ITUD20010139A1 - Dispositivo e metodo per misurare il livello di liquido presente in un serbatoio di un veicolo di trasporto o di lavoro - Google Patents
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Description
Descrizione del trovato avente per titolo:
"DISPOSITIVO E METODO PER MISURARE IL LIVELLO DI LIQUIDO PRESENTE IN UN SERBATOIO DI UN VEICOLO DI TRASPORTO O DI LAVORO"
CAMPO DI APPLICAZIONE
Il presente trovato si riferisce ad un dispositivo e ad un metodo per misurare con precisione il livello di un liquido, come ad esempio un carburante, contenuto in un serbatoio di un veicolo di trasporto o di lavoro. In particolare il dispositivo secondo il trovato è vantaggiosamente applicabile in serbatoi aventi dimensioni di base elevate rispetto alla loro altezza, come ad esempio quelli montati sugli automezzi industriali.
Il metodo utilizzato si basa sostanzialmente sul calcolo raziometrico effettuato in base ai valori misurati su una coppia di condensatori disposti nel serbatoio .
STATO DELLA TECNICA
Sono noti i dispositivi per misurare il livello di un liquido in un serbatoio, che utilizzano un con-; densatore disposto all'interno del serbatoio stess e la cui capacità è proporzionale al livello del li quido. Tali dispositivi noti sono però soggetti ad errori anche considerevoli, in quanto la capacità rilevata è influenzata anche dal tipo di liquido contenuto. Ciascun liquido infatti, anche nell'ambito della stessa gamma di carburanti, ha proprie caratteristiche dielettriche che incidono in modo determinante sul valore rilevato. Per esempio, per ciò che riguarda il gasolio per autotrazione, è noto che quello "tradizionale" ha una costante dielettrica εr di circa 2,2, mentre quello cosiddetto "biodiesel" ha tale costante dielettrica εr variabile da 3 a 6 in funzione dei diversi additivi. Si nota quindi che i valori dielettrici dei due tipi di gasolio variano fino a circa tre volte l'uno rispetto all'altro falsando proporzionalmente anche i valori di livello forniti dai dispositivi noti.
Tale limite vincola l'utilizzo dei dispositivi noti quasi esclusivamente in serbatoi aventi dimensioni di base piccole rispetto all'altezza del serbatoio stesso, oppure in serbatoi di tipo fisso, dove il liquido contenuto è sempre dello stesso tipo, come ad esempio il gasolio per riscaldamento.
La Richiedente, per risolvere tale inconveniente della tecnica nota ed ottenere ulteriori vantaggi, ha progettato, realizzato e sperimentato il presente trovato ed ha messo a punto un metodo per rilevare con precisione il livello del liquido in un serbatoio .
ESPOSIZIONE DEL TROVATO
Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni principale.
Altre caratteristiche innovative del trovato sono espresse nelle rivendicazioni secondarie.
Uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un metodo e realizzare un dispositivo per misurare il livello di un liquido, come ad esempio carburante, presente all'interno di un serbatoio di veicoli di trasporto o di lavoro, che permetta di effettuare tali misurazioni con precisione, e tenendo conto del tipo di liquido effettivamente presente nel serbatoio .
In accordo con tale scopo, il dispositivo per misurare il volume di un liquido, come ad esempio carburante, in un serbatoio di veicoli di trasporto o di lavoro secondo il presente trovato comprende mezzi rilevatori costantemente immersi nel liquido ed atti a rilevare un valore di riferimento del liquido contenuto nel serbatoio, e mezzi misuratori almeno parzialmente immersi nel liquido ed atti misurare un valore variabile in funzione dell'altezza misurata .
Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, i mezzi misuratori sono sovrapposti assialmente rispetto ai mezzi rilevatori e un elemento di isolamento è interposto fra i mezzi misuratori ed i mezzi rilevatori per isolarli reciprocamente e limitare le brusche variazioni di livello del liquido in corrispondenza dei mezzi rilevatori, quando il serbatoio è sottoposto a sollecitazioni.
Vantaggiosamente, i mezzi misuratori sono costituiti da un condensatore sostanzialmente tubolare in cui le due armature sono fra loro coassiali; i mezzi rilevatori sono costituiti anch'essi da un condensatore sostanzialmente tubolare di altezza minore e disposto completamente al di sotto del livello minimo del liquido.
All'interno del dispositivo è inoltre presente un micro-processore che, in base ai dati forniti dai mezzi misuratori e dai mezzi rilevatori è in grado di fornire il valore del volume di liquido presente nel serbatoio.
Con il dispositivo secondo il presente trovato è possibile quindi conoscere il livello del liquido contenuto in serbatoi di veicoli di trasporto o di lavoro anche quando questi sono sottoposti a sollecitazioni. Ciò risulta possibile in quanto la posizione sovrapposta dei mezzi misuratori rispetto ai mezzi rilevatori e l'elemento di isolamento che separa fra loro i due condensatori impedisce al liquido presente al loro interno di avere brusche variazioni di livello, e consente ai mezzi rilevatori di fornire costantemente il valore di riferimento del liquido, e quindi di fornire con estrema precisione il valore del livello del liquido.
È oggetto del presente trovato anche il metodo di misurazione in base al quale si determina, in relazione ai valori misurati e rilevati dal dispositivo, il volume di liquido contenuto nel serbatoio.
Tale metodo comprende una fase di calcolo di tipo raziometrico, vantaggiosamente eseguito da un microprocessore disposto all'interno del dispositivo, in cui il livello del liquido è calcolato con la frazione fra il valore di riferimento associato al liquido e misurato dai mezzi rilevatori, ed un valore variabile in funzione dell'altezza misurata dai mezzi misuratori almeno parzialmente immersi nel liquido .
Nella soluzione in cui i mezzi rilevatori ed i mezzi misuratori sono fra loro sovrapposti e sostanzialmente costituiti da condensatori tubolari, il livello "C" del liquido è calcolato con la seguente
dove Er è la costante dielettrica relativa del liquido, ε0 è la costante dielettrica del vuoto, a è il raggio esterno dell'armatura interna del condensatore costituente i mezzi misuratori, fa è il raggio interno dell'armatura esterna del condensatore costituente i mezzi misuratori, e fa è l'altezza del liquido misurata dai mezzi misuratori.
ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI
Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:
- la fig. 1 illustra un esploso in vista assonometrica del dispositivo secondo il presente tr ovato ;
- la fig. 2 illustra una sezione trasversale del dispositivo di fig. 1 in condizione assemblata;
- la fig. 3 illustra, in una sezione longitudinale, il dispositivo di fig. 1 applicato ad un serbatoio ;
- la fig. 4 illustra uno schema a blocchi del funzionamento elettronico del microprocessore .
DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE
PREFERENZIALE DEL TROVATO
Con riferimento alle figure allegate, un dispositivo 10 per misurare il livello di un liquido, ad esempio carburante, presente in un serbatoio 11 di automezzi, come ad esempio camion, ruspe, o simili, secondo il presente trovato comprende sostanzialmente mezzi misuratori 12 atti a misurare il livello del liquido e sovrapposti assialmente a mezzi rilevatori 20 atti a rilevare il tipo di liquido. Fra tali mezzi misuratori 12 e rilevatori 20 è interposto un elemento isolante 25.
I mezzi misuratori 12 comprendono un'armatura esterna 13, lunga quanto il dispositivo 10, di forma sostanzialmente tubolare e di materiale metallico, come ad esempio l'alluminio, all'interno della quale è disposta, ad essa coassiale, una prima armatura interna 14 cava ed avente forma coniugata a tale armatura esterna 13, in modo da formare un primo con densatore .
Nell'intercapedine 17 che si forma fra le due armature 13 e 14 è atto a passare, con funzione di dielettrico, il liquido da misurare. Tale liquido affluisce in tale intercapedine 17 mediante aperture 27 formate dalle differenze geometriche che ci sono fra la sezione dell'armatura esterna 13 ed il profilo dell'elemento isolante 25 (fig. 2).
Alla prima armatura interna 14 (fig. 1) è collegato elettronicamente un micro-processore 15, che trova posizione in un relativo elemento di supporto 16 disposto all'interno dell'armatura 14 stessa, e le cui funzioni saranno spiegate in seguito.
I mezzi rilevatori 20 sono disposti inferiormente rispetto ai mezzi misuratori 11, e conprendono una seconda armatura interna 21, anch'essa cava e di forma coniugata all'armatura esterna 13, disposta all'interno di quest'ultima, in modo da formare un secondo condensatore disposto inferiormente rispetto al primo. Fra tali due armature 13 e 21 si definisce un'intercapedine 22 all'interno della quale affluisce, attraverso fori 31, ricavati su una flangia inferiore 30, il liquido presente nel serbatoio 11. Anche i mezzi rilevatori 20 sono collegati elettronicamente al micro-processore 15 per trasferirne i dati rilevati.
Il microprocessore 15 (fig. 4) comprende un amplificatore operazionale 15a configurato come doppio moltiplicatore di capacità e collegato ai mezzi misuratori 12 ed ai mezzi rilevatori 20, un comparatore 15b atto sostanzialmente a confrontare i dati rilevati, ed un microcontrollore 15c atto principalmente a eseguire il calcolo raziometrico per la determinazione del livello del liquido, indicare, tramite un indicatore di livello 18, all'utilizzatore dell'automezzo, il livello del liquido presente all'interno del serbatoio 11, indicare, tramite un indicatore di riserva 19, all'utilizzatore dell'automezzo, il livello dell'eventuale riserva di liquido prevista.
Fra i mezzi misuratori 12 ed i mezzi rilevatori 20, è interposto l'elemento isolante 25 (figg. 1-3) che, per accoppiamento di forma mediante sue pareti di centraggio 26, è inserito all'interno sia della prima armatura interna 14, che della seconda armatura interna 21, per mantenerle coassiali fra loro ed allo stesso tempo all'armatura esterna 13, in modo che i mezzi misuratori 12 ed i mezzi rilevatori 20 risultino fra loro allineati assialmente.
Tale elemento isolante 25 comprende inoltre le aperture 27 atte a rallentare il flusso del liquido dall'intercapedine 17 all'intercapedine 22, in modo che il livello del liquido all'interno di quest 'ultima rimanga sostanzialmente costante, anche nel caso in cui il serbatoio 11 ed il dispositivo 10 siano sottoposti a sollecitazioni ondulatorie o sussultorie .
Alle due estremità del dispositivo 10 sono inoltre posizionati, per accoppiamento di forma, due elementi di copertura, rispettivamente, una flangia superiore 28 ed una flangia inferiore 30.
La flangia superiore 28 ha una forma sostanzialmente a disco e comprende, perpendicolarmente ad una sua superficie, una parete di centraggio 28a che, in uso, si trova parzialmente interposta fra l'armatura esterna 13 e la prima armatura interna 14, in modo da mantenerle costantemente distanziate e coassiali fra loro. La flangia superiore 28 comprende inoltre, sull'altra sua superficie, un condotto di uscita 28b per i cavetti elettrici provenienti dal microprocessore 15.
La flangia inferiore 30 ha anch'essa una forma sostanzialmente a disco e comprende, perpendicolarmente ad una sua superficie, una parete di centraggio 30a atta in uso ad essere posizionata, per accoppiamento di forma, fra l'armatura esterna 13 e la se-conda armatura interna 20, in modo da mantenerle costantemente distanziate e coassiali fra loro. Inoltre, tale flangia 30 comprende i fori 31 che permettono al solo liquido di affluire all'interno delle intercapedini 22 e 17.
I vari componenti del dispositivo 10 fin qui descritti vengono fra loro assemblati mediante elementi a vite 35 disposti longitudinalmente fra le due flangie 28 e 30.
Lo stesso dispositivo 10 viene montato nel serbatoio 11 ed utilizzato come segue.
II dispositivo 10, una volta montato, viene fissato verticalmente al serbatoio 11 mediante viti 36 od altri sistemi di ancoraggio di tipo noto, in modo che la parte terminale del dispositivo 10, ovvero quella in corrispondenza dei mezzi rilevatori 20, venga vantaggiosamente posizionata in una zona del serbatoio 11 in cui il liquido sia prevalentemente presente .
Secondo una variante, può essere realizzata una sede sul fondo del serbatoio 11 per ospitare tale parte terminale del dispositivo 10 e limitare ulteriormente il rischio di riflussi in corrispondenza dei mezzi rilevatori 20. Per il principio dei vasi comunicanti, il livello del liquido all'interno dell'intercapedine 17 è esattamente a pari altezza del livello del liquido all'esterno del dispositivo 10, mentre l'intercapedine 22 risulta costantemente riempita dal liquido.
I mezzi rilevatori 20 forniscono al microprocessore 15 un certo valore di capacità "C" per il primo condensatore 12 e per il secondo 20 mediante una misura di tempo di carica rispettivamente tx e tr. Tali misure possono essere utilmente espresse da tx come e da tr come in cui \ e k2 sono due costanti, h e lr sono le altezze misurate dai rispettivi condensatori 12 e 20, £r è la costante dielettrica relativa del liquido contenuto nel ser-batoio 11, mentre px e p2 sono addendi di valore costante imputabili alle capacità parassite. La misura raziometrica r risulta dunque pari a:
Disponendo di un'unità aritmetica di elaborazione (il micro-processore 15) che tratta separatamente i valori del numeratore e del denominatore si provvede ad una neutralizzazione mediante due parametri <w>i e come nella formula seguente:
La precedente formula può quindi essere riscritta come
per cui se Δχ e Δ2 sono nulli e si trascura la differenza tra *, e si ritorna nel caso ideale,
senza l'influenza di fenomeni parassiti.
Conoscendo il livello del liquido e le dimensioni strutturali del serbatoio 11 risulta elementare il calcolo del volume di liquido contenuto dato dal valore di area di base per il valore di livello calcolato, eventualmente privato del valore di volumi interferenti, come ad esempio quello di eventuali galleggianti, rientranze, mezzi di pescaggio, filtri, od il dispositivo 10 stesso.
Con il dispositivo 10 ed il relativo metodo, fin qui descritti, può essere fornito costantemente e con precisione il dato relativo al livello di liquido contenuto in un serbatoio 11, in quanto la presenza dei mezzi misuratori 12, dei mezzi rilevatori 20, e di un micro-processore 15 in grado di elaborare i dati fom iti da tali mezzi 12 e 20 garantiscono un'estrema precisione di misurazione, rilevamento e calcolo .Inoltre l'elemento isolante 25 che contemporaneamente isola fra loro i mezzi misuratori 12 dai mezzi rilevatori 20 e che, grazie alle aperture 27, limita le brusche variazioni di livello mantenendo pressoché costante la presenza del liquido nell'intercapedine 22, permette di applicare tale dispositivo 10 in serbatoi 11 sottoposti a sollecitazioni, come ad esempio quelli dei camion, o di altri mezzi di trasporto di grosse dimensioni.
E<' >chiaro che al dispositivo 10 ed al relativo metodo di utilizzo descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato. Sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad esempi specifici, un esperto del ramo potrà realizzare molte altre forme di dispositivo e metodo per misurare il livello di un liquido in un serbatoio rientranti nell'oggetto del presente trovato.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1 - Metodo per misurare il livello di un liquido, ad V. esempio un carburante, presente in un serbatoio (11) di un veicolo di trasporto o di lavoro, caratterizzato dal fatto che comprende una fase di calcolo di tipo raziometrico del livello di detto liquido, che avviene calcolando la frazione fra un determinato valore di riferimento associato a detto liquido e fornito da mezzi rilevatori (20) costantemente immersi in detto liquido, ed un valore variabile in funzione dell'altezza misurata da mezzi misuratori (12) almeno parzialmente immersi in detto liquido. 2 - Metodo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori (20) comprendono un primo condensatore tubolare, e che detto valore di riferimento è la capacità di detto primo condensatore. 3 - Metodo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi misuratori (12) comprendono un secondo condensatore tubolare, e che detto valore variabile è la capacità di detto secondo condensatore. 4 - Metodo come alle rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che detto secondo condensatore è sovrapposto assialmente a detto secondo condensa5 - Metodo come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in detta fase di calcolo il livello di detto liquido è calcolato con la seguente formula:m cui : r è la misura raziometrica del livello, tx è il tempo di carica del condensatore di livello, tr è il tempo di carica del condensatore di riferimento , nx è la neutralizzazione delle capacità parassite del condensatore di livello, nr è la neutralizzazione delle capacità parassite del condensatore di riferimento. 6 - Dispositivo per misurare il livello di un liquido, ad esempio carburante, presente in un serbatoio (11) di un veicolo di trasporto o di lavoro, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi rilevatori (20) costantemente immersi in detto liquido ed atti a misurare un valore di riferimento di detto liquido e mezzi misuratori (12) almeno parzialmente immersi in detto liquido ed atti a misurare un valore variabile di altezza di detto liquido. 7 - Dispositivo come alla rivendicazione 6, caratterlzzato dal fatto che detti mezzi misuratori (12) sono sovrapposti assialmente rispetto a detti mezzi rilevatori (20). 8 - Dispositivo come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che fra detti mezzi misuratori (12) e detti mezzi rilevatori (20) è disposto un elemento isolante (25) atto a isolare fra loro detti mezzi misuratori (12) da detti mezzi rilevatori (20) ed a limitare brusche variazioni di livello del liquido in corrispondenza di detti mezzi rilevatori (20). 9 - Dispositivo come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi misuratori (12) e detti mezzi rilevatori (20) sono collegati elettronicamente ad un micro-processore (15). 10 - Dispositivo come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi misuratori (12) comprendono mezzi atti a formare una prima armatura esterna (13) sostanzialmente tubolare ed una coassiale prima armatura interna (14), per misurare l'altezza, all'interno di detto serbatoio (11), di detto liquido. 11 - Dispositivo come alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che fra detta prima armatura interna (14) e detta prima armatura esterna (13) è interposto detto liquido. 12 - Dispositivo come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti da 6 in poi, caratterizzato dal fatto che detto micro-processore (15) è alloggiato in una corrispondente sede (16) ricavata all'interno di detta prima armatura interna (14). 13 - Dispositivo come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori (20) comprendono mezzi atti a formare una seconda armatura esterna (13) sostanzialmente tubolare ed una coassiale seconda armatura interna (21). 14 - Dispositivo come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rilevatori (20) sono posizionati in detto serbatoio (11) in modo da risultare totalmente al di sotto del livello del liquido, per misurare costantemente detto valore di riferimento. 15 - Dispositivo come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti da 6 in poi, caratterizzato dal fatto che detti mezzi atti a formare detta prima armatura esterna e detta seconda armatura esterna sono costituiti da un unico elemento tubolare (13). 16 - Dispositivo come ad una o all'altra delle rivendicazioni precedenti da 8 in poi, caratterizzato dal fatto che detto elemento isolante (25) comprende una parete di centraggio (26) atta ad essere inserita coassialmente e contemporaneamente in detta prima armatura interna (14) ed in detta seconda armatura interna (21) per mantenere fra loro concentrici detti mezzi misuratori (12) e detti mezzi rilevatori (20). 17 - Dispositivo come alle rivendicazioni 8 e 15, caratterizzato dal fatto che detto elemento isolante (25) forma in cooperazione con detto elemento tubolare (13) una pluralità di aperture (27) atte a permettere il passaggio in quantità controllata a detto liquido da detti mezzi misuratori (12) a detti mezzi rilevatori (20). 18 - Dispositivo come alla rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che un elemento di copertura, o flangia, superiore (28) è posizionato all'estremità superiore di detti mezzi atti a formare detta prima armatura esterna (13) per mantenere costantemente coassiali e distanziati fra loro detti mezzi atti a formare detta prima armatura esterna (13) e detta prima armatura interna (14). 19 - Dispositivo come alla rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detto elemento di copertura superiore (28) ha forma sostanzialmente a disco e comprende perpendicolarmente ad sua superficie, una parete di centraggio (28a) atta, in uso, ad essere parzialmente disposta fra detti mezzi atti a formare detta prima armatura esterna (13) e detta prima armatura interna (14). 20 - Dispositivo come alle rivendicazioni precedenti da 18 in poi, caratterizzato dal fatto che detto elemento di copertura superiore (28) comprende un condotto di uscita (28b) per il passaggio di cavi elettrici. 21 - Dispositivo come alla rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che un elemento di copertura, o flangia, inferiore (30) è posizionato all'estremità inferiore di detti mezzi atti a formare detta seconda armatura esterna (13) per mantenere costantemente coassiali e distanziate fra loro detti mezzi atti a formare detta seconda armatura esterna (13) e detta seconda armatura interna (21). 22 - Dispositivo come alla rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che detto elemento di copertura inferiore (30) ha forma sostanzialmente a disco e comprende perpendicolarmente ad sua superficie, una parete di centraggio (30a) atta, in uso, ad essere parzialmente disposta fra detti mezzi atti a formare detta seconda armatura esterna (13) e detta seconda armatura interna (21). 23 - Dispositivo come alla rivendicazione 21, c aratterizzato dal fatto che detto elemento di copertura inferiore (30) comprende almeno un foro (31) atto a permettere al solo liquido di affluire all'interno di detti mezzi misuratori (12) e detti mezzi rilevatori (20). 24 - Dispositivo e metodo per misurare il volume di un liquido in un serbatoio (11) sostanzialmente come descritti, con riferimento agli annessi disegni.
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