ITUA20164625A1

ITUA20164625A1 - Metodo ed apparato per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente

Info

Publication number: ITUA20164625A1
Application number: ITUA2016A004625A
Authority: IT
Inventors: Luca Garetto; Ezio Giberti; Paolo Ravedati
Original assignee: Elbi Int Spa
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-23
Also published as: US10684151B2; WO2017221164A1; US20190234783A1; EP3475668A1; EP3475668B1

Description

TITOLO: “Metodo ed apparato per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente”

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione si riferisce a un metodo ed un apparato per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente.

Sfondo tecnologico

Nel settore sono generalmente noti metodi ed apparati per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente.

Tali metodi ed apparati trovano applicazione in numerosi settori ed ambiti tecnici. A titolo di esempio non esaustivo, tali metodi ed apparati trovano impiego in particolare per quanto riguarda l’ambito dei sistemi elettrodomestici, in particolare in macchine lavatrici, quali lavabiancheria e lavastoviglie.

Tuttavia i metodi e gli apparati noti alla stato della tecnica presentano alcuni inconvenienti che la presente invenzione si propone di risolvere.

Sintesi dell’invenzione

Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo ed un apparato di tipo affidabile e che siano in grado di essere implementati in modo semplice ed economico.

Secondo la presente invenzione questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante un metodo ed un apparato come definiti nelle annesse rivendicazioni indipendenti.

E’ da intendersi che le annesse rivendicazioni costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella descrizione dettagliata che segue in merito alla presente invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione che includono caratteristiche tecniche opzionali.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento in particolare ai disegni allegati che saranno qui di seguito sinteticamente esposti.

Breve descrizione dei disegni

Le figure 1, 2 e 2a sono viste schematiche di apparati, in cui ciascuno di essi è realizzato secondo una rispettiva forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione. Gli apparati ivi illustrati sono configurati per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente.

La figura 3 è una vista schematica e parziale di un sensore digitale utilizzabile in un tratto di rilevamento negli apparati mostrati nelle figure 1, 2 e 2a.

La figura 4 è un grafico ad assi cartesiani riferito all’andamento in funzione del tempo dei segnali forniti da un sensore digitale incorporato in un apparato realizzato secondo una forma di realizzazione esemplificativa dalla presente invenzione.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

Con riferimento in particolare alla figura 1, è indicata nel suo complesso con 10 un apparato realizzato secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione.

Come sarà descritto nel seguito in maggior dettaglio, l’apparato 10 è configurato per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente. Come sarà chiaro ad un tecnico del settore dalla lettura della descrizione dettagliata che segue, l’apparato 10 è adatto a trovare applicazione in numerosi settori ed ambiti tecnici. A titolo di esempio non esaustivo, l’apparato 10 trova impiego in particolare per quanto riguarda l’ambito dei sistemi elettrodomestici, in particolare in macchine lavatrici, quali lavabiancheria e lavastoviglie.

L’apparato 10 comprende un recipiente 12 in grado di contenere una quantità di liquido L. Ad esempio, il recipiente 12 può essere un serbatoio di un liquido, quale un agente di lavaggio o di risciacquo di una macchina lavatrice.

Inoltre l’apparato 10 comprende un condotto di uscita 14 che si diparte dal recipiente 12 e che presenta un tratto di rilevamento 16.

Ulteriormente l’apparato 10 include un sensore digitale 18 affacciato almeno in parte alla regione interna del tratto di rilevamento 16.

Il sensore digitale 18 è configurato per fornire un segnale digitale S in grado di assumere una sequenza di stati (a titolo di esempio, si veda il grafico rappresentato nella figura 4). Ciascuno degli stati assumibili dal segnale digitale S è uno stato indicativo di aria s0 e, in alternativa, uno stato indicativo di liquido s1.

Lo stato indicativo d’aria s0 viene assunto ogni volta che il sensore digitale 18 rileva, in corrispondenza del tratto di rilevazione 16, la presenza bolle d’aria in un flusso di liquido uscente dal recipiente 12 attraverso il condotto di uscita 14. Invece, lo stato indicativo di liquido s1 viene assunto ogni volta che il sensore digitale 18 rileva, in corrispondenza del tratto di rilevazione 16, l’assenza di bolle di aria in un flusso di liquido uscente dal recipiente 12 attraverso il condotto di uscita 14.

L’apparato 10 comprende inoltre un’unità di controllo 20 configurata per stimare il livello di liquido contenuto nel recipiente 12 in funzione del segnale digitale.

Conformemente, secondo la presente invenzione, viene messo a disposizione un metodo per rilevare il livello di un liquido contenuto in un recipiente.

Con riferimento a titolo puramente esemplificativo e non limitativo alle forme di realizzazione illustrate nelle figure 1, 2, e 2a, il metodo prevede la fase operativa di indurre un flusso di liquido in uscita dal recipiente 12 attraverso un condotto di uscita 14.

Il metodo prevede inoltre la fase operativa di rilevare il flusso di liquido in corrispondenza di un tratto di rilevamento 16 del condotto di uscita 14, fornendo digitalmente un segnale digitale S che assume una sequenza di stati.

Ciascuno degli stati che assume il segnale digitale è uno stato indicativo di aria s0 e alternativamente uno stato indicativo di liquido s1. In particolare, lo stato indicativo di aria s0 è assunto dal segnale digitale S ogni volta che, in un dato istante di tempo e in corrispondenza del tratto di rilevamento 16, è rilevata la presenza di bolle d’aria in detto flusso di liquido. Corrispondentemente, lo stato indicativo di liquido s1 è assunto dal segnale digitale S ogni volta che, in un dato istante di tempo e in corrispondenza del tratto di rilevamento 16, è rilevata l’assenza di bolle d’aria in detto flusso di liquido.

Il metodo prevede inoltre la fase di stimare il livello di liquido contenuto nel contenitore 12 in funzione in funzione del segnale digitale.

Nel metodo e l’apparato 10 sopra definiti il livello del liquido viene misurato in modo affidabile con un implementazione semplice ed economica.

Infatti, la generazione di bolle d’aria nel flusso di liquido che esce dal recipiente 12 è dovuto al comportamento assunto dal liquido quando attraversa un’apertura di uscita 22 che collega idraulicamente il recipiente 12 con il condotto di uscita 14.

Durante la discesa del livello di liquido, il liquido contenuto nel recipiente 12 scopre parzialmente solo una piccola sezione dell’apertura di uscita 22. In questo modo, la parte preponderante dell’apertura di uscita 22 continua ad essere immersa nel liquido, e iniziano a formarsi bolle d’aria nel flusso di liquido uscente attraverso il condotto di uscita 14. Generalmente la presenza delle bolle d’aria dipende dalla portata del flusso di liquido fuoriuscente dal recipiente 12, della forma dell’apertura di uscita 22 e dalle proprietà e caratteristiche del liquido.

In altri termini, nell’intervallo tra l’istante in cui il livello inizia a scendere sotto l’apertura di uscita 22 e fino a quando non si scopre completamente la parte preponderante dell’apertura di uscita 22, nel condotto di uscita 14 fluiscono dunque bolle di aria all’interno del liquido.

Alla luce di quanto sopra, durante lo svuotamento del recipiente 12 avvengono le seguenti fasi.

Con riferimento alla figura 1, 2 e 2a, vi è una fase iniziale in cui il livello di liquido nel recipiente 12 si trova ad una quota compresa fra un livello elevato l1 e un livello intermedio l2. In tale fase iniziale, il sensore digitale 18 situato a valle del recipiente 12 viene quindi investito sostanzialmente soltanto da liquido, senza la presenza significativamente riscontrabile di bolle d’aria (si veda il tratto iniziale S1 del segnale digitale S raffigurato nel grafico mostrato nella figura 4).

Successivamente, vi è una fase intermedia in cui il livello del liquido nel recipiente 12 si trova ad una quota compresa fra il livello intermedio l2 e un livello ridotto l3. In tale fase intermedia, il sensore digitale 18 viene investito da liquido intervallato da bolle d’aria (si veda il tratto intermedio S2 del segnale digitale S raffigurato nel grafico della figura 4).

Infine, vi è una fase finale in cui il livello del liquido nel recipiente 12 si trova ad una quota al di sotto del livello ridotto l3. In tale fase finale, il sensore digitale 18 rileverà soltanto la presenza di aria, in quando la sezione dell’apertura di uscita 22 che è “scoperta” sarà preponderante rispetto alla parte che “pesca” nel liquido nel recipiente 12 (si veda il tratto finale S3 del segnale digitale S raffigurato nel grafico della figura 4).

Dunque, inizialmente il segnale digitale S del sensore digitale 18 presenta un tratto iniziale S1 con una serie sostanzialmente consecutiva di stati indicativi di liquido s1 (livello “alto” del recipiente 12). Successivamente, il sensore digitale 18 presenta un segnale S con un tratto intermedio S2 avente una serie di commutazioni fra stati indicativi di liquido s1 (livello “alto” del recipiente 12) e stati indicativi di aria s0 (livello “basso” del recipiente 12). Infine, il sensore digitale 18 presenta una serie sostanzialmente consecutiva di stati indicativi di aria s0 (livello “basso” del recipiente 12).

Preferibilmente, nell’apparato 10, l’unità di controllo 20 è configurata per stimare il livello di liquido contenuto nel recipiente 12 in funzione di almeno una tra la frequenza e la durata delle commutazioni fra lo stato indicativo di liquido s1 e lo stato indicativo di aria s0 nel segnale digitale S. Concordemente, il metodo prevede preferibilmente che viene stimato il livello di liquido contenuto nel recipiente 12 in funzione di almeno una tra la frequenza e la durata delle commutazioni fra lo stato indicativo di aria s0 e lo stato indicativo di liquido s1 nel segnale digitale S.

La fase intermedia, in cui vi è una sostanziale alternanza di bolle e liquido, permette di rilevare che il livello del liquido è in una cosiddetta “regione di riserva” durante lo svuotamento del recipiente 12, in funzione della frequenza delle commutazioni degli stati assunti dal segnale S. Dunque, in una forma di realizzazione esemplificativa, nell’apparato 10 l’unità di controllo 20 è configurata per stimare il raggiungimento di almeno un valore di soglia predeterminato nel livello di liquido contenuto nel recipiente 12 in funzione della frequenza di commutazioni fra lo stato indicativo di aria s0 e lo stato indicativo di liquido s1 nel segnale digitale S. Concordemente, in una forma di realizzazione esemplificativa, il metodo prevede che viene stimato il raggiungimento di almeno un valore di soglia predeterminato nel livello di liquido contenuto nel recipiente 12 in funzione della frequenza di commutazioni fra lo stato indicativo di aria s0 e lo stato indicativo di liquido s1 nel segnale digitale S. In varianti esemplificative della presente invenzione, l’unità di controllo 20 può essere configurata per rilevare non soltanto il raggiungimento di un valore di soglia di riserva per il liquido contenuto, ma anche una pluralità di valori di soglia riferiti a più livelli differenti di liquido, sempre in funzione della suddetta frequenza di commutazione.

Quando la portata a flusso pieno è nota, è possibile determinare la portata ridotta in fase di svuotamento del recipiente in funzione della frequenza delle suddette commutazioni e dalla durata delle stesse. Pertanto, in una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione, nell’apparato 10 l’unità di controllo 20 è altresì configurata per determinare una stima della portata in fase di svuotamento del recipiente 12 relativa al flusso di liquido in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra lo stato indicativo di aria s0 e lo stato indicativo di liquido s1 nel segnale digitale S. Concordemente nel metodo, in una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione, viene stimata la portata in fase di svuotamento del recipiente 12 relativa al flusso di liquido uscente, in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra lo stato indicativo di aria s0 e lo stato indicativo di liquido s1 nel segnale digitale S.

Nota la portata e la legge con cui variano la frequenza e i tempi di commutazione fra gli stati assunti dal segnale digitale S nella fase intermedia con un determinato fluido avente viscosità nota, si può determinare indirettamente la viscosità del liquido in funzione della frequenza e dei tempi di commutazione. Dunque, secondo una forma di realizzazione esemplificativa, nell’apparato 10 l’unità di controllo 20 è altresì configurata per determinare una stima della viscosità di un liquido contenuto in detto recipiente 12 in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra stato indicativo di aria s0 e stato indicativo di liquido s1 in detto segnale digitale. Concordemente, in una forma di realizzazione esemplificativa, nel metodo viene stimata la viscosità del liquido contenuto nel recipiente 12 in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra lo stato indicativo di aria s0 e lo stato indicativo di liquido s1 nel segnale digitale S.

Le modalità con cui viene indotta la fuoriuscita del liquido contenuto nel recipiente 12 non sono da considerarsi come limitative dell’ambito di tutela ivi rivendicato. Infatti, il flusso di liquido può essere generato da una pompa collegabile idraulicamente con il condotto di uscita 14 oppure il flusso di liquido può essere provocato anche semplicemente per gravità.

La forma e la configurazione del condotto di uscita 14 come illustrata nelle forme di realizzazione delle figure 1, 2 e 2a non deve essere considerata come limitativa dell’ambito di tutela conferito alla presente invenzione. A tale riguardo, il condotto di uscita 14 può essere indifferentemente ascendente o discendente. Ulteriormente, il condotto di uscita 14 (ad anche il tratto di rilevazione 16 ad esso afferente) può essere disposto orizzontalmente o verticalmente o con una inclinazione rispetto al livello del liquido contenuto nel recipiente 12.

Inoltre l’apertura di uscita 22 può essere unica oppure prevedere con diverse aperture od intagli sagomati piuttosto che fori di sezione ridotta.

Il sensore digitale 18 può essere di una qualsivoglia tipologia nota. Secondo la forma di realizzazione esemplificativamente illustrata nella figure 3, il sensore digitale 18 è di tipo ottico, ad esempio come descritto nella pubblicazione di domanda di brevetto internazione No.

WO 2010/109414 A2. In particolare, nell’esempio illustrato il sensore digitale 18 comprende una struttura ottica, quale un prisma 114, affacciata almeno in parte alla regione interna del tratto di rilevamento 16 e presentante un emettitore 116, ad esempio un LED, ed un ricevitore 118, ad esempio un fotodiodo oppure un fototransistor. L’emettitore 116 e il ricevitore 118 sono affacciati ad una assieme di superfici del prisma 114 in grado di riflettere prevalentemente (indicato con linea tratteggiata) e rifrangere prevalentemente un fascio luminoso incidente (indicato con linea tratto e punto), a seconda del fatto che nel flusso di liquido attraversante il tratto di rilevamento 16 siano presenti bolle d’aria e rispettivamente siano sostanzialmente assenti bolle d’aria. L’emettitore 116 è atto ad inviare un fascio di radiazione verso il prisma 114. Il ricevitore 118 è atto a ricevere il fascio di radiazione proveniente dall’emettitore 116 e prevalentemente riflesso dal prisma 114 quando il flusso di liquido, attraversante il tratto di rilevamento 16, presenta una bolla d’aria (il che rappresenta lo stato indicativo di aria del segnale digitale). In alternativa, il ricevitore 118 non riceve il fascio di radiazione proveniente dall’emettitore 116, che viene invece prevalentemente rifratto dal prisma 114 quando il flusso di liquido attraversante il tratto di rilevamento 16 non presenta bolle d’aria (il che rappresenta lo stato indicativo di liquido del segnale digitale).

Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per rilevare il livello di un liquido (L) contenuto in un recipiente (12); detto metodo comprendendo le seguenti fasi operative: - indurre un flusso di liquido in uscita da detto recipiente (12) attraverso un condotto di uscita (14); - rilevare detto flusso di liquido in corrispondenza di un tratto di rilevamento (16) di detto condotto di uscita (14), fornendo un segnale digitale (S) che assume una sequenza di stati, in cui ciascuno di detti stati è: uno stato indicativo di aria (s0) ogni volta che, in corrispondenza di detto tratto di rilevamento (16), è rilevata la presenza di bolle d’aria in detto flusso di liquido, e rispettivamente uno stato indicativo di liquido (s1) ogni volta che, in corrispondenza di detto tratto di rilevamento (16), è rilevata l’assenza di bolle d’aria in detto flusso di liquido; - stimare il livello di liquido contenuto in detto recipiente (12) in funzione di detto segnale digitale (S).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto livello di liquido è stimato in funzione di almeno una fra la frequenza e la durata riferite alle commutazioni fra detto stato indicativo di liquido (s1) e detto stato indicativo di aria (s0) in detto segnale digitale (S).
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui viene stimato il raggiungimento di almeno un valore di soglia predeterminato nel livello di liquido contenuto in detto recipiente (12) in funzione della frequenza di commutazioni fra detto stato indicativo di aria (s0) e detto stato indicativo di liquido (s1) in detto segnale digitale (S).
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui viene stimata la portata in fase di svuotamento di detto recipiente (12) relativa a detto flusso di liquido in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra detto stato indicativo di aria (s0) e detto stato indicativo di liquido (s1) in detto segnale digitale (S).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui viene stimata la viscosità del liquido contenuto in detto recipiente (12) in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra detto stato indicativo di aria (s0) e detto stato indicativo di liquido (s1) in detto segnale digitale (S).
6. Apparato (10) per misurare il livello di liquido contenuto in un recipiente comprendente - un recipiente (12) in grado di contenere una quantità di liquido (L); - un condotto di uscita (14) che si diparte da detto recipiente (12) e che presenta un tratto di rilevamento (16); - un sensore digitale (18) affacciato almeno in parte alla regione interna di detto tratto di rilevamento (16) e configurato per fornire un segnale digitale (S) in grado di assumere una sequenza di stati, ciascuno di detti stati essendo: uno stato indicativo di aria (s0) ogni volta che detto sensore digitale (18) rileva, in corrispondenza di detto tratto di rilevazione (16), la presenza bolle di aria in un flusso di liquido uscente da detto recipiente (12) attraverso detto condotto di uscita (14), e rispettivamente uno stato indicativo di liquido (s1) ogni volta che detto sensore digitale (18) rileva, in corrispondenza di detto tratto di rilevazione (16), l’assenza di bolle di aria in un flusso di liquido uscente da detto recipiente (12) attraverso detto condotto di uscita (14); - un unità di controllo (20) configurata per stimare il livello di liquido contenuto in detto recipiente (12) in funzione di detto segnale digitale (S).
7. Apparato secondo la rivendicazione 6, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per stimare detto livello di liquido in funzione di almeno una fra la frequenza e la durata riferite alle commutazioni fra detto stato indicativo di liquido (s1) e detto stato indicativo di aria (s0) in detto segnale digitale (S).
8. Apparato secondo la rivendicazione 7, in cui detta unità di controllo (20) è configurata per stimare il raggiungimento di almeno un valore di soglia predeterminato nel livello di liquido contenuto nel recipiente (12) in funzione della frequenza di commutazioni fra stato indicativo di aria (s0) e stato indicativo di liquido (s1) in detto segnale digitale (S).
9. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, in cui detta unità di controllo (20) è altresì configurata per determinare una stima della portata in fase di svuotamento di detto recipiente (12) relativa a detto flusso di liquido in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra stato indicativo di aria (s0) e stato indicativo di liquido (s1) in detto segnale digitale (S).
10. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9. in cui detta unità di controllo (20) è altresì configurata per determinare una stima della viscosità di un liquido contenuto in detto recipiente (12) in funzione della frequenza e durata delle commutazioni fra stato indicativo di aria (s0) e stato indicativo di liquido (s1) in detto segnale digitale.
11. Apparecchio elettrodomestico, quale una macchina lavatrice, comprendente un apparato (10) realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 10.