento del serbatoio. Come si vedrà, in una forma di attuazione, l’elettrodo J1è utilizzato per fornire un valore di riferimento utilizzato nel corso della rilevazione di livello del liquido. Peraltro, uno o più elettrodi J di riferimento possono essere previsti anche in altre zone della porzione 20b del supporto 20.

In figura 9 è anche visibile il corpo connettore 12a, con uno dei relativi terminali 21. I terminali 21 possono essere piantati con interferenza in relativi passaggi definiti nel corpo connettore 12a, o eventualmente almeno il corpo dell’alloggiamento 12 può essere sovrastampato ai terminali. Di preferenza, i terminali - ed i relativi passaggi del corpo connettore - si estendono longitudinalmente in una direzione sostanzialmente perpendicolare rispetto ad un piano individuato dal supporto di circuito 20 e/o dagli elettrodi J.

In una forma di attuazione i contatti 22 sono configurati per l’accoppiamento elastico con i terminali 21, onde ottenere il mutuo collegamento elettrico e meccanico tra di loro. In figura 10, e ancor più in dettaglio in figura 11, è visibile un possibile modalità di accoppiamento tra la porzione 21b di un terminale 21 con un relativo contatto 22 previsto nella porzione 20a del supporto.

Nella forma di attuazione esemplificata - si veda in particolare figura 11 - i contatti hanno una base piana 22a provvista di un foro o passaggio centrale 22b; dalla base 22a si dipartono, da parti opposte del passaggio 22b, almeno due linguette 22c convergenti l’una verso l’altra. Il corpo dei contatti 22 è formato con un materiale elettricamente conduttivo, quale un metallo o una lega metallica, ad esempio bronzo fosforoso, preferibilmente rivestito con stagno o oro o altro materiale atto a migliorare il contatto elettrico.

Le linguette 22c sono inserite in un relativo foro passante 20c definito nella porzione 20a del supporto e la base 22a viene fissata e/o saldata ad una superficie del supporto stesso o a sue piste conduttive. Di preferenza il foro 20c è circondato da materiale elettricamente conduttivo di una delle piste del disegno di circuito della disposizione circuitale 23, con la base 22a del contatto 22 che risulta almeno parzialmente sovrapposta al suddetto materiale conduttivo, così da ottenere il collegamento elettrico. Come visibile anche in figura 11, nella condizione assemblata, il passaggio 22b di un contatto è sostanzialmente allineato al foro 20c del supporto 20, con la base 22a addossata ad una superficie del supporto stesso (qui la superficie posteriore) e con le linguette 22c che preferibilmente sporgono dal foro 20c in corrispondenza della superficie opposta (qui la superficie frontale) del supporto 20.

Ai fini dell’assemblaggio del sensore il supporto 20, già provvisto della relativa componentistica elettrica ed elettronica, viene inserito nella cavità H del corpo 10a del sensore 10 in corrispondenza della sua parte aperta, ovvero dall’alloggiamento 12. A seguito di tale inserimento, quindi, la porzione 20b del supporto 20 risulta prevalentemente posizionata nell’ambito dell’involucro 16, mentre la porzione 20a risulta posizionata nell’ambito dell’alloggiamento 12. La posizione dei contatti 22 e dei fori 20c sul supporto 20 è tale per cui, a seguito del suddetto inserimento del supporto 20 nel corpo 10a, tali fori e contatti risultano affacciati ai passaggi interni al corpo connettore 12b. I terminali 21 vengono quindi piantati con interferenza nei relativi passaggi del corpo connettore 12a, di modo che le rispettive porzioni di interconnessione 21b penetrino dei fori 22a e 20c dei contatti 22 e del supporto 20, rispettivamente. Le porzioni 21b dei terminali si insinuano quindi tra le alette 22c, causandone una divaricazione elastica, che garantisce un adeguato collegamento elettrico ed un collegamento meccanico ben bilanciato. Preferibilmente tale connessione elettrica elastica è anche idonea ad evitare eventuali danni al supporto 20 ed al relativo circuito, dovuti ad esempio a possibili sollecitazioni meccaniche durante l’utilizzo del sensore 10, quali vibrazioni o stress applicati sui terminali 21.

Si apprezzerà che l’assemblaggio del sensore risulta molto semplice e facilmente automatizzabile, comportando operazioni in sé elementari, costituite dall’inserimento del supporto di circuito 20 nella cavità H del corpo 10a ed il successivo piantaggio dei terminali 21 nei relativi passaggi del corpo connettore 12a.

Come accennato, in una forma di attuazione, il corpo 10a del sensore 10 è provvisto di elementi di posizionamento e/o guida del supporto 20. La presenza di tali elementi semplifica ulteriormente l’assemblaggio del sensore 10, garantendo al contempo una elevata precisione di montaggio tra le parti ed una maggior precisione di misura. I suddetti elementi di posizionamento possono essere previsti nell’ambito di almeno uno tra l’alloggiamento 12 e l’involucro 16, preferibilmente sia nell’alloggiamento che nell’involucro. Come già accennato, uno o più elementi di posizionamento possono essere previsti nel coperchio 13 dell’alloggiamento 12.

Riferendosi ad esempio alle figure 10 e 11, in una forma di attuazione, sul lato interno di ciascuna di due pareti laterali opposte dell’alloggiamento 12 sono definite guide di inserimento e posizionamento, indicate con 12c, generalmente parallele tra loro e tra le quali è impegnabile una regione di bordo del supporto 20, particolarmente della sua porzione 20a. Nell’esempio illustrato le guide 12c sono definite in rilievo sulla superficie interna delle suddette pareti opposte dell’alloggiamento 12 (si veda a riferimento anche la figura 6, in cui è visibile la sommità di una guida 12c), ma non è esclusa dall’ambito dell’invenzione una realizzazione in cui guide aventi finalità simili a quelle delle guide 12c sono costituite da incavi che si estendono nella direzione longitudinale del corpo del sensore 10. Di preferenza la sommità delle guide 12c è conformata in modo da avere un invito di centraggio, qui definito da una superficie inclinata, atto ad agevolare l’imbocco dei bordi opposti della porzione 20a del supporto nelle rispettive coppie di guide 12c. La porzione 20a del supporto 20 può essere inserita con leggera interferenza tra le guide 12c o con gioco minimo.

Dalla figura 10 è anche visibile come, in una forma di attuazione preferita, anche il coperchio 13 presenta, sul lato interno della sua parete di sommità, una formazione di posizionamento 13a, definente una sede per il bordo prossimale o superiore (riferendosi alla figura) della porzione 20a. Anche in questo caso, di preferenza, la formazione di posizionamento 13a è conformata in modo da definire un invito di centraggio, qui comprensivo di due superfici inclinate convergenti, onde agevolare l’imbocco del bordo prossimale o superiore della porzione 20a nella relativa sede quando il coperchio 13 viene montato sull’alloggiamento 12. La formazione 13a comprende di preferenza una superficie o un elemento di fermo 13b idoneo ad evitare indesiderati movimenti assiali del supporto 20.

In una forma di attuazione preferita, tra l’estremità distale dell’involucro 16 e l’estremità distale del supporto 20 (ovvero della sua porzione 20a) è definito un spazio libero o luce, particolarmente per consentire di compensare eventuali differenti dilatazioni tra il materiale che forma l'involucro 16 ed il materiale che forma il supporto 20: una tale luce è indicata con H1in figura 12, che rappresenta un dettaglio ingrandito di figura 9, particolarmente della porzione di estremità distale del sensore 10. Per chiarire questo aspetto si consideri che un campo preferenziale di utilizzo del sensore 10, quale il settore dei veicoli, prevede il raggiungimento di temperature molto basse, ad esempio sino a -40° C, con una produzione del dispositivo che avviene invece sostanzialmente a temperatura ambiente, ad esempio a 25°C: riferendosi a tale esempio numerico, il sensore 10 è quindi soggetto ad una notevole escursione termica, alla quale corrispondono ritiri dell’involucro 16 variabili in relazione al materiale plastico impiegato.

Nell'ipotesi di avere una tale differenza o delta termico di 65°C (da 25°C a -40°C) è quindi prevista la luce H1, così da permettere una contrazione libera dell'involucro 16, senza che esso vada a contatto con l’estremità o bordo distale del supporto 20 e/è o prevista una luce H1tale da evitare che detta contrazione dell’involucro 16 possa danneggiare uno o più elettrodi J. Riferendosi ai materiali in precedenza citati, si possono considerare i seguenti valori di dilatazione termica:

- HDPE => 200 ppm/°C

- PP => 120 ppm/°C

- COC => 60 ppm/°C

- FR4 (supporto 20) => 20 ppm/°C

Considerando ora la formula H1[mm] = h unitario [mm/mm] x lunghezza Lu del sensore [mm], per il delta termico qui esemplificato (65° C) possono essere considerati i seguenti valori di h unitario:

- h per HDPE = 0,012 mm/mm

- h per PP = 0,007 mm/mm

- h per COC = 0,003 mm/mm

Pertanto, ad esempio per un corpo di sensore 10 con Lu = 150 mm in HDPE si avrà che il valore minimo di H1è pari a 0,012 x 150 = 1,8 mm; per un corpo di sensore di identica lunghezza Lu realizzato in PP, il valore minimo di H1è pari a 0,007 x 150 = 1,05 mm; per il medesimo corpo di sensore realizzato in COC, il valore minimo di H1è pari a 0,003 x 150 = 0,45 mm.

In una forma di attuazione preferita la porzione 20b del supporto di circuito 20 è posizionata entro l’involucro 16 del corpo 10a del sensore di livello in modo che il suo fronte, ovvero la sua faccia provvista degli elettrodi J, risulti adiacente o addossata alla relativa superficie interna, preferibilmente almeno parzialmente a contatto con essa. A tale scopo, di preferenza, all’interno dell’involucro 16 sono previsti uno o più elementi di posizionamento, tendenti a sollecitare la porzione 20b del supporto verso una parete dell’involucro 16. In un’attuazione, dal lato interno di una parete dell’involucro 16 sporge almeno un suddetto elemento di posizionamento, che si estende in direzione della parete opposta dello stesso involucro.

Una possibile forma di attuazione in tal senso è visibile in figura 13, che rappresenta una sezione trasversale dell’involucro 16 (particolarmente secondo un piano ortogonale all’asse X, passante ad esempio per la linea XIII-XIII di figura 4): da tale figura si nota come, dal lato interno di una delle pareti maggiori dell’involucro 16 sporgano due rilievi 16a (uno dei quali visibile anche nelle figure 5 e 9), generalmente paralleli tra loro e che si estendono nella direzione longitudinale dell’involucro, preferibilmente ma non necessariamente per la sua intera lunghezza (tali rilevi potendo anche presentare interruzioni intermedie). I rilievi 16a, qui definiti integralmente dal corpo 10a o dall’involucro 16, hanno di preferenza un profilo rastremato, di modo che una loro sommità generalmente appuntita o assottigliata risulti premuta contro il retro della porzione 20b del supporto 20. Come si intuisce, a seguito dell’inserimento del supporto 20 nella cavità H, i rilievi 16a sono atti a sollecitare il fronte della parte 20b contro la superficie interna della parete dell’involucro 16 opposta a quella da cui si elevano i rilievi stessi. Tale sollecitazione ha vantaggiosamente una componente elastica, dovuta ad una certa elasticità del materiale plastico costituente l’involucro 16.

In una forma di attuazione l’elemento posizionamento 16a o ciascun elemento di posizionamento 16a è formato con un materiale diverso da quello dell’involucro 16, quale un elastomero, ad esempio montato o costampato o sovrastampato all’involucro 16 e/o avere altra forma diversa da quella rappresentata, pur atta ad operare in spinta e/o in modo elastico sul supporto 20 e gli elettrodi J.

In un’attuazione preferita il rilievo o i rilievi 16a sono configurati per poter cedere elasticamente e/o deformarsi almeno nella loro zona di sommità, in modo da poter eventualmente consentire l’inserimento del supporto 20 anche nel caso in cui lo spessore di quest’ultimo sia maggiore di quello della distanza tra la punta dei rilievi 16a e la superficie interna dell’involucro 16 affacciata a tale punta (condizione che si potrebbe verificare a fronte di tolleranze dimensionali dovute a differenti ritiri del materiale plastico durante il relativo stampaggio), comunque garantendo la suddetta spinta.

In una forma di attuazione all’interno dell’involucro 16 - o comunque almeno tra il supporto 20 e la relativa parete affacciata dell’involucro 16a - è immesso un materiale fluido di riempimento non elettricamente conduttivo, onde preferibilmente assicurare l’assenza di bolle d’aria - particolarmente tra gli elettrodi J e l’involucro 16 - che potrebbero inficiare la corretta misura del livello, eseguita secondo le modalità in seguito descritte. Il suddetto materiale di riempimento, che di preferenza è destinato ad incapsulare e/o essere a contatto con almeno la porzione 20b del supporto 20, può essere ad esempio una resina poliuretanica o, preferibilmente, un gel, molto preferibilmente un gel siliconico. Un gel siliconico idoneo all’applicazione è ad esempio quello denominato SilGel® 612, commercializzato da Wacker Chemie AG, Monaco, Germania.

La presenza del gel suddetto ha principalmente la funzione di riempire gli eventuali interstizi che si determinano tra il fronte della porzione 20b del sensore e la parete dell’involucro 16 ad essa affacciata: tali interstizi - per quanto di volume minimo - possono sussistere ad esempio a causa della rugosità superficiale del supporto 20 e/o degli elettrodi J, o ancora quando gli elettrodi J hanno uno spessore che ne determina una leggera sporgenza rispetto alla superficie frontale della porzione 20b del supporto di circuito, o ancora a causa della rugosità e/o della possibile deformazione della parete dell’involucro 16, ad esempio a seguito della finitura superficiale del relativo stampo e/o del differente ritiro del materiale polimerico e/o termoplastico nel caso di stampaggio dell’involucro 16.

I concetti suesposti sono ulteriormente chiariti dai dettagli di cui alle figure 14 e 15. Nel dettaglio di figura 14 sono ben visibili la sommità di un rilievo 16, che preme sul retro della porzione 20b del supporto, con ciò spingendo gli elettrodi - uno dei quali indicato con J - contro la superficie interna della parete affacciata dell’involucro 16. L’ulteriore ingrandimento di figura 15 evidenzia la zona di interfaccia tra l’elettrodo J e la suddetta parete dell’involucro 16, dalla quale è possibile rilevare come - nel caso esemplificato - le superfici affacciate dei due elementi in questione presentino rispettive micro-cavità, ad esempio dovute a rugosità superficiali e/o deformazioni di materiali (ad esempio differenti ritiri del materiale durante lo stampaggio, lievi curvature, eccetera). In presenza del gel suddetto - indicato con G in figura 15 all’interfaccia tra e suddette micro cavità - i rilievi 16a sollecitano la parte 20b del supporto 20 contro la superficie interna dell’involucro 16, con ciò favorendo la fuoriuscita del gel in eccesso tra le due parti in questione: in tal modo, tra tali parti affacciate permane solo un film di gel G strettamente necessario per riempire le suddette micro-cavità. La citata fuoriuscita del gel G in eccesso è preferibilmente consentita dalla presenza di almeno una camera di sfogo nell’involucro 16, ad esempio comprendente la parte della cavità H interna all’involucro 16 che non è occupata dal supporto 20 e dai rilievi 16a: tale camera è indicata schematicamente con H2in figura 13 (la camera H2.può eventualmente comprendere lo spazio precedentemente indicato con H1).

Dalla figura 14 si apprezza anche una deformazione o lieve asportazione di materiale dalla sommità del rilievo 16a, che nell’esempio assume appunto una punta nominalmente arrotondata: come spiegato, la forma rastremata dei rilievi 16a è finalizzata a consentire una deformazione, particolarmente nel caso in cui la porzione 20b del supporto di circuito venga inserito in modo forzato nella cavità dell’involucro 16 (ad esempio nel caso di eccessivi ritiri dimensionali o tolleranze dovute allo stampaggio dell'involucro stesso), e per garantire sia la citata spinta volta ad ottenere un buon contatto tra gli elettrodi J e la superficie interna dell’involucro 16, sia a far defluire il gel in eccesso, ai fini di un’affidabile e precisa rilevazione. A tale riguardo si consideri che, nell’attuazione preferita, il gel viene immesso nella cavità dell’involucro 16 onde sostanzialmente riempirla, ma a fini pratici è sufficiente che il gel sia presente nella zona di interfaccia tra la porzione 20b del supporto con gli elettrodi J e la superficie affacciata dell’involucro 16, dove il gel in eccesso può come detto defluire nella suddetta camera di sfogo H2all’interno dell’involucro.

Come già accennato, le modalità di fissaggio del corpo 10a del sensore di livello 10 al serbatoio possono essere differenti da quelle in precedenza esemplificate. In generale, l’accoppiamento può essere basato sulla presenza di elementi in rilievo associati ad uno tra il corpo 10a del sensore 10 ed il serbatoio 1, previsti per l’accoppiamento con cavità o sedi presente sull’altro tra serbatoio e corpo 10a del sensore, l’accoppiamento avvenendo preferibilmente seguito di un movimento in parte assiale ed in parte angolare. In una forma di attuazione, l’accoppiamento meccanico tra il corpo 10a ed il serbatoio è un accoppiamento rapido, ad esempio un aggancio a scatto o un accoppiamento filettato o un innesto rapido. In figura 16 è ad esempio esemplificato il caso di un accoppiamento tra sensore 10 e serbatoio 1 basato su di un sistema di innesto sostanzialmente di tipo a baionetta. In tale esempio il corpo 10a del sensore è provvisto, nella sua porzione di attacco 14, di una pluralità di denti o rilievi superficiali di aggancio, uno solo dei quali visibile, indicato con 12d, destinati all’accoppiamento in rispettive sedi di aggancio 5a definite in posizioni periferiche rispetto all’apertura 5 della parete del serbatoio 1 provvista dell’apertura 5, qui la parete inferiore 4. Di preferenza tale parete del serbatoio 1 ha, in corrispondenza dell’apertura 5, un alloggiamento cilindrico di ricezione della porzione di attacco 14 e della relativa guarnizione 15, con le sedi 5a che si estendono tra la faccia superiore della parete 4 e la superficie cilindrica del suddetto alloggiamento. Ai fini dell’accoppiamento, il corpo 10a viene inserito attraverso l’apertura 5, sino a che la guarnizione 15 si attesta su di una relativa superficie di riscontro definita nel suddetto alloggiamento cilindrico, in cui anche la porzione di attacco è ricevuta. Tale inserimento viene effettuato di modo che i rilievi 12d si imbocchino in un tratto sostanzialmente verticale delle rispettive sedi 5a; un successivo movimento angolare impartito al corpo 10a determina il passaggio dei rilievi 12d in tratto sostanzialmente orizzontale delle sedi 5a, con un conseguente aggancio tra le parti, come tipicamente avviene in innesti a baionetta di tipo noto (potendosi comunque prevedere anche tratti inclinati nelle sedi 5a).

In una forma di attuazione è previsto, in aggiunta o in alternativa, un accoppiamento interno al serbatoio, quale un accoppiamento basato su rilievi di aggancio associati ad una tra l’estremità distale del sensore 10 e l’affacciata parete del serbatoio, i quali rilievi di aggancio si accoppiano a cavità presenti sull’altra tra le citate estremità distale e parete. Ad esempio, l’estremità distale dell’involucro 16 può essere provvista di uno o più rilievi o denti di aggancio, preferibilmente rilievi radiali, destinati all’accoppiamento in rispettive sedi di aggancio definite in un elemento che si eleva dalla parete del serbatoio affacciata alla suddetta estremità distale. Tale accoppiamento interno al serbatoio può prevedere elementi tecnicamente equivalenti a quelli descritti in riferimento all’esempio di figura 16.

Un accoppiamento del tipo illustrato in figura 16, oltre a non richiedere specifici utensili, consente di ottenere un montaggio elastico del corpo 10a del sensore 10 sul serbatoio 1. Nella forma di attuazione di cui alla figura 16 la forma dell’alloggiamento 12 è sostanzialmente cilindrica, ferme restando le sue caratteristiche descritte in precedenza.

In una forma di attuazione il fissaggio tra il corpo 10a del sensore di livello ed il serbatoio 1 è di tipo permanente, ad esempio realizzato tramite incollaggio o saldatura. Una soluzione di questo tipo è esemplificata in figura 17, in accordo alla quale dal lato esterno della parete 4 del serbatoio 1 (ma potrebbe essere la parete 2) si eleva un rilievo anulare 2a, qui un rilevo sostanzialmente quadrangolare, che circoscrive una regione della parete 4 in cui è definita l’apertura 5, qui consistente sostanzialmente di una fessura avente dimensioni di sezione di poco superiori a quelle dell’involucro 16. In questo caso la porzione di attacco 14 del corpo 10a ha sagoma sostanzialmente complementare al profilo chiuso definito dal rilievo 2a, ovvero quadrangolare nell’esempio illustrato, ed è preferibilmente provvista di un proprio rilievo anulare, complementare o speculare al rilievo 2a, non indicato. Ai fini dell’accoppiamento l’involucro 16 del corpo 10a viene inserito nell’apertura 5, sino a che la porzione di attacco 14 si accoppia con il rilievo 2a. Il fissaggio definitivo tra porzione 14 e rilievo 2a può essere realizzato tramite un collante depositato su almeno una delle due parti in questione (con tale collante che adempie anche funzioni di tenuta) oppure saldando tra loro la porzione 14 ed il rilievo 2a, ad esempio tramite una saldatura laser o a vibrazioni o a ultrasuoni, o ancora con rifusione di materiale o del tipo definito a lama calda. Naturalmente, in questo caso, i materiali costituenti la parete 2 o 4 del serbatoio 1 e la porzione di attacco 14 del corpo del sensore saranno materiali compatibili in vista della saldatura.

Nelle forma di attuazione di cui alla figura 17 la parete dell’alloggiamento 12 da cui sporge il corpo connettore 12a e lo stesso corpo connettore hanno struttura differente rispetto ai casi in precedenza illustrati, ferme restando le caratteristiche del dispositivo descritte con riferimento alle figure 1-15. Nelle figure 16 e 17 anche il collegamento tra i terminali interni al corpo connettore 12a ed il circuito interno del sensore 10 è diverso da quello in precedenza esemplificato. Secondo tali varianti vengono preferibilmente previsti dei connettori elettrici provvisti di un corpo connettore 12a sagomato in modo da definire dei mezzi di codifica, atti a consentire l’accoppiamento univoco con un rispettivo connettore elettrico esterno, e/o dei mezzi di polarizzazione, atti a consentire l’accoppiamento con detto connettore esterno solo nel verso corretto, evitando con ciò inversioni di polarità o collegamenti errati.

In figura 18 è illustrata una variante di attuazione simile a quella di figura 16, ma contraddistinta dalla presenza di due elementi elastici 15’ e 15”, qui rappresentati da anelli di tipo o-ring, con la porzione 14 di attacco che definisce relative sedi per tali elementi. Di preferenza, i rilievi superficiali di aggancio 12c sono definiti nella porzione 14 in una posizione intermedia ai due elementi elastici 15’ e 15”, ovvero in posizione intermedia alle relative sedi di posizionamento. Come visibile in figura 19, in una tale attuazione, l’alloggiamento cilindrico in corrispondenza dell’apertura di montaggio 5 è conformato in modo da avere due superfici di appoggio assiale 5b e 5c per gli elementi 15’ e 15”, rispettivamente, con le sedi di aggancio 5a per i rilievi 12d che sono in posizione intermedia a tali superfici.

In una tale attuazione la guarnizione inferiore 15” svolge funzioni di guarnizione, particolarmente a tenuta radiale tra la porzione 14 del corpo 10a e l’interno del relativo alloggiamento cilindrico. L’elemento elastico 15’ è invece destinato ad essere compresso assialmente tra la relativa superficie di appoggio della porzione 14- indicata con 14a in figura 16 - e la superficie 5b dell’alloggiamento cilindrico: in tal modo, nella condizione assemblata, la reazione elastica dell’elemento 15’ sollecita il corpo 10a nel suo complesso verso l’esterno dell’alloggiamento (verso il basso, con riferimento alla figura 18), garantendo un montaggio elastico ed il recupero di possibili tolleranze tra le parti in gioco.

Come detto, le configurazioni di montaggio descritte con riferimento alle figure 16-19 sono utilizzabili anche quando il sensore di livello 10 è associato alla parete superiore del serbatoio, similmente a quanto illustrato in figura 1.

Come si è visto, nelle forme di attuazione sin qui citate il sensore di livello 10 include una schiera di elementi capacitivi i quali includono ciascuno un singolo elettrodo J1- Jn(“n” essendo pari a 37, negli esempi sin qui illustrati). Il termine “singolo” intende qui significare che ciascun elettrodo J appartiene ad un elemento capacitivo che non necessita di un ulteriore elettrodo, come tipicamente avviene nei sensori di livello capacitivi noti, i quali presuppongono la presenza di coppie di elettrodi o armature affacciate o interdigitate, oppure la presenza di un elettrodo o armatura comune cui sono affacciati un pluralità di elettrodi o armature. Detto in altre parole, nella soluzione qui proposta ciascun elettrodo J realizza l’armatura di una sorta di “condensatore virtuale”, la cui altra armatura è realizzata dal mezzo soggetto a rilevazione presente nel serbatoio e dove la parete interposta dell’involucro 16 - o altro strato di isolamento che la sostituisce - costituisce il dielettrico o isolante tra le armature di tale condensatore virtuale, a cui eventualmente si aggiunge il dielettrico o isolante costituito dal sopra descritto strato di gel G.

In pratica, quindi, ciascun elettrodo J realizza, unitamente alla relativa elettronica di controllo, una sorta di sensore di prossimità capacitivo, in grado di rilevare la presenza o l’assenza del mezzo anche senza un contatto diretto con quest’ultimo. Un tale tipo di funzionamento si basa sul principio della rilevazione della capacità elettrica di un condensatore: l’elettrodo J è il lato sensibile del condensatore e ne costituisce un'armatura, mentre l'eventuale presenza nelle vicinanze di un mezzo conduttore elettricamente realizza l'altra armatura del condensatore. In tal modo, la presenza o l’assenza di un mezzo in prossimità di ciascun elettrodo J determina una capacità elettrica che l’elettronica di controllo è in grado di rilevare.

Nell’applicazione qui considerata ciascun elettrodo J è quindi suscettibile di realizzare almeno due diverse strutture capacitive in funzione della presenza o dell’assenza del liquido di fronte ad esso, e precisamente almeno

- una prima struttura capacitiva avente un primo valore di capacità elettrica, quando un elettrodo J è affacciato al liquido, ovvero quando il livello del liquido nel serbatoio è in corrispondenza o al di sopra dell’elettrodo J considerato, e

- una seconda struttura capacitiva avente un secondo valore di capacità elettrica, quando un elettrodo J non è affacciato al liquido, ovvero quando il livello del liquido nel serbatoio è al di sotto dell’elettrodo J considerato.

Nella realizzazione preferita illustrata, come si è visto, gli elettrodi J sono isolati rispetto al liquido, in quanto contenuti nell’involucro 16 elettricamente isolante ed a tenuta di fluido: la parete dell’involucro 16 cui gli elettrodi J sono affacciati, con l’eventuale strato di gel G interposto, può quindi essere assimilata ad una sorta di dielettrico del sopra citato “condensatore virtuale”.

Lo spessore della parete dell’involucro 16 affacciata agli elettrodi J, ovvero dello strato di isolamento, può essere indicativamente compreso tra 0,1 e 5 mm, preferibilmente compreso tra 0,6 e 1 mm, molto preferibilmente di circa 0,8 mm. Come già accennato, inoltre, l’involucro cavo 16 può essere sostituto da una sovrastampatura diretta di materia plastica sull’elemento sensibile o da una generica parete o strato di isolamento degli elettrodi J, con spessore della parte affacciata agli elettrodi J analogo a quanto indicato per l’omologa parete dell’involucro 16.

Ciascun elettrodo J è elettricamente collegato - da solo oppure in comune, particolarmente in parallelo, con almeno un altro elettrodo J, come spiegato in seguito - ad un rispettivo ingresso di una pluralità di ingressi del controllore 24 appartenente alla disposizione circuitale 23. Di preferenza, tra ciascun ingresso del controllore ed un relativo elettrodo J è prevista una resistenza di filtro (due di tali resistenze sono indicate con R1ed Rnnelle figure 6 e 7). Il controllore 24 è sostanzialmente predisposto per discriminare il valore di capacità elettrica associato a ciascun elettrodo J almeno tra i suddetti primo e secondo valore di capacità elettrica ed individuare di conseguenza almeno una transizione liquido/aria nel serbatoio, indicativa del livello del mezzo quando questo è allo stato fluido. In una forma di attuazione preferita il controllore 24 effettua un campionamento sequenziale dei valori di capacità elettrica presenti agli ingressi cui sono collegati gli elettrodi J, onde individuare la suddetta transizione.

Il controllore 24 è di preferenza un microcontrollore elettronico digitale provvisto di un convertitore analogico-digitale. A mero titolo di esempio, un microcontrollore commerciale idoneo all’applicazione qui proposta è quello identificato dal codice PIC16F1517 commercializzato da Microchip Technology Inc., Chandler, AZ, U.S.A. Si noti comunque che le funzioni del controllore 24 possono essere almeno in parte implementate tramite circuiti esterni dedicati: ad esempio, in una forma di attuazione preferita, il controllore 24 è costituito da un microcontrollore che implementa un modulo convertitore analogico-digitale, ma in altre attuazioni il controllore 24 può includere un microcontrollore (o un microprocessore o un circuito integrato ASIC o FPGA) ed un circuito integrato (o esterno o indipendente) dedicato ad adempiere le funzioni di convertitore analogico-digitale.

La figura 20 mostra in forma schematica un controllore 24 che, a solo scopo esemplificativo, include “n” ingressi di segnale IN (qui in numero di venti), cui sono collegati, tramite relative piste conduttive 25, altrettanti elettrodi J in configurazione singola (ossia non collegato in comune o in parallelo ad altri elettrodi).

In un’attuazione preferita la rilevazione del valore di capacità elettrica a ciascuno degli ingressi IN è effettuata in maniera indiretta, basandosi sulla misura di una tensione. In un tale caso, di preferenza, gli ingressi IN del controllore 24 sono ingressi analogici ed il controllore implementa o ha associato un convertitore analogico-digitale.

In una attuazione preferita a ciascun ingresso IN è associato un circuito includente un interruttore controllabile ed un condensatore, qui anche definiti interruttore di campionamento e condensatore di campionamento. L’interruttore controllabile è commutabile tra una prima posizione, nella quale il condensatore di campionamento è collegato ad una sorgente di tensione, ed una seconda posizione, nella quale il medesimo condensatore è collegato ad un rispettivo elettrodo J o a più elettrodi J collegati in comune (in parallelo). Di preferenza la detta tensione è una tensione continua, ad esempio la tensione di alimentazione della disposizione circuitale 23. Il controllore 24 ha mezzi per causare la commutazione dell’interruttore controllabile dalla prima posizione alla seconda posizione, così da scaricare il condensatore di campionamento in modo proporzionale al valore di capacità elettrica associato al relativo elettrodo J o gruppo di elettrodi J collegati in comune. Inoltre il controllore 24 ha mezzi per determinare la tensione all’ingresso IN quando l’interruttore controllabile è nella sua seconda posizione, tale tensione essendo indicativa della capacità elettrica associata all’elettrodo J o al gruppo di elettrodi J. Il controllore 24 ha poi mezzi comparatori, per confrontare la tensione determinata presente all’ingresso IN con almeno una relativa soglia di riferimento, e con ciò dedurre se il liquido è affacciato o non affacciato all’elettrodo J oppure ad almeno uno degli elettrodi del gruppo di elettrodi J collegati in comune.

In una forma di attuazione preferita la scansione o campionamento degli ingressi IN viene realizzata utilizzando un circuito di Sample and Hold associato ad un convertitore analogico-digitale e la misurazione di capacità di ogni elettrodo J o gruppo di elettrodi J avviene come confronto di misura rispetto alla capacità intrinseca di tale circuito.

Un esempio di funzionamento di un sensore secondo la configurazione di figura 20 - ossia con singoli elettrodi collegati a rispettivi ingressi del controllore 24 -è illustrato schematicamente in figura 21. Si noti che in tale figura è rappresentato, solo per esigenze di maggiore chiarezza, un sensore di livello montato dall’alto, ossia nella configurazione di figura 1: i relativi elettrodi J, tuttavia, sono illustrati nel medesimo ordine di figura 20 (quindi con l’elettrodo J1più in basso e l’elettrodo Jnpiù in alto).

In figura 21 è visibile il serbatoio 1, con all’interno la parte di rilevazione 11 del sensore, ovvero gli elettrodi J1-Jncontenuti nel relativo involucro 16 che è almeno parzialmente annegato nel liquido AdBlue, indicato con L (il supporto 20 non è qui rappresentato per esigenze di chiarezza, o considerando che - in una possibile attuazione - lo stesso involucro 16 potrebbe adempiere le funzioni del supporto 20). Nell’esempio illustrato gli ingressi analogici IN del controllore 24 solo collegati ad un multiplexer MTP implementato nel controllore stesso, il quale sostanzialmente opera come un deviatore elettronico, cui è associato un circuito di campionamento o di Sample and Hold, comprendente un condensatore di Hold CHOLD(holding capacitor) ed un interruttore di campionamento SS (sampling switch). L’interruttore SS è commutabile tra una prima posizione, di collegamento alla tensione VDD(ad esempio la tensione di alimentazione del controllore 24) ed una seconda posizione, di collegamento ad un’uscita del multiplexer MTP, ovvero una posizione di collegamento agli elettrodi J.

Tramite il multiplexer MTP gli ingressi IN, e quindi gli elettrodi J, vengono collegati sequenzialmente all’interruttore SS. L’interruttore SS viene commutato ciclicamente, in modo sincronizzato al funzionamento del multiplexer MTP, tra la prima posizione, di carica del condensatore CHOLD, e la seconda posizione, di collegamento dello stesso condensatore all’ingresso IN selezionato al momento dal multiplexer MTP, e quindi al relativo elettrodo J. Con l’interruttore SS nella sua seconda posizione si determina in sostanza un bilanciamento di carica tra la capacità del condensatore CHOLDe la capacità associata all’elettrodo J; in altre parole, con tale bilanciamento di carica il condensatore CHOLDsi scarica in modo proporzionale alla capacità del “condensatore virtuale” definito dall’elettrodo J. Tramite il convertitore ADC viene quindi determinata la quantità di carica, ovvero una tensione residua del condensatore CHOLD, che è poi confrontata con una soglia di riferimento predefinita, onde dedurre se l’elettrodo J è affacciato o meno al liquido L, ovvero se l’elettrodo J ha assunto la prima struttura o configurazione capacitiva o la seconda struttura o configurazione capacitiva indicate precedentemente.

Come spiegato in precedenza, quando un elettrodo J è affacciato al liquido L (ad esempio elettrodo J1di figura 21) ad esso è associato un primo valore di capacità elettrica, mentre in caso contrario (come per l’elettrodo Jno Jn-1di figura 21) ad esso è associato un secondo valore di capacità elettrica, inferiore al primo valore. In figura 21 il blocco in tratteggio indicato con VE è inteso rappresentare in modo schematico la funzionalità di elettrodo o armatura “virtuale” realizzata dal liquido L, come sopra spiegato.

A seguito del suddetto bilanciamento tra le cariche del condensatore CHOLDe dell’elettrodo J1, il valore di tensione ai capi del condensatore e/o all’ingresso IN1potrà sostanzialmente coincidere oppure essere maggiore o minore di una determinata soglia di riferimento, memorizzata preventivamente nel controllore 24. Ad esempio, in una forma di attuazione, il controllore 24 può essere programmato in modo che la rilevazione ad un ingresso IN di una tensione uguale alla soglia predefinita o superiore ad essa è indicativa del fatto che l’elettrodo considerato non è affacciato al liquido L (come per l’elettrodo Jn), mentre la rilevazione all’ingresso IN di una tensione al di sotto della soglia è indicativa del fatto che l’elettrodo è affacciato al liquido (come per l’elettrodo J1).

Come si intuisce, effettuando il campionamento sequenziale descritto, il controllore 24 risulta in grado di individuare i due elettrodi J corrispondenti alla transizione liquido/aria nel serbatoio 1: una volta rilevata la presenza della transizione liquido/aria il controllore può desumere il livello del liquido in base al fatto che quello tra i due elettrodi J cui è associato il valore di tensione uguale alla soglia o al di sopra di essa risulta essere il primo in aria (o per converso, l’elettrodo cui è associato il valore di tensione sotto la soglia risulta essere l’ultimo affacciato al fluido).

A tal fine nel circuito 24 sono di preferenza contenute informazioni rappresentative di valori in lunghezza (altezza) corrispondenti alla posizione di ciascun elettrodo J, o comunque della distanza tra gli elettrodi J nella direzione dell’asse di misura X, in modo da poter stabilire o calcolare il livello secondo l’unità di misura predefinita. L’elettronica del sensore 10 provvede a trasmettere o generare segnali verso l’esterno e/o il connettore elettrico del sensore 10, rappresentativi delle informazioni di livello.

Si apprezzerà che la funzionalità descritta con riferimento alla figura 21 è ottenibile anche con circuiti diversi ma tecnicamente equivalenti a quello esemplificato: ad esempio a ciascun ingresso IN del controllore 24 potrebbe essere associato un rispettivo circuito svolgente le funzionalità del circuito di Sample and Hold sopra descritto, con un multiplexer MTP tra tali circuiti ed il convertitore ADC. Altra possibilità è quella di dotare ciascun ingresso IN di un circuito svolgente le funzionalità del circuito di Sample and Hold sopra descritto, interfacciato direttamente ad un convertitore ADC: un tale caso è ad esempio schematizzato in figura 22.

Preferibilmente l’elettronica del sensore oggetto dell’invenzione è opportunamente inizializzata e/o calibrata in fase produttiva, con memorizzazione del relativo software o programma e/o di almeno alcune delle variabili (quali una o più soglie impiegate nelle rilevazioni di livello), ad esempio dipendenti dalla configurazione fisica del sensore e del sistema di installazione, qui rappresentato dal serbatoio 1.

In una forma di attuazione la fase di calibrazione include una lettura di tutti i valori degli elettrodi J a secco o in aria (ossia non affacciati al liquido), ai fini di definire prime soglie di riferimento e/o definire un annullamento dell’offset iniziale, ovvero per compensare le capacità parassite dovute a materiali, strutture, spessori, eccetera del sensore e/o del sistema di installazione. Tale valore viene memorizzato come riferimento di soglia per le rilevazioni, quale una soglia massima in tensione elettrica rilevabile sul condensatore CHOLDe/o dal circuito ADC, tale valore di soglia potendo successivamente essere variato a fronte di misure effettuate nel corso della vita utile del sensore, ad esempio per mezzo di un elettrodo dedicato di riferimento. Questa operazione di calibrazione è di preferenza eseguita una sola volta in linea di produzione, ma per alcune applicazioni dove il serbatoio presenta geometrie critiche che possono avere un peso sulla misura del dato grezzo degli elettrodi J (quali ad esempio volumi molto ristretti e presenza di materiale metallico) è possibile utilizzare questa calibrazione o auto-calibrazione direttamente sul sensore 10 installato, in modo da avere una calibrazione ottimale nel sistema reale e/o annullare tutti i possibili effetti di rumore dovuti all’ambiente esterno.

Il principio di funzionamento descritto è in una certa misura dipendente dalla temperatura e dall’invecchiamento del sistema, se osservato in modo assoluto. Per tale ragione, in una forma di attuazione preferita , il controllore 24 è programmato per effettuare una misura di tipo differenziale, preferibilmente impiegando allo scopo almeno un elettrodo di riferimento. Atteso che l’effetto della temperatura è rappresentato da un offset sulla misura del valore di tensione determinato ad un ingresso IN del controllore 24, eseguendo una misura differenziale tra un elettrodo di rilevazione ed un elettrodo di riferimento è possibile ricavare sia la misura sull’elettrodo di rilevazione, sia a sottrarre l’effetto di modo comune presente sugli elettrodi di rilevazione, e quindi a cancellare l’eventuale deriva termica e/o strutturale prodotta dal cambiamento di temperatura e/o dall’invecchiamento; la citata deriva termica può essere compensata anche tramite un sensore di temperatura, ad esempio del tipo di quelli indicati con 26 e 27. In accordo a tale forma di attuazione, quindi, il valore di tensione determinato, impiegato per la comparazione con l’almeno una soglia di riferimento, è preferibilmente un valore differenziale.

Il suddetto elettrodo di riferimento è di preferenza l’elettrodo più in basso all’interno del serbatoio 1 e quindi, riferendosi agli esempi sin qui illustrati, l’elettrodo J1. E’ anche possibile prevedere anche più elettrodi di riferimento (ad esempio i primi tre elettrodi J a partire dal basso), utilizzabili per l’effettuazione della misura differenziale, così come programmare il controllore 24 per scegliere di volta in volta uno qualsiasi degli elettrodi J1-Jncome elettrodo di riferimento ai fini dell’effettuazione della misura differenziale (il controllore 24 è infatti in grado di individuare un elettrodo affacciato o non affacciato al liquido, a motivo del fatto che la capacità elettrica nelle due condizioni è diversa e della presenza della sopra citata soglia massima).

In un’attuazione di questo tipo il controllore 24 effettuata una scansione di tutti gli elettrodi J con acquisizione del relativo dato grezzo di tensione, per la verifica di presenza del liquido: in questa fase il controllore 24 calcola la differenza tra il dato grezzo di ciascun elettrodo di rilevazione ed il dato grezzo dell’elettrodo di riferimento J1, ottenendo una misura relativa. Questa differenza viene confrontata con almeno una soglia minima definita in fase di progetto: in una possibile attuazione, se almeno una delle differenze calcolate tra ciascun elettrodo di rilevazione J2- Jne l’elettrodo di riferimento J1è sotto la soglia minima, allora significa che l’elettrodo di rilevazione in questione è almeno parzialmente affacciato al liquido L; il caso contrario l’elettrodo in questione è in aria, ovvero ad un’altezza superiore al livello del liquido L.

Come già indicato, la ricerca del livello è sostanzialmente basata sull’individuazione, da parte del controllore 24, dei due elettrodi di rilevazione corrispondenti alla transizione tra liquido e aria. La valutazione è effettuata confrontando l’informazione relativa (la misura differenziale) con soglie predefinite per ogni elettrodo e definite in fase di progetto (eventualmente sostituibili con soglie definite e memorizzate a seguito di un collaudo con liquido in fase produttiva), onde desumere se un elettrodo è affacciato al liquido oppure no. A seguito della scansione effettuata il controllore può così individuare due elettrodi di rilevazione adiacenti, dei quali l’uno è affacciato al liquido e l’atro no, ovvero della posizione in altezza della transizione liquido/aria nel serbatoio 1.

In una forma di attuazione di per sé inventiva il circuito elettronico del sensore 10 è soggetto ad una taratura o configurazione in base alla tipologia e/o conducibilità del mezzo soggetto alla rilevazione di livello, particolarmente considerando che nel caso di mezzi poco conduttivi, ovvero resistivi, si determinerebbe anche una sorta di resistenza elettrica virtualmente collegata in serie al condensatore di misura, la quale resistenza potrebbe determinare un aumento del tempo necessario per raggiungere il valore di soglia finale (quale un aumento del tempo di carica del “condensatore virtuale” cui appartiene un elettrodo J e/o un aumento del tempo di scarica del condensatore CHOLD); in tale ottica, la citata taratura può essere ad esempio prevista onde tener conto di eventuali ritardi nella misura di campionamento, ed evitare misure errate su valori non ancora ben stabilizzati.

In una forma di attuazione di per sé inventiva il circuito elettronico del sensore 10 è configurato per rilevare la curva di carica del “condensatore virtuale” corrispondente all’elettrodo di misura J e/o per rilevare la curva di scarica di un condensatore di campionamento, quale il condensatore CHOLD, dove la curva di carica e/o di scarica è variabile almeno in proporzione alle caratteristiche di conducibilità e/o impedenza elettrica del mezzo soggetto a misura, in modo da poter determinare caratteristiche del mezzo soggetto a rilevazione. Il circuito elettronico può impiegare l’informazione così acquisita ai fini dell’esecuzione di una o più tra operazioni di rilevazione, operazioni di elaborazione, operazioni di confronto, operazioni di memorizzazione, operazioni di compensazione, operazioni di segnalazione. A tal fine sono utilizzabili elementi strutturali e/o circuitali almeno in parte analoghi a quelli precedentemente descritti.

Come accennato, in una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa, gli elettrodi di rilevazione comprendono almeno primi elettrodi di rilevazione, collegati a rispetti ingressi IN del controllore 24, e secondi elettrodi di rilevazione che sono collegati elettricamente in comune o in parallelo ai primi elettrodi di rilevazione, la definizione di collegamento in parallelo riferendosi anche al collegamento in parallelo tra i “condensatori virtuali” definiti dagli elettrodi J che sono tra loro collegati in comune rispetto ad un rispettivo ingresso IN.

Un esempio di questo tipo è illustrato schematicamente in figura 23, dove i suddetti primi elettrodi vanno dall’elettrodo J4all’elettrodo J20, mentre i secondi elettrodi vanno dall’elettrodo J21all’elettrodo Jn; in questo esempio gli elettrodi J1- J3possono essere elettrodi di riferimento. Nella configurazione di figura 23 si possono sostanzialmente individuare una prima sotto-schiera (o modulo o blocco o gruppo) di primi elettrodi, che vanno dall’elettrodo J4all’elettrodo J20, ed una seconda sottoschiera di secondi elettrodi, che vanno dall’elettrodo J21all’elettrodo Jn, tra loro sostanzialmente collegati in comune o in parallelo; il numero di sotto-schiere di elettrodi può essere aumentato al fine di ottenere sensori di livello più o meno lunghi, ovvero al fine di consentire differenti misure di livello.

In una realizzazione di questo tipo i mezzi comparatori implementati nel controllore 24 sono predisposti per confrontare la tensione determinata all’ingresso IN corrispondente a due elettrodi collegati in comune (ad esempio gli elettrodi J4e J21in parallelo) con almeno due relative soglie di riferimento, onde dedurre se il liquido è affacciato o non affacciato al primo elettrodo di rilevazione (l’elettrodo J4) e/o al relativo secondo elettrodo di rilevazione (l’elettrodo J21). La misura può essere effettuata secondo le modalità precedentemente descritte. Di preferenza, anche in questo caso la misura viene effettuata acquisendo il dato grezzo all’ingresso IN cui sono collegati i due elettrodi di rilevazione collegati in comune, e referenziando poi tale valore rispetto ad un elettrodo di riferimento, quale l’elettrodo J1, onde passare da una misura assoluta ad una misura differenziale per annullare l’eventuale effetto di errore di modo comune dovuto alla temperatura e/o all’invecchiamento del sensore di livello, come precedentemente descritto.

In una forma di attuazione il valore ottenuto dalla misura differenziale viene confrontato con un numero di soglie pari a quello del numero di elettrodi collegati in comune aumentato di 1. Riferendosi all’esempio qui considerato di due elettrodi J in parallelo, quindi, il valore differenziale viene confrontato con tre soglie distinte definite a progetto o in fase produttiva: un valore uguale ad una prima soglia o entro un suo intorno determinato (ad esempio /- 40%) indica che entrambi gli elettrodi non sono affacciati al liquido, un valore uguale ad una seconda soglia o entro un suo intorno determinato (ad esempio /- 40%) indica che uno degli elettrodi (conosciuto in base alla sua posizione fisica) è affacciato al liquido e l’altro elettrodo no, un valore uguale ad una terza soglia o entro un suo intorno determinato (ad esempio /-40%) indica infine che entrambi gli elettrodi sono affacciati al fluido.

In una diversa forma di attuazione è prevista una logica di analisi più semplificata, in accordo alla quale il valore ottenuto dalla misura differenziale viene confrontato con un numero di soglie pari a quello del numero di elettrodi collegati in comune. Riferendosi ancora all’esempio qui considerato di due elettrodi J in parallelo, quindi, il valore differenziale viene confrontato con due sole soglie: un valore sopra una prima soglia indica che entrambi gli elettrodi non sono affacciati al liquido, un valore tra le due soglie indica che uno degli elettrodi (conosciuto in base alla sua posizione fisica) è affacciato al liquido e l’altro elettrodo no, un valore sotto la seconda soglia indica infine che entrambi gli elettrodi sono affacciati al fluido.

Naturalmente, in base al medesimo principio sopra decritto, possono essere previsti più di due elettrodi collegati in comune, ovvero più sotto-schiere con i rispettivi elettrodi in parallelo, nel qual caso il numero di soglie di riferimento per ciascun ingresso IN sarà pari al numero di elettrodi di ciascun parallelo aumentato di 1 oppure pari al numero di elettrodi di ciascun parallelo, a seconda dell’approccio di analisi implementato.

Ad esempio, in figura 24 è illustrato il caso di primi, secondi e terzi elettrodi di rilevazione collegati in comune o parallelo. I primi elettrodi vanno dall’elettrodo J4all’elettrodo J20, i secondi elettrodi vanno dall’elettrodo J21all’elettrodo J37ed i terzi elettrodi vanno dall’elettrodo J38all’elettrodo Jn; in questo esempio gli elettrodi J1- J3possono essere elettrodi di riferimento. Nell’esempio di figura 24 si possono quindi individuare tre sotto-schiere di elettrodi o “condensatori virtuali”, con gli elettrodi di una sotto-schiera (J4-J20) che sono sostanzialmente collegati in comune o in parallelo con omologhi elettrodi delle altre sotto-schiere (J21-J37e J38-Jn).

In una realizzazione di questo tipo i mezzi comparatori implementati nel controllore 24 sono predisposti per confrontare la tensione determinata all’ingresso IN corrispondente a tre elettrodi in parallelo (ad esempio gli elettrodi J4, J21e J37) con tre relative soglie di riferimento, onde dedurre se il liquido è affacciato o non affacciato al primo elettrodo di rilevazione (l’elettrodo J4) e/o al relativo secondo elettrodo di rilevazione (l’elettrodo J21) e/o al terzo elettrodo di rilevazione (l’elettrodo J37). Un esempio di funzionamento di una disposizione del tipo di quella illustrata in figura 24 è qui di seguito descritta con riferimento alle figure 25 e 26.

La figura 25 è una rappresentazione schematica simile a quella di figura 21, nella quale sono evidenziati solo due ingressi IN4e INndel controllore 24 (la rappresentazione dell’elettrodo di riferimento J1è qui omessa per esigenze di chiarezza). Come per il caso di figura 21 il controllore 24 effettua il campionamento sequenziale dei suoi ingressi analogici IN, con relativa misura differenziale per ciascuno di essi e relativo confronto con le tre soglie predefinite per elettrodi J affacciati al liquido L e/o alla soglia predefinita per elettrodi J “a secco”, ossia non affacciati al liquido L.

In figura 26 è esemplificato in forma grafica e schematica il principio di misura adottato per i vari ingressi IN, ad esempio l’ingresso IN4. Si assuma che la tensione iniziale di 5 V indicata nei grafici corrisponda alla tensione VDDdi figura 25. Con TH1, TH2 e TH3 sono indicati tre valori di soglia predefiniti per l’ingresso IN4,ovvero una soglia massima, una soglia minima ed una soglia intermedia, rispettivamente, per la condizione di elettrodi affacciati al liquido.

Il grafico di cui alla parte a) di figura 26 esprime la condizione che si verifica<nel caso in cui nessuno dei tre elettrodi J>4<, J>21<e J>38<risulti affacciato al fluido, a>seguito della commutazione dell’interruttore SS di figura 25 nella sua posizione in cui il condensatore CHOLDè collegato al relativo gruppo di elettrodi di rilevazione J4, J21e J38. In figura, il fronte di discesa della tensione vuole rappresentare la diminuzione del valore di tensione dovuta alla misura differenziale effettuata con le modalità in precedenza descritte e/o al fatto che, anche se non affacciati al liquido L, ai tre elettrodi in questione è comunque associata una pur minima capacità elettrica, dovuta alla struttura del dispositivo. La discesa della tensione nel grafico di cui alla parte a) di figura 26 viene rilevata anche in riferimento ad un determinato valore di soglia “a secco”, indicato con THD, superiore al valore di soglia massima TH3, tale valore di soglia THD essendo utilizzabile anche ai fini della discriminazione rispetto alle tre soglie di rilevazione TH1, TH2 e TH3. La discesa della tensione nel grafico a) rimane nell’intorno determinato (ad esempio il già citato /- 40%) della soglia THD, e comunque al di sopra della soglia massima TH3: il controllore 24 deduce quindi l’assenza di liquido di fronte agli elettrodi J4, J21e J38.

Il grafico di cui alla parte b) di figura 26 esprime invece la condizione che si verifica nel caso in cui uno degli elettrodi J4, J21e J38risulti affacciato al liquido L. In questo caso la diminuzione del valore di tensione è maggiore rispetto al caso precedente: oltre alla misura differenziale, infatti, la capacità elettrica complessiva associata ai tre elettrodi è maggiore rispetto al caso precedente, atteso che uno di essi è affacciato al liquido L. Il valore di tensione è ora nell’intorno determinato della soglia TH3, e da ciò il controllore 24 deduce la presenza di liquido di fronte ad uno solo degli elettrodi; ovvero l’elettrodo più in basso fra i tre (essendo nota al controllore la posizione fisica degli elettrodi).

Il grafico di cui alla parte c) di figura 26 esprime invece la condizione corrispondente a quella di figura 25, ovverosia la condizione in cui due degli elettrodi J4, J21e J38risultano affacciati al liquido L. la diminuzione di tensione è ora maggiore rispetto al caso della parte b) della figura 23 poiché, oltre alla misura differenziale, nella condizione in questione la capacità elettrica complessiva associata ai tre elettrodi è ulteriormente accresciuta rispetto al caso precedente. Il valore di tensione è ora nell’intorno determinato della soglia TH2: il controllore 24 deduce quindi la presenza di liquido di fronte agli elettrodi J20e J37e l’assenza di liquido di fronte al restante elettrodo Jn, ovvero l’elettrodo più in alto fra i tre. Tale discriminazione è effettuata considerando anche che, nel caso di condizioni di ghiacciamento o solidificazione parziale del liquido, è possibile combinare altre rilevazioni per meglio discriminare tale condizione, quale una verifica e comparazione con lo stato di elettrodi adiacenti e/o una rilevazione di temperatura. Infine, il grafico di cui alla parte d) di figura 26 esprime la condizione in cui tutti e tre gli elettrodi J4, J21e J38risultano affacciati al liquido L. la diminuzione di tensione è evidentemente maggiore rispetto al caso della parte c) della figura 23 poiché, oltre alla misura differenziale, nella condizione in questione la capacità elettrica complessiva associata ai tre elettrodi è massima. Il valore di tensione è ora nell’intorno determinato della soglia TH1, dal che il controllore 24 deduce la presenza di liquido di fronte ai tre elettrodi J21e J38.

Come in precedenza chiarito, le medesime risultanze sono ottenibili utilizzando una logica semplificata, ovvero comparando il valore di tensione con le sole tre soglie di rilevazione TH1, TH2 e TH3, nel modo che segue:

- parte a) di figura 26: con il valore di tensione che rimane al di sopra della soglia TH3 il controllore 24 deduce l’assenza di liquido di fronte agli elettrodi J4, J21 e J38;

- parte b) di figura 26: con il valore di tensione che è compreso tra la soglia TH3 e la soglia TH2 il controllore 24 deduce la presenza di liquido di fronte all’elettrodo più in basso fra i tre;

- parte c) di figura 26: con il valore di tensione che è compreso tra la soglia TH2 e la soglia TH1 il controllore 24 deduce la presenza di liquido di fronte agli elettrodi J20 e J37 e l’assenza di liquido di fronte al restante elettrodo Jn; e

- parte d) di figura 26: con il valore di tensione che scende al di sotto della soglia TH1 il controllore 24 deduce la presenza di liquido di fronte ai tre elettrodi J21 e J38.

Effettuando la scansione degli ingressi IN con una delle modalità sopra esemplificate, il controllore 24 è in grado di individuare la transizione liquido/aria. Nel caso specifico di figura 25, quindi, il controllore 24 potrà dedurre la presenza di una transizione liquido/aria tra gli elettrodi J37e J38, individuando con ciò il livello del liquido nel serbatoio 1.

Da quanto sopra descritto si evince come il tipo di realizzazione proposto risulta estremamente flessibile in relazione alle possibili lunghezze richieste per il sensore di livello. In altri termini, con un dato controllore 24 e sostanzialmente a parità del numero dei suoi ingressi analogici IN (o con un numero di ingressi IN di poco superiore, come in seguito descritto) è possibile realizzare sensori di livello di diverse lunghezze, prevedendo per la rilevazione l’impiego di elettrodi singoli J, oppure due elettrodi J in parallelo, o ancora tre elettrodi J in parallelo, e così via.

Ad esempio, posizionando venti elettrodi J singoli aventi 2 mm di altezza e posti a 2 mm di distanza l’uno dall’altro, si raggiungono 78 mm di area sensibile per la misura di livello ((20 elettrodi 19 spazi fra di essi)* 2 mm). Quando è necessario aumentare la lunghezza dell’area sensibile (misura di livelli più alti) mantenendo la stessa risoluzione di misura è possibile impiegare due elettrodi in parallelo, oppure tre, anche mantenendo il medesimo controllore 24.

Di preferenza, in presenza di primi elettrodi di rilevazione collegati in comune a ulteriori elettrodi di rilevazione, è preferibile che la posizione fisica delle varie sotto-schiere di elettrodi sia tra loro la più distante possibile, al fine di aumentare la differenza di segnale e quindi la qualità dell’informazione di livello. Per tale motivo, in un’attuazione preferita, se sono previsti più gruppi di elettrodi di rilevazione collegati in comune, gli elettrodi di ciascun gruppo formano rispettive sotto-schiere disposte in sequenza lungo l’asse di rilevazione del sensore, come si evince ad esempio dalle figure 23 e 24. In generale, e riferendosi ad esempio alla figura 24, può essere applicata la regola secondo cui, dato un numero y (ad esempio 17 elettrodi) di primi elettrodi (J4-J20) in parallelo a secondi elettrodi (J21-J37), tra ciascun primo elettrodo ed il relativo secondo elettrodo saranno interposti y-1 elettrodi (ad esempio 16 elettrodi).

Grazie alla tipologia costruttiva descritta è anche possibile avere differenti sensibilità di lettura del livello: ciò può essere ottenuto, in fase di realizzazione della parte 20a del supporto cui relativi elettrodi J, posizionando gli elettrodi stessi con interasse a distanza pari alla risoluzione voluta. E’ anche possibile prevedere almeno due risoluzioni di misura differenziate sulla porzione sensibile 20b del sensore, particolarmente almeno una risoluzione di misura più elevata ed una risoluzione di misura più bassa, in una zona bassa ed in una zona alta della porzione 20b, o viceversa. In un tale caso gli elettrodi nella zona bassa della porzione 20b potranno essere più vicini tra loro rispetto agli elettrodi presenti nella zona alta, o viceversa. La distanza minima tra due elettrodi può essere ad esempio pari a 1 mm. E’ poi evidente che le dimensioni degli elettrodi definisco la quantità di capacità elettrica misurabile dall’elettronica di controllo, per cui un elettrodo di grandezza maggiore offrirà quindi una dinamica o valore di misura maggiore.

Gli elettrodi J sono preferibilmente (ma non necessariamente) uguali tra loro e possono essere ad esempio realizzati con dimensioni di 20 mm (lunghezza) x 2 mm (altezza) e posti a 2 mm di distanza l’uno dall’altro; per sensori di livello di lunghezza inferiore a 100 mm - o qualora si voglia accrescere la risoluzione in una zona della porzione sensibile del sensore - è possibile rimpicciolire le dimensioni degli elettrodi, e quindi diminuire anche la distanza fra di loro, proprio per ottenere un risoluzione di misura maggiore: in questi casi gli elettrodi possono avere ad esempio dimensioni di 15 mm (lunghezza) x 1 mm (altezza) ed essere posti a 1 mm tra loro. Per massimizzare la dinamica di misura rispetto al liquido, ad esempio rispetto al liquido AdBlue qui considerato (o altra soluzione con urea o diverso agente riducente), è inoltre preferibile dimensionare gli elettrodi, per qualsiasi valore della loro lunghezza, di modo che l’altezza di un elettrodo sia uguale alla distanza fra due elettrodi contigui.

Le figure 27 e 28 rappresentano, con viste simili a quella di figura 24, ulteriori possibili disposizioni che prevedono tre gruppi di elettrodi J in parallelo: Nel caso di figura 27 i due elettrodi di estremità della schiera illustrata, ovvero gli elettrodi J1e Jn, non sono collegati in parallelo ad altri elettrodi e costituiscono elettrodi di riferimento, rispettivamente della condizione di presenza e di assenza di liquido, o viceversa, la cui funzione è preferibilmente programmabile o predeterminabile, ad esempio al fine di consentire un montaggio del sensore 10 nel serbatoio 1 nelle due condizioni delle figure 1 e 2.

La figura 27 illustra una configurazione, in parte simile a quella di figura 24, dove la schiera di elettrodi include tre sotto-schiere di primi, secondi e terzi elettrodi di rilevazione collegati in comune (in parallelo) tra loro, le sotto-schiere essendo separate però da elettrodi singoli. I primi elettrodi vanno dall’elettrodo J2all’elettrodo J17, i secondi elettrodi vanno dall’elettrodo J19all’elettrodo J34ed i terzi elettrodi vanno dall’elettrodo J36all’elettrodo J51. In questo esempio gli elettrodi intermedi J18e J35sono invece indipendenti ed interposti tra le suddette tre sotto-schiere di elettrodi: in particolare l’elettrodo singolo J18 è interposto tra la prima sotto-schiera (J2-J17) e la seconda sotto-schiera (J19-J34), mentre l’elettrodo singolo J35è interposto tra la suddetta seconda sotto-schiera è la terza sotto-schiera (J36-J51).

Gli elettrodi intermedi J18e J35consentono una più netta distinzione tra le sotto-schiere di elettrodi collegati in comune, in particolare al fine di rilevare particolari condizioni o stati del liquido o altro mezzo soggetto a rilevazione (quali uno stato di parziale solidificazione o ghiacciamento del liquido o mezzo), particolarmente una più precisa e/o netta distinzione nella rilevazione di transizioni “liquido - aria o gas” e/o “liquido - aria o gas - solido o ghiaccio”. A tal fine si consideri che gli elettrodi interposti J18e J35consentono di determinare più rapidamente quali e/o quante sotto-schiere o parti di esse sono affacciate al mezzo (o viceversa non affacciate), potendo quindi identificare più rapidamente le aree di incertezza in cui effettuare misure più accurate, ovvero rilevando le zone di transizione tra due elettrodi adiacenti, ad esempio per rilevare la zona di transizione “liquido-aria” come precedentemente indicato.

La presenza degli elettrodi indipendenti intermedi è inoltre utile per meglio discriminare i valori in relazione alle sopra citate soglie di riferimento (quali le TH1, TH2, TH3 e/o la soglia “a secco”), in particolare nel caso di un elevato numero di sotto-schiere di elettrodi in comune (in parallelo): in caso di molte sotto-schiere saranno infatti presenti molte soglie di riferimento tra loro maggiormente vicine; ad esempio, nel caso in cui sia preferibile per ragioni di costo utilizzare un convertitore analogico/digitale (ADC) con risoluzione minore (ad esempio a 8 bits invece che a 10 o 12 bits); la presenza di un detto elettrodo indipendente J18, J35consente una rilevazione più netta e/o certa, analogamente a quanto descritto in riferimento al grafico b) di figura 26, dove si considera la sola soglia TH3.

La figura 28 è sostanzialmente simile alla figura 27, distinguendosi per il fatto che gli elettrodi intermedi J18e J35non sono singoli, ma in parallelo tra loro e collegati ad un medesimo ingresso IN. Una configurazione di questo tipo può essere utile per limitare il numero di collegamenti agli elettrodi intermedi previsti, pur garantendo una buona distinzione di due soglie (quali le soglie TH1 e TH2) associate ad un medesimo ingresso IN.

In riferimento alle configurazioni esemplificative descritte nelle figure 27 e 28, e considerando un maggior numero di sotto-schiere o gruppi di elettrodi collegati in comune (ad esempio uguale o superiore a cinque sotto-schiere), si potranno prevedere più elettrodi intermedi, collegati singolarmente oppure collegati tra loro a coppie in parallelo.

La figura 29 illustra alcuni componenti circuitali utilizzati in una possibile implementazione pratica dell’invenzione. La parte a) della figura evidenzia il microcontrollore 24 impiegato, qui il già citato PIC16F1517 di Microchip Technology Inc, con indicazione dei relativi ingressi ed uscite. La parte b) della figura evidenzia gli elettrodi J, che qui comprende elettrodi J1-J17collegati in configurazione singola a rispettivi ingressi del microcontrollore 24, nonché elettrodi J18- J27collegati a rispettivi ingressi del microcontrollore 24 in comune o parallelo ad elettrodi J28- J37. Si nota, sul collegamento tra ciascuno degli elettrodi J1-J27ed il relativo ingresso del microcontrollore 24, la già citata resistenza di filtro, la quale può essere eventualmente omessa. La parte c) di figura 29 illustra un possibile schema circuitale di un sensore di temperatura utilizzabile nel dispositivo secondo l’invenzione, quale ad esempio il sensore di temperatura 26 e/o 27 di figura 7, mentre la parte d) della figura illustra una possibile porta di comunicazione o connettore elettrico appartenente alla disposizione circuitale 23 di figura 7, utilizzabile ad esempio per la programmazione e/o la calibrazione del sensore di livello di fase produttiva. Naturalmente la disposizione circuitale 23 include anche uno stadio alimentatore, non rappresentato, in quanto realizzabile secondo tecnica di per sé nota.

Grazie alla sua natura ad elementi di rilevazione discreti, il sensore in accordo all’invenzione è in grado di effettuare misurazioni di livello in una svariata casistica di situazioni, che si verificano ad esempio nei sistemi SCR. Una prima situazione è quella tipica, già precedentemente descritta, nella quale il liquido contenuto nel serbatoio è interamente allo stato fluido. Un seconda situazione è quella che si può verificare nel caso in cui il serbatoio si trovi ad operare in condizioni di bassa temperatura, tale da produrre il congelamento totale del liquido presente nel serbatoio. Anche in questo caso il sensore 10 è perfettamente in grado di riconoscere gli elettrodi affacciati alla massa ghiacciata, e calcolare quindi la sua altezza. Una terza situazione è quella in cui il serbatoio contiene una parte liquida predominante in cui galleggiano o sono immerse parti giacciate (“effetto iceberg”): anche in questo caso la misura di livello operata dal sensore 10 può avvenire con le modalità già sopra descritte, atteso che la presenza di parti ghiacciate non influisce sul funzionamento del sensore 10 e sul calcolo del livello. Analoghe considerazioni valgono per il caso in cui sussista una transizione diretta tra liquido e ghiaccio.

Il sensore 10 è anche in grado di effettuare rilevazioni in situazioni miste, quando il sistema liquido - ghiaccio si sta congelando o scongelando. Un caso di questo tipo è illustrato schematicamente in figura 30, dove nella parte alta del serbatoio 1 è presente liquido ghiacciato, indicato con I, a formare un “cappello” parziale o totale; nella parte bassa del serbatoio 1, a temperatura superiore, il contenuto L del serbatoio si trova già in forma liquida e tra la parte solida I e la parte liquida L è presente dell’aria, indicata con A, o del vuoto. Una tale condizione può ad esempio verificarsi nel caso di utilizzo del liquido L contenuto nel serbatoio prima che esso si congeli completamente oppure dopo che si è ottenuto un parziale decongelamento del contenuto del serbatoio tramite un riscaldatore: in un tale caso, alla parte di liquido utilizzata sostanzialmente corrisponde una zona intermedia vuota o con aria tra il liquido ed il ghiaccio. Conformemente ad un aspetto dell’invenzione, in una condizione di questo tipo risulta vantaggioso rilevare il livello del liquido al fine di evitare un suo utilizzo completo, ovvero al fine di lasciare almeno una parte di liquido nel serbatoio, per le ragioni in seguito chiarite.

Anche in una condizione del tipo esemplificato l’elettronica di controllo del sensore 10 è in grado di identificare correttamente la presenza di uno o più elettrodi (J4, J20) affacciati al liquido L, seguita dalla presenza di uno o più elettrodi (J21, J37) affacciati all’aria A, seguita a sua volta da uno o più elettrodi (J38, Jn0) affacciati al ghiaccio I. Vantaggiosamente, in una situazione di questi tipo l’elettronica di controllo del sensore secondo l’invenzione è in grado di definire sia la quantità/livello di contenuto liquido L, importante perché è la parte direttamente utilizzabile al momento dal sistema SCR, sia la quantità totale di liquido (L+I) presente nel serbatoio, importante per la pianificazione del rabbocco del serbatoio 1. Una possibile logica di controllo utilizzabile per la rilevazione del cosiddetto “effetto igloo” (presenza di uno strato d’aria sovrastato da uno strato di ghiaccio) può essere la seguente:

- si considerano solo tutti gli elettrodi di rilevazione che risultano essere “a secco”, ovvero affacciati all’aria;

- si valutano le informazioni acquisite su un certo numero (ad esempio 3) di elettrodi successivi ad un elettrodo a secco considerato (intendendo con elettrodi successivi quelli al di sopra dell’elettrodo a secco considerato, in caso di montaggio del sensore dal basso, oppure al di sotto dell’elettrodo a secco considerato, in caso di montaggio del sensore dall’alto);

- si verifica se sopra ad un elettrodo “a secco” è presente un elettrodo - tra i suddetti elettrodi successivi - che è affacciato al liquido; a tal fine, in una forma di attuazione preferita, si calcola la differenza tra le misure eseguite sui suddetti elettrodi successivi e quella dell’elettrodo “a secco” considerato, confrontando i tre singoli risultati con soglie assolute definite in fase di progetto: se almeno una di queste differenze coincide o è nell’intorno determinato della soglia definita si è in presenza di “effetto igloo”.

E’ anche possibile che, a partire da una situazione del tipo rappresentato in figura 30, venga effettuato un rabbocco del serbatoio, andando quindi ad immettere una parte di liquido L che potrebbe essere bloccata dal cappello di ghiaccio I ancora presente nel serbatoio 1. In base ai principi suesposti, anche in questo caso il sensore in accordo all’invenzione è evidentemente in grado di rilevare l’aumento del livello totale di liquido presente nel serbatoio 1. Sempre con riferimento a situazioni del tipo rappresentato in figura 30, si apprezzerà che, in caso di necessità, l’elettronica del sensore 10 può essere programmata per l’effettuazione di rilevazioni successive, intervallate da un certo periodo di tempo (ad esempio 2 minuti), onde verificare l’andamento progressivo dello scioglimento del cappello di ghiaccio I.

Come già indicato, l’elettronica del sensore oggetto dell’invenzione è inizializzata e calibrata in fase produttiva, con memorizzazione del relativo software e delle relative variabili, tra le quali una o più delle soglie di riferimento dipendenti dalla configurazione fisica del sistema sensore - serbatoio, tra le quali le soglie minime rappresentativa della condizione di un elettrodo o di un gruppo di elettrodi non affacciati al fluido. La soglia minima per il caso opposto (liquido affacciato ad un elettrodo può essere predefinita a fronte di sperimentazioni e/o eventualmente definita tramite un ulteriore collaudo con la parte sensibile 11 del sensore completamente immersa nel liquido. Nel caso in cui il sensore 10 preveda elettrodi in parallelo sono poi definite sperimentalmente anche le soglie intermedia tra quella minima e quella massima.

L’informazione di temperatura acquisibile tramite il sensore 27 e/o 26 può essere utilizzata dall’elettronica 23 per riconoscere la situazione del sistema serbatoio, ad esempio per desumere la condizione di congelamento del liquido ed attivare un relativo riscaldatore, e/o per compensare matematicamente l’informazione sulla misura di livello, particolarmente nel caso di applicazioni a temperature critiche dove l’utilizzo di una misura differenziale con l’elettrodo di riferimento potrebbe non essere sufficiente a garantire la compensazione dell’errore.

Va segnato che per poter causare tramite un riscaldatore lo scioglimento di alcuni liquidi ghiacciati, quale ad esempio l’additivo AdBlue qui considerato, è necessario che nel serbatoio sia comunque presente una parte di liquido sciolto, di modo che il riscaldatore possa continuare a riscaldare il liquido e questi trasmetta il calore alla massa ghiacciata. Nell’applicazione ad un sistema SCR, quando il motore del veicolo viene avviato, si verifica un prelievo dell’additivo, e ciò non è fonte di particolari problemi qualora nel serbatoio permanga comunque ancora una certa quantità di additivo riscaldato, che può raggiungere la massa ghiacciata in virtù del movimento del veicolo e della conseguente agitazione del liquido caldo nel serbatoio 1. Se al contrario il prelievo iniziale dell’additivo determina lo svuotamento dell’interso residuo liquido del contenuto del serbatoio, l’effetto di scioglimento si arresta. Per tale motivo, in una forma di attuazione preferita, il sensore secondo l’invenzione può essere predisposto, ad esempio a livello software, per rilevare il livello del liquido sciolto, in modo da garantire comunque la presenza di un suo livello minimo, sufficiente affinché l’effetto di scioglimento non venga arrestato; a tal fine il sensore 10 può generare un opportuno segnale o dato verso l’esterno, ad esempio utilizzabile dall’elettronica di bordo del veicolo e/o per opportune segnalazioni.

Si apprezzerà naturalmente che con il sensore oggetto dell’invenzione è anche facilmente rilevabile il progressivo scioglimento della massa ghiacciata di liquido, man mano che tale scioglimento procedere. Il sensore 10 è naturalmente in grado di operare durante il riscaldamento e/o lo scongelamento del liquido o altro mezzo soggetto a rilevazione di livello, nonché nel corso del suo eventuale congelamento.

Il sensore 10 è interfacciato ad un sistema esterno di controllo, quale ad esempio un centralina di controllo del sistema SCR per il tramite del connettore 12b. A tale scopo, l’elettronica di controllo 23 del sensore è predisposta per la trasmissione di dati, preferibilmente in un formato seriale, molto preferibilmente per il tramite di un’interfaccia e/o un protocollo SENT (Single Edge Nibble Transmission). I segnali inviati possono comprendere, oltre che informazione rappresentativa del livello del mezzo soggetto a rilevazione, anche informazione rappresentativa di almeno una tra la temperatura del mezzo o dell’aria presente nel serbatoio, la presenza di una condizione di congelamento o solidificazione di almeno parte del mezzo soggetto a rilevazione, la presenza di una condizione di funzionamento anomalo, una segnalazione di avviso e/o di stato.

Da quanto in precedenza descritto si evince come il funzionamento del sensore di livello descritto sia sostanzialmente indipendente dalla costante dielettrica del mezzo oggetto di misura. L’elemento sensibile rappresentato dalla schiera di elettrodi è in grado di effettuare la misura di livello anche se completamente isolato dal liquido, con ciò garantendo la sua protezione dal contatto con liquidi aggressivi, quali ad esempio l’AdBlue o urea, e conferendo una buona robustezza meccanica alla struttura del sensore. In tale ottica, lo spessore della parete dell’involucro 16, in particolare nella zona affacciata agli elettrodi J, può essere indicativamente compresa tra 0,1 e 5 mm, preferibilmente compresa tra 0,6 e 1 mm, molto preferibilmente di circa 0,8 mm; come già accennato, l’involucro può essere sostituto da una sovrastampatura diretta di materia plastica sull’elemento sensibile, o da una generica parete di isolamento degli elettrodi J, con spessore analogo a quello indicato.

Il sensore descritto può avere una qualsiasi lunghezza ed è quindi facilmente adattabile all’interno di qualsiasi contenitore. Una problematica presente nell’applicazione dei sensori di livello è proprio rappresentata dalla lunghezza del sensore, ovvero l’altezza del livello che si deve misurare, che è una variabile dipendente dal serbatoio di installazione. In tale ambito, l’invenzione consente

- di impiegare un’elettronica standardizzata, ovvero un numero di componenti minimo possibile, con un microcontrollore che, a parità o quasi del numero di ingressi, può gestire un’ampia casistica di lunghezze grazie al possibile collegamento in comune o parallelo di più sotto-schiere di elettrodi;

- di impiegare uno schema circuitale altamente flessibile per le varie possibili lunghezze richieste per il sensore, ovvero mantenere lo stesso microcontrollore con lo stesso numero di ingressi anche per sensori di livello di lunghezza differenziata. Come già accennato, posizionando ad esempio 20 elettrodi alti 2 mm a 2 mm di distanza l’uno dell’altro si raggiungono 78 mm di area sensibile per la misura di lunghezza, ovvero 78 mm di area sensibile per un gruppo di primi elettrodi; quando è necessario aumentare la lunghezza dell’area sensibile è possibile impiegare il medesimo numero di ingressi prevedendo secondi elettrodi in parallelo ai primi: risulta in tal modo possibile mantenere lo stesso microcontrollore, sia per ragioni di costo, sia in termini di progetto. A titolo di esempio non limitativo, con dieci sottoschiere di elettrodi è teoricamente possibile raggiungere lunghezze prossime a 780 mm. Per tali lunghezze elevate è peraltro possibile ridurre il numero di sotto-schiere di elettrodi, nel caso sia accettabile una minore sensibilità o risoluzione di misura almeno in talune parti o livelli del sensore: a tal fine, come già accennato, è ad esempio possibile aumentare la distanza tra gli elettrodi nelle zone dove la precisione di misura è meno significativa (quale un livello prossimo al serbatoio pieno) e diminuire invece tale distanza per avere maggiore risoluzione in zone considerate più critiche (ad esempio in prossimità di un livello di minimo nel serbatoio).

In varie forme di attuazione in precedenza descritte si è assunto un montaggio del sensore 10 sulla parete inferiore del serbatoio, di modo che l’elettrodo indicato con J1rappresenti l’elettrodo più in basso nell’ambito del serbatoio stesso. Ovviamente, come spiegato, il montaggio del sensore potrà avvenire anche in corrispondenza della parete superiore del serbatoio, nel qual caso - riferendosi agli esempi illustrati - l’elettrodo J1sarà quello prossimo all’estremità distale della porzione 20b del supporto 20 e l’elettrodo Jnsarà quello prossimo all’estremità prossimale di tale porzione 20b: naturalmente, il software di controllo sarà predisposto onde consentire la rilevazione di livello a seconda del punto di installazione del sensore, ad ulteriore vantaggio della flessibilità di impiego.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi, principalmente rappresentati dalla semplicità di realizzazione del sensore di livello proposto, dal suo costo contenuto, dalla sua precisione ed affidabilità, dalla sua elevata flessibilità di impiego e configurazione.

E’ chiaro che numerose varianti sono possibili per la persona esperta del ramo ai dispositivi ed ai metodi descritti come esempio, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione così come definita dalle rivendicazioni allegate.

In accordo a possibili varianti di attuazione o di applicazione, il sensore di livello oggetto dell’invenzione può essere disposto all’esterno del recipiente o serbatoio contenente il mezzo soggetto a rilevazione (ovvero in corrispondenza di una parete esterna o in una sede ricavata in corrispondenza di una tale parete esterna del recipiente o serbatoio), con la schiera di elettrodi J addossati ad una parete di tale recipiente, con eventuale interposizione del gel G o simile. In tal caso la suddetta parete del recipiente è opportunamente configurata in termini di materiale e spessore, onde realizzare lo strato che isola elettricamente gli elettrodi J rispetto all’interno del recipiente 1. Un possibile esempio di realizzazione è illustrato in figura 31, in cui l’involucro del corpo di sensore 10 a è qui un involucro 16’ aperto lateralmente, di modo che il fronte della porzione 20b del supporto, e quindi gli elettrodi J sono affacciati e/o addossati ad una rispettiva porzione 16” di una parete laterale 6 del serbatoio 1; nell’esempio tale porzione 16”, che qui realizza lo strato di isolamento che isolare elettricamente gli elettrodi J rispetto all’interno del serbatoio 1, è assottigliata rispetto al resto della parete 6, ad esempio con uno spessore compreso tra i già citati 0,1 e 5 mm.

In accordo a altre varianti di attuazione l’involucro 16 ed almeno parte delle relative caratteristiche precedentemente descritte potrebbero essere comprese in almeno una parte integrata o associata al recipiente o serbatoio. Come già accennato, gli elettrodi potrebbero essere associati direttamente ad una parete o porzione di parete del serbatoio (ad esempio la porzione 16” di figura 31), che in tal caso costituirebbe sia il substrato per gli elettrodi J che lo strato di isolamento rispetto al contenuto del serbatoio.

L’invenzione è stata descritta con particolare riferimento alla rilevazione del livello di un mezzo liquido, particolarmente un additivo a base di urea, ma come già accennato il sensore descritto è suscettibile di impiego in abbinamento a sostanze e materiali diversi, anche potenzialmente soggetti a solidificazione per ragioni diverse da un congelamento (si pensi ad una massa di un materiale pulverulento o simile una cui parte risulta compattata o solidificata, ad esempio a causa di umidità eccessiva).

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un sensore di livello per rilevare il livello di un mezzo contenuto in un recipiente (1), particolarmente un serbatoio, il sensore (10) comprendendo una schiera di elementi capacitivi adatta ad essere associata al recipiente (1) e comprendendo un pluralità di elettrodi (J1-Jn) su di un substrato elettricamente isolante (20), un circuito di controllo (23, 24) che comprende un controllore (24) avente una pluralità di ingressi (IN1-INn) ai quali sono collegati gli elettrodi (J1-Jn), il controllore (24) essendo predisposto per desumere il livello del mezzo (L) presente recipiente (1) in base a segnali elettrici acquisiti attraverso gli elementi capacitivi, in cui il controllore (24) è predisposto per rilevare la presenza e/o l’altezza di differenti strati e/o differenti stati del mezzo soggetto a rilevazione, comprendenti almeno uno strato del mezzo allo stato solido o congelato ed uno strato del mezzo allo stato liquido.
2. Il sensore di livello secondo la rivendicazione 1, in cui il controllore (24) è predisposto per rilevare una condizione in cui il mezzo contenuto nel recipiente (1) include almeno una prima parte allo stato solido o congelata (I) ed una seconda parte allo stato liquido (L), tra la prima parte (I) e la seconda parte (L) essendo interposto uno strato (A) di aria o gas (“effetto igloo”).
3. Il sensore di livello secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il controllore (24) è predisposto per rilevare una condizione in cui il mezzo contenuto nel recipiente (1) include almeno una parte allo stato solido o congelata sovrastata da una parte allo stato liquido.
4. Il sensore di livello secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il controllore (24) è predisposto per la rilevazione di una o più tra le seguenti condizioni: - il mezzo (L) contenuto nel recipiente (1) è interamente passato da uno stato liquido ad uno stato solido o congelato; - il mezzo (L) contenuto nel recipiente (1) ha una parte liquida predominante in cui galleggiano o sono immerse parti del mezzo allo stato solido o congelate (“effetto iceberg”); - il mezzo (L) contenuto nel recipiente è in fase di passaggio da uno stato liquido ad uno stato solido o viceversa, quale un congelamento o uno scongelamento.
5. Il sensore di livello secondo la rivendicazione 1, in cui gli elementi capacitivi comprendono gruppi di elettrodi (J4- J20; J21-J37; J38-Jn) collegati in parallelo tra loro, ciascun gruppo di elettrodi essendo collegato ad un rispettivo ingresso (IN1-INn) del controllore (24), in cui gli elettrodi di rispettivi gruppi formano sul substrato elettricamente isolante (20) rispettive sotto-schiere di elettrodi (J4- J20; J21-J37; J38-Jn) disposte in sequenza lungo un asse di rilevazione (X), dove dato un numero y di primi elettrodi (J4-J20) collegati in parallelo a secondi elettrodi (J21-J37), tra ciascun primo elettrodo ed il relativo secondo elettrodo sono interposti y-1 elettrodi.
6. Il sensore di livello secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la schiera di elementi capacitivi è contenuta in un involucro elettricamente isolante ed a tenuta di fluido (16), definente almeno uno strato di isolamento e configurato per essere disposto all’interno del recipiente (1) secondo un asse di rilevazione (X), l’involucro (16) essendo almeno uno tra - un involucro (16) definente una rispettiva cavità (H) per l’inserimento del substrato elettricamente isolante (20) recante gli elettrodi (J1-Jn), - un involucro sovrastampato ad almeno una parte del substrato elettricamente isolante (20) recante gli elettrodi (J1-Jn).
7. Un metodo di controllo di un sensore di livello di un mezzo (L) contenuto in un recipiente (1), il sensore avendo una pluralità di elettrodi disposti secondo una schiera (J1-Jn) che si estende secondo un asse di rilevazione (X) del livello del mezzo (L), comprendente i passi di: i) acquisire segnali elettrici per il tramite di primi elettrodi (J21, J37), che risultano non affacciati al mezzo (L); ii) acquisire segnali elettrici per il tramite di un certo numero di secondi elettrodi (J38, Jn) che sono più in alto rispetto ad un suddetto primo elettrodo considerato (J37); iii) verificare se sopra al suddetto primo elettrodo considerato (J37) è presente, tra i suddetti secondi elettrodi (J38, Jn), almeno un elettrodo che è affacciato al mezzo (L), e desumere con ciò che il mezzo (l) contenuto nel recipiente (1) comprende almeno una parte allo stato solido o congelata (I) che sovrasta uno strato di aria o di gas (A) e/o una parte del mezzo allo stato liquido al di sopra della suddetta parte allo stato solido o congelata (I).
8. Il metodo di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui il passo iii) comprende - calcolare la differenza tra i valori di segnali elettrici acquisiti per il tramite di detti secondi elettrodi (J38, Jn), ed il valore del segnale elettrico acquisito per il tramite del primo elettrodo considerato (J37), confrontando i singoli risultati con almeno una soglia definita, e - se almeno una delle differenze coincide o è in un intorno determinato della soglia definita desumere che il mezzo (l) contenuto nel recipiente (1) comprende almeno una parte allo stato solido o congelata (I) che sovrasta uno strato di aria o di gas (A).
9. Il metodo di controllo secondo la rivendicazione 7 o la rivendicazione 8, comprendente - identificare la presenza di uno o più elettrodi (J4, J20) affacciati ad una parte del mezzo allo stato liquido (L), seguita dalla presenza di uno o più elettrodi (J21, J37) affacciati all’aria o al gas (A), seguita a sua volta da uno o più elettrodi (J38, Jn0) affacciati alla parte del mezzo allo stato solido o congelata (I), e - calcolare la quantità totale del mezzo (L+I) presente nel recipiente (1), ovvero sia la quantità della parte del mezzo allo stato liquido contenuto nel recipiente (1), sia la quantità della parte del mezzo allo stato solido o congelata (I) che sovrasta il suddetto strato di aria o di gas (A).
10. Il metodo di controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7-9, comprendente inoltre rilevare la quantità di una parte del mezzo allo stato liquido eventualmente presente al di sopra della suddetta parte allo stato solido o congelata (I).