MX2007000358A - Sensor de proximidad para detectar el nivel de fluido en un contenedor. - Google Patents

Abstract

Un sistema de sensor para detectar el nivel de liquido en un pantoque, para uso en accionadores de bomba de pantoque automaticos. Los sensores de efecto de campo, primero y segundo, se envuelven o sellan dentro de un contenedor o la pared de pantoque y se alinean en un grupo vertical y cada uno comprende un modelo sustancialmente plano de "electrodos" o trazas conductivas colocadas en una tarjeta de circuito impresa (PCB) junto con circuitos integrados utilizados para crear un ciclo o campo electrico en forma de arco. A medida que el liquido de pantoque se eleva a la proximidad o nivel de los sensores de efecto de campo, un cambio en el campo electrico en forma de arco se detecta y, en respuesta, una bomba de pantoque se acciona automaticamente para bombear el liquido fuera del pantoque. Opcionalmente, el control de bomba puede programarse por el uso de un microprocesador para permitir el control de la sincronizacion de encendido-apagado y prevenir los efectos indeseables de "bailoteo".

Description

SENSOR DE PROXIMIDAD PARA DETECTAR EL NIVEL DE FLUIDO EN UN CONTENEDOR ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención: La presente invención se refiere a sensores para detectar la presencia de un fluido, sistemas automáticos para accionar bombas en respuesta a la detección de un nivel de fluido y sensores montados en la parte inferior de un tanque de pantoque de buque que activa una bomba de pantoque cuando el nivel de fluido del pantoque alcanza una distancia predeterminada arriba de la parte inferior del tanque de pantoque.

Discusión de la Técnica Anterior: En el pasado, las bombas se han activado manualmente o mediante interruptores tipo flotador mecánico con contactos puntuales o de mercurio para completar un circuito eléctrico que activa una bomba. Los interruptores de presión también se han utilizado. Estos interruptores de la técnica anterior trabajaron adecuadamente cuando se instalaron inicialmente. Sin embargo, a través del tiempo, el polvo del pantoque y otras fuentes de contaminación frecuentemente prevenían a los componentes mecánicos de moverse según se pretendiera, originando la falla del interruptor. Además, los interruptores de activación de la bomba de pantoque de la técnica anterior típicamente se desgastaban varias veces durante la vida de un buque y, ubicándose en regiones inferiores del buque, fueron difíciles para tener acceso para reemplazo y reparación.

Varios detectores de proximidad de fluido o nivel de fluido de la técnica anterior emplearon interruptores eléctricos accionados cuando un conducto, tal como un cuerpo de agua, se movía hacia la proximidad cercana al detector o sensor. Las Patentes de EE.UU. Números 3 ,588,859; 3,665,300; 4,800,755 y 4,875,497 describen tales detectores. La Patente de EE.UU No. 5,017,909 describe un detector de proximidad utilizado como un detector de nivel de líquido para receptáculos en vehículos. Otras aplicaciones para los detectores de nivel de líquido incluían sistemas de bombeo por pantoque para los barcos. Un sistema de bombeo de pantoque debe activarse antes de que el agua acumulada alcance un nivel excesivo. Los mecanismos de la técnica anterior para la detección de un nivel de agua de pantoque excesivo emplearon sistemas de flotación mecánicos, originando que el interruptor se accionara en cualquier momento que el agua alcanzara tal nivel no deseado. El fluido del pantoque o agua eventualmente vuelve a los sistemas de detección de nivel mecánicos inoperantes en parte debido a que el fluido del pantoque puede contener varias formas de desecho corrosivo. El reemplazo de las partes averiadas de un sistema de detección de nivel de pantoque puede ser muy caro y problemático, ya que un experto en la materia debe ingresar al pantoque para realizar el trabajo. Varios sistemas de detección de proximidad electrónicos se han propuesto en la búsqueda de una solución a este problema desordenado, caro. A manera de ejemplo, Smith et al. (Patente de Estados Unidos No. 4,881 ,873) describe un sensor de nivel capacitivo para una bomba de pantoque incluyendo una placa de sensor 40 colocada en un pantoque en una posición seleccionada para el accionamiento de la bomba. El agua del pantoque se detecta como un dieléctrico, en una manera hablando, y de tal manera el sensor es susceptible a falsas alarmas o detecciones omitidas una vez que la contaminación acompañante del flujo de pantoque se ha acumulado en el pantoque y ha contaminado el área alrededor del sensor, y el bailoteo del agua del pantoque es probable que origine el control del pantoque para accionarse cuando el nivel de pantoque no requiere el bombeo. Giba (Patente de EE.UU No. 5,287,086) también describe un sensor de nivel capacitivo para una bomba de pantoque que incluye una placa de sensor capacitivo 79 colocada en un pantoque en una posición seleccionada para el accionamiento de la bomba. El sensor se contiene dentro de un alojamiento sellado 32 para mantener el agua del pantoque lejos del sensor y de otros circuitos. Aquí nuevamente, el agua del pantoque se detecta como un dieléctrico, en una manera hablando, y de tal manera el sensor es susceptible a falsas alarmas o detecciones omitidas una vez que la contaminación acompañante del flujo de pantoque se ha acumulado en el pantoque y ha contaminado el área alrededor del sensor, y el bailoteo del agua del pantoque es probable que origine el control del pantoque para accionarse cuando el nivel de pantoque no requiere el bombeo. Santiago (Patente de EE.UU No, 4,766,329) describe un sensor de dos niveles de estado sólido para una bomba de pantoque que incluye un medidor de alto nivel de agua y un medidor de bajo nivel de agua, ambos colocados en un pantoque en las posiciones seleccionadas para el accionamiento de la bomba. Los medidores se encuentran en contacto con el agua del pantoque, y así los sensores del medidor son susceptibles a falsas alarmas o detecciones omitidas una vez que la contaminación acompañante del flujo de pantoque se ha acumulado en el pantoque y ha contaminado los medidores. Farr (Patente de EE.UU. No. 5,238,369) describe un sistema para el control de nivel de líquido incluyendo los sensores de nivel capacitivo inferiores y superiores 10, 18 teniendo posiciones seleccionadas para el accionamiento de la bomba. Esta referencia es silenciosa en la necesidad de mantener el agua del pantoque lejos de los sensores, pero el agua del pantoque se detecta como un dieléctrico, en una manera hablando, y de tal manera el sensor es susceptible a falsas alarmas o detecciones omitidas una vez que la contaminación acompañante del flujo de pantoque se ha acumulado en el pantoque y ha contaminado el área alrededor de los sensores. El solicitante tiene permiso de una patente de sensor de Efecto de Campo para Caldwell (Patente de EE.UU No. 5 ,594,222) en un "sensor al tacto" utilizado para detectar si un usuario presiona un botón virtual; este sensor se refiere como un "sensor al tacto". Mientras que la patente describe las propiedades electromagnéticas de la detección al "tacto" de Efecto de Campo, es silenciosa en cuanto a cuánta de tal tecnología podría emplearse en un sistema sensor para detectar una interfase de fluido/aire o para el accionamiento de bomba de pantoque automatizado. Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema para detección de nivel de líquido y control de nivel de líquido que supere los problemas con los sistemas y sensores de la técnica anterior, permitiendo la instalación de un sistema de detección de nivel de fluido barato, confiable, que sea improbable de requerir mantenimiento o limpieza en el pantoque. Podría ser altamente deseable tener un sistema de detección de proximidad nuevo y mej orado que sea altamente confiable y relativamente barato de fabricar. Tal sistema de detección de proximidad debería ser altamente sensible y poseer un amplio rango de aplicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El sistema de sensor y control de nivel de fluido de la presente invención comprende un contenedor o alojamiento hermético al fluidos y una tarjeta de circuito con electrodos y modelos interconectados instalados con componentes para crear un campo eléctrico que tenga modelos en forma de arco y cambios sensibles utilizando el principio de efecto de campo. El contenedor o alojamiento mantiene los modelos de electrodos, primero y segundo, en una orientación vertical y tiene rebordes en los lados del alojamiento para permitir al polvo encontrado en un pantoque desprenderse. Mediante selección cuidadosa de materiales, el contenedor puede resistir el ataque biológico (por ejemplo, hongos o algas) y prevenir la incrustación de otros materiales que podrían adherirse de otra forma al contenedor. En la posición vertical, la gravedad también ayuda a permitir a la contaminación anticipada desprenderse. El efecto de campo se describe en cualquier parte en la Patente de EE.UU No. 5,594,222 y otras cedidas a TouchSensor, LLC, las cuales se utilizan típicamente en grandes aplicaciones de recursos para la entrada del operador. Un principio similar se adapta para detectar los líquidos en proximidad cercana al sensor, aún cuando se aisla del líquido por una barrera física, tal como una pared de tanque o contenedor moldeado. Esta técnica rechaza la contaminación de modo común al sensor y, a través de la sintonización adecuada del dispositivo, permite la presencia o ausencia de un líquido a detectar. Ya que este es un dispositivo de estado sólido en proximidad cercana al detector y también es de baja impedancia, también es muy tolerante de ruido eléctrico en el ambiente marino. El diseño de electrodo puede tener geometrías que varían de placas paralelas a anillos concéntricos de varios tamaños y formas geométricas. El diseño de los electrodos se determina por los materiales de construcción, espesor, composición del líquido y otras consideraciones. Ya que el sistema de sensor y control de nivel de fluido se sumerge cuando está activo y pasando corriente, un dispositivo interruptor de corriente interna (por ejemplo, un Transistor de Efecto de Campo (FET)) adaptado para pasar veinte amperios fácilmente se enfría. Los electrónicos para soportar el sensor opcionalmente incluyen componentes que permiten el control de los dispositivos que demandan veinte amperios de corriente sin la adición de un relé separado. A través del desprendimiento de corriente y otras técnicas, el sistema de control de bomba de pantoque de la presente invención opera a través de dos cables o puede tener un tercer cable separado para proporcionar energía. El sistema de sensor y control de nivel de fluido puede implementarse con o sin un microprocesador. El ensamble de la bomba de pantoque consiste de un aloj amiento, tarjeta de circuito, componentes y cableado preformado. En operación, el sensor de bomba de pantoque se instala en línea entre la bomba y un suministro de energía. El circuito extrae su propia energía del suministro de conductores de fuerza sin activar la bomba. Sin el líquido de pantoque presente cerca de los electrodos de sensor, un IC de detección se encuentra en un primer estado, "apagado". Con un líquido presente cerca de los electrodos de sensor, el IC cambia de estado a "encendido" y el conjunto de circuitos permite la conexión de energía a la bomba de pantoque. La bomba se activa hasta que el nivel de líquido va abajo de los electrodos de sensor. El IC de detección cambia el estado a "apagado" y la energía a la bomba se interrumpe, originando que la bomba se detenga. La secuencia se repite en cualquier momento que el líquido viene en proximidad al sensor. Un microprocesador opcional permite el control de sincronización de encendido-apagado y otras operaciones de manej o de tiempo proporcionan una operación estable de la bomba sin cambios rápidos del estado de "encendido" al "apagado" (por ejemplo, debido a una inestabilidad referida como "bailoteo"). El bailoteo puede variar en amplitud dependiendo de la longitud de la embarcación y el tanque de pantoque y el movimiento de oscilación de la embarcación. El controlador de la bomba de pantoque de la presente invención incluye un sensor de efecto de campo que comprende un sensor activo, de baja impedancia en un substrato dieléctrico. El sensor tiene una primera almohadilla de electrodo conductivo y un segundo electrodo conductivo que sustancialmente rodea el primer electrodo en una relación separada aparte. La primera almohadilla de electrodo tiene una forma geometría continua, cerrada y ambos electrodos se unen a la misma superficie del substrato. Un componente eléctrico activo se coloca en proximidad cercana a los electrodos. El sensor se utiliza para reemplazar los interruptores convencionales y se activa cuando el agua o fluido de pantoque contacta o viene en proximidad cercana con el substrato. El sensor se utiliza para encender o apagar un motor de bomba eléctrica. El diseño del sensor de efecto de campo opera adecuadamente con líquidos presentes en el substrato y en la presencia de electricidad estática, y se adecúa bien para el uso en un ambiente en donde el agua, la grasa y otros líquidos son comunes, tales como los pantoques de buque u otras aplicaciones de altamar. Los electrodos se unen a la superficie posterior de un substrato, opuesta a la superficie "húmeda" o frontal, previniendo de tal modo el contacto entre los electrodos y el fluido controlado (por ejemplo, agua del pantoque). Ya que los electrodos del sensor no se ubican sobre la superficie húmeda del substrato, el sensor no se daña por excoriación, solventes de limpieza o cualquiera de otros contaminantes que contacten el substrato. El costo y la complejidad del sensor se reduce ya que un relé o interruptor no se requiere. En la forma preferida, un oscilador se conecta eléctricamente a los electrodos internos y externos a través de resistores de sintonización de ganancia y suministra una señal tipo onda cuadrada que tiene una gran pendiente en el borde de arrastre. La señal de oscilador crea un campo eléctrico transversal en forma de arco entre el electrodo externo y el electrodo central. La trayectoria de campo eléctrico es en forma de arco y se extiende a través del substrato y pasa la superficie frontal, proyectándose transversalmente al plano del substrato. Las señales de electrodo interno y externo se aplican como señales de modo común a las entradas de un circuito de detección diferencial y cuando la diferencia en respuesta entre los electrodos internos y externos es lo suficientemente grande, el circuito de detección cambia el estado (por ejemplo, de alto a bajo). El estado de circuito de detección se altera cuando el substrato se toca por el fluido controlado. En la forma preferida, un componente eléctrico activo preferentemente configurado como un circuito integrado específico de aplicación de montaje de superficie (ASIC), se ubica en cada sensor. Preferentemente, el ASIC se conecta al electrodo de la almohadilla central y al electrodo externo de cada sensor. El ASIC actúa para amplificar y regular la señal de detección en el sensor, reduciendo de tal modo la diferenta en el nivel de señal entre los sensores individuales debido a las diferentes longitudes de conducción y las trayectorias de vía de conducción. Una pluralidad de sensores pueden colocarse sobre el substrato. Las anteriores y todavía las características adicionales de la presente invención llegarán a ser aparentes en consideración de la siguiente descripción detallada de una modalidad específica de la misma, particularmente cuando se toma en conjunto con los dibujos acompañantes, en donde los numerales de referencia similares en las diversas figuras se utilizan para designar componentes similares.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista lateral, en alzado, de un sistema de sensor y control de nivel de fluido de pantoque, de acuerdo con la presente invención. La figura 2 es una sección transversal parcial, en alzado, del sistema de sensor y control de nivel de fluido de la figura 1 , de acuerdo con la presente invención. La figura 3 es una vista lateral posterior, en alzado, de la superficie primaria, posterior o seca de un ensamble de tarjeta de conexiones impresa para el sistema de sensor y control de nivel de fluido de las figuras. 1 y 2, de acuerdo con la presente invención. La figura 4 es un diagrama esquemático del ensamble de tarjeta de conexiones impresa para el sistema de sensor y control de nivel de fluido de las figuras 1 , 2 y 3, de acuerdo con la presente invención. La figura 5 es un diagrama que ilustra un sistema de sensor de nivel de fluido de efecto de campo que muestra el paso de campo en forma de arco a través del fluido, de acuerdo con la presente invención. La figura 6 es un diagrama dibujado a escala y que ilustra el trazado lateral de componente de las trazas conductivas en una tarjeta de circuito impresa incluyendo un modelo de electrodo de sensor de almohadilla balanceada. La figura 7 es una vista en artista, en alzado, que ilustra las trazas conductivas sobre la tarjeta de circuito impresa de la figura 6 que incluye el modelo de electrodo de sensor de almohadilla balanceada, según se observa desde lo lateral. La figura 8 es una vista en artista, en alzado, de una modalidad de dos lados alternativa que ilustra las trazas conductivas sobre una tarjeta de circuito impresa que incluye el modelo de electrodo de sensor de almohadilla balanceada, según se observa desde lo lateral.

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Refiriéndose a la modalidad ejemplar ilustrada en las Figs. 1 -5, un pantoque o vasija de contención de fluido 10 se une por una superficie o pared hermética al fluido 1 8 y en momentos contiene agua de pantoque o algún otro fluido 12. El nivel de fluido en el pantoque se eleva y cae y el nivel de fluido es medible sobre una dimensión seleccionada tal como aquella mostrada por la escala vertical en la figura 1 . A medida que el nivel de fluido se eleva o cae, una interfase de fluido/aire 16 puede observarse o medirse a lo largo de la escala de nivel de fluido. En la aplicación de marina típica, el pantoque 10 contiene el fluido 12 tal como agua residual o agua de mar que se sale a través de la cubierta o casco de buque, y cuando el nivel de fluido de pantoque es excesivamente alto (por ejemplo, a un nivel de disparo o superior seleccionado 16H), el fluido 12 deberá bombearse, usualmente con una bomba electroaccionada (no mostrada) que se energiza selectivamente cuando el nivel de fluido excesivamente alto 16H se detecta. El nivel de fluido se detecta mientras que el bombeo avanza y la bomba se apaga cuando el nivel de fluido 12 es lo suficientemente bajo (por ejemplo, a un nivel de apagado o inferior seleccionado 16L).

Según se muestra en las Figs. 1 , 2 y 3 , el sistema de sensor y control de nivel de fluido 20 de la presente invención comprende un contenedor o alojamiento hermético al fluido 24 y un ensamble de tarjeta de conexiones impresa 22 con electrodos 50, 52, 60 y 62 y modelos interconectados instalados con componentes para crear un campo eléctrico que tiene modelos en forma de arco y cambios sensibles utilizando el principio de "efecto de campo". Refiriéndose a las Figs. 4 y 5, el efecto de campo se genera y los cambios en el campo se detectan utilizando los modelos de electrodos o trazas conductivas 50, 52, que crean campos eléctricos en forma de arco 70 que se proyectan transversalmente y que pasan a través del substrato 30. Cuando una interfase de fluido/aire en aumento 16 se detecta, los campos eléctricos en forma de arco 70 pasan a través del fluido 12 en lugar del aire arriba de la interfase de fluido/aire. La operación del sistema de sensor 20 se describirá a mayor detalle abajo. En la modalidad de la figura 1 , el ensamble de la tarjeta de conexiones impresa 22 se coloca dentro de una cavidad 26 del alojamiento o contenedor 24 y, durante el ensamble, se sella adentro para proporcionar una barrera a prueba de fluido de espesor sustancialmente uniforme. La tarjeta de conexiones impresa o tarjeta de circuito 30 es un substrato plano dieléctrico de espesor sustancialmente uniforme que tiene un lado posterior (mostrado en las Figs. 2 y 3) llevando los componentes y opuesto a un lado frontal. El sistema de sensor 20 se conecta a una alimentación de red y una bomba eléctrica (no mostrada) por medio de un ensamble alámbrico de dos cables 32 preferentemente comprendiendo al menos los segmentos de cable calibre dieciséis (16AWG), primero y segundo. Los componentes eléctricos en la modalidad del sensor ilustrada en las Figs. 2, 3 y 4 incluyen un micro-controlado de ocho bits de circuito integrado pre-programado (IC) también identificado como U4, el cual se conecta a y responsivo a los ICs de interruptor al tacto, primero y segundo, 36, 37 también identificados como U2 y U3 , respectivamente. Un suministro de energía del sistema de sensor incluye regulador de voltaje 38, también identificado como U l , y el voltaje de alimentación de red también se controla por un par de diodos que incluyen diodos conectados en serie 46 y diodo zener conectado en derivado 44 proporcionando energía a un regulador de voltaje 38. En la modalidad ilustrada, el suministro y accionamiento de la bomba de agua del pantoque viene de un Transistor de Efecto de Campo de canal N de gran interrupción (NFET) 42, el voltaje de la alimentación de red (por ejemplo, 12 VDC) se conecta a través del conector J l al drenaje y la corriente, cuando se enciende para activar la bomba, pasa a través de la fuente y a través del conector J2 a la bomba. Según se observa mejor en la figura 3 , un primer modelo de electrodo de sensor 49 incluye una almohadilla de electrodo central superior sustancialmente regular 50 incluyendo una pluralidad de trazas conductivas verticales separadas por secciones de ancho aproximadamente iguales de la superficie de PCB no conductiva, en donde cada traza conductiva se conecta en sus extremos, superiores e inferiores, mediante una traza conductiva circundante, todas conectadas al resistor R5. La almohadilla de electrodo central superior 50 no se encuentra muy completamente envuelta por el electrodo externo superior 52 que se conecta al sensor al tacto superior ASIC 36. Tanto la almohadilla interna 50 y como el electrodo externo 52 se envuelven al menos parcialmente por un perímetro de material de traza conductiva sólida para proporcionar un anillo de masa (no mostrado). El anillo de masa puede configurarse para influir en la sensibilidad y direccionabilidad del electrodo externo 52; si el anillo de masa se sitúa demasiado cerca al electrodo externo 52, sin embargo, el modo diferencial del sensor se pierde y el sensor se comporta en una forma de extremo único. Un segundo modelo de electrodo de sensor 59 se coloca en una orientación verticalmente alineada abajo del primer modelo de electrodo de sensor 49 e incluye una almohadilla de electrodo central inferior sustancialmente rectangular 60 incluyendo una pluralidad de trazas conductivas verticales separadas por secciones de ancho aproximadamente iguales de la superficie de PCB no conductiva, en donde cada traza conductiva se conecta en sus extremos, superiores e inferiores, mediante una traza conductiva circundante, todos conectados al resistor R7. La almohadilla de electrodo central inferior 60 no se encuentra muy completamente envuelta por el electrodo externo inferior 62 el cual se conecta al sensor al tacto inferior ASIC 37. Tanto la almohadilla 60 como el electrodo externo 62 también se envuelven al menos parcialmente por un segundo perímetro de material de traza conductiva sólida para proporcionar un segundo anillo de masa (no mostrado). De acuerdo con la presente invención, el principio de efecto de campo se adapta para detectar el líquido 12 cuando se encuentra en proximidad cercana al sensor 20, aún cuando se aisla del líquido por una barrera física tal como una pared de tanque o contenedor moldeado (por ejemplo, 24). Esta técnica rechaza la contaminación de modo común al sensor y, a través de la sintonización adecuada del dispositivo, permite la presencia o ausencia de líquido o fluido (por ejemplo, agua de pantoque 12) a detectar. Ya que los sensores al tacto ASICs 36, 37 son dispositivos de estado sólido en proximidad cercana a las almohadillas de electrodo y también de baja impedancia, también son muy tolerantes de ruido eléctrico en el ambiente de marina. El diseño de electrodo puede tener geometrías que varían de placas paralelas a anillos concéntricos de varios tamaños y formas geométricas. El diseño de los electrodos (por ejemplo, 50, 52, 60 y 62) se determina por los materiales de construcción, espesor, composición de líquido 12 y otras consideraciones, según se apreciará por aquellos expertos en la materia. En la modalidad ilustrada, la electrónica que soporta el sensor incluye componentes que permiten el control de los dispositivos (por ejemplo, una bomba) que demandan 20 amperios de corriente sin la adición de un relé separado. Ya que el sistema de sensor y control de nivel de fluido 20 se sumerge cuando está activo y pasando la corriente, la disipación térmica al nivel de pantoque 12 permite a un dispositivo de interruptor de corriente interna (por ejemplo, NFET 42) y un circuito de suministro de veinte amperios enfriarse fácilmente. A través del desprendimiento de corriente y otras técnicas, el sistema de sensor y control de nivel de fluido 20 opera a través de dos cables o puede tener un tercer cable separado (no mostrado) para proporcionar energía. El desprendimiento o expulsión de corriente utiliza la salida de error del regulador de voltaje 38 como una entrada al microprocesador 34 que se programa para apagar el interruptor FET 42 por un intervalo corto durante el cual el capacitor de almacenamiento en derivación C l se carga de regreso a 12 voltios. Este método de desprendimiento de corriente permite una "duración de impulso de corriente" para el interruptor FET 42 de al menos 97%. El sistema de sensor y control de nivel de fluido 20 puede implementarse con o sin un microprocesador (no mostrado). El alojamiento o contenedor 24 soporta y protege los modelos de electrodo, primero y segundo, 49 y 59, en una orientación vertical y opcionalmente tiene uno o más rebordes externos transversalmente proyectando características alargadas verticalmente alineadas 27 sobre los lados del alojamiento para permitir al polvo del pantoque desprenderse o alejarse del alojamiento 24 a medida que el nivel de fluido cae durante el bombeo. El alojamiento 24 se elabora preferentemente de materiales inertes tales como ABS, polipropileno o epoxia para resistir el ataque biológico (por ejemplo, hongos o algas) y prevenir la incrustación de otras sustancias que podrían de otra forma tender a adherirse a las paredes laterales del alojamiento o el contenedor. En la orientación vertical o posición mostrada en la figura 1 , la gravedad también ayuda a permitir a la contaminación anticipada desprenderse. En operación, el sensor de bomba de pantoque 20 se instala en línea entre la bomba y un suministro de conductores de fuerza que utilizan un ensamble alámbrico 32. El circuito extrae su propia energía del suministro de conductores de fuerza a través del conector J l sin activar la bomba. Sin el líquido de pantoque presente cerca de los electrodos de sensor, cada uno de los ICs de detección 36, 3 se encuentra en un primer estado, "apagado". Con el líquido 12 presente cerca de los electrodos de sensor, los ICs de detección 36, 37 cambian el estado a un segundo estado, "encendido", y el circuito conecta la energía a través de FET 42 a la bomba de pantoque. La bomba permanece activada hasta que el nivel de líquido detectado 16 va debajo de los electrodos de sensor 49 y 59. Los ICs de detección 36, 37 cambian así el estado a "apagado" y la energía a la bomba se interrumpe, originando que la bomba se detenga. Esta secuencia se repite en cualquier momento que la superficie de fluido 16 viene en proximidad con el sistema de sensor 20. Un microprocesador opcional permite el control de la sincronización de encendido-apagado y otras operaciones de manejo de tiempo para proporcionar una operación de bomba estable sin cambios rápidos del estado de "encendido" al de "apagado" (por ejemplo, debido a una inestabilidad referida como "bailoteo"). El bailoteo puede variar en amplitud dependiendo de la longitud de la embarcación y el tanque de pantoque y el movimiento de oscilación de la embarcación. El sistema de sensor o controlador de bomba de pantoque 20 de la presente invención incluye al menos un sensor de efecto de campo que comprende un sensor activo, de baja impedancia unido a solamente un lado de substrato dieléctrico 30 y se utiliza para reemplazar interruptores convencionales. El diseño de sensor de efecto de campo opera adecuadamente con los líquidos presentes sobre el substrato y en la presencia de electricidad estática, y se adecúa bien para utilizarse en un ambiente de marina en donde el agua, la grasa y otros líquidos son comunes, tal como pantoques de buque u otras aplicaciones de altamar. Según se muestra en la figura 5, el ensamble de tarj eta de conexiones impresa del sensor 22 puede moldearse o fabricarse en la pared lateral de pantoque 18 en lugar de encapsularse por separado en el alojamiento 24, con el lado frontal o "húmedo" de la tarjeta PC 30 que se encuentra de frente al interior del pantoque 10. Preferentemente, los modelos de electrodo de sensor 49 y 59 se unen a la superficie posterior del substrato de PCB 30. La superficie posterior del substrato se encuentra opuesta a la superficie frontal o "húmeda", previniendo de tal modo el contacto de los electrodos por el fluido controlado (por ejemplo, agua de pantoque). Ya que los electrodos de sensor no se ubican sobre la superficie frontal del substrato, el sensor no se daña por excoriación, solventes de limpieza o cualquiera de los otros contaminantes que contactan la superficie frontal del substrato. Además, el costo y la complejidad del sensor se reduce ya que un interruptor no se requiere. Preferentemente, un componente eléctrico activo, tal como una superficie ASIC (por ejemplo, 36) se ubica en cada sensor y se conecta entre el electrodo central (por ejemplo, 50) y el electrodo externo (por ejemplo, 52) de cada sensor. El ASIC actúa para amplificar y regular la señal de detección en el sensor, reduciendo de tal modo la diferenta en el nivel de señal entre los sensores individuales debido a las diferentes longitudes de conducción y las trayectorias de vía de conducción. El circuito integrado conectado a los electrodos de sensor de efecto de campo es un dispositivo activo y, en la modalidad ilustrada, se configura preferentemente como ASIC que opera en la manera descrita en la Patente de EE.UU 6,320,282, para Caldwell, la descripción completa de la cual se incorpora en la presente para referencia. Según se describe anteriormente, una celda de efecto de campo simple tiene dos electrodos (por ejemplo, 50, 52), un ASIC (por ej emplo, 36) y dos resistores de sintonización de ganancia (por ejemplo, R5 y R6). El agotamiento para el ASIC TS- 100 de la invención es similar a aquel ilustrado en la figura 4 de la patente '282, pero los agotamientos varían ligeramente. El ASIC TS- 100 se encuentra disponible de Touch Sensor, LLC. Específicamente, para el ASIC TS- 100 mostrado en esta aplicación, la conexión de energía de entrada (Vdd) se encuentra en el eje 1 , la conexión a tierra se encuentra en el eje 2, la conexión de salida de señal de sensor se encuentra en el eje 3, el resistor de electrodo externo (por ejemplo, R6) se conecta al eje 4, la conexión de "oscilador fuera" se encuentra en el eje 5 y el resistor de electrodo de almohadilla interna (por ej emplo, R5) se conecta al eje 6. Opcionalmente, un ASIC puede configurarse para eliminar la necesidad de resistores de sintonización de ganancia R5 y R6 al hacer los ajustes de sintonización de ganancia internos al ASIC. La sensibilidad de la celda o sensor de efecto de campo se ajusta al ajustar los valores de los resistores de sintonización de ganancia R5 y R6. El sensor de la presente invención puede adaptarse para utilizarse en una variedad de aplicaciones y los resistores de ganancia R5 y R6 pueden cambiarse para originar una respuesta de voltaje deseado. El sensor de la presente invención es como otros sensores en aquel en que la respuesta de sensor para estímulo medido deberá sintonizarse o calibrarse para evitar saturación (es decir, de ganancia/sensibilidad predeterminada demasiado alta) y para evitar las detecciones omitidas (es decir, de ganancia/sensibilidad predeterminada demasiado baja). Para la mayoría de las aplicaciones, un valor de resistor de sintonización de ganancia que produce una respuesta de sensor en una región lineal, se prefiere. La sintonización o método de calibración típicamente coloca el ensamble de sensor en el ambiente de detección pretendido y los puntos de prueba de circuito en las entradas al circuito de decisión (por ejemplo, puntos 90 y 91 según se observa en la figura 4 de la patente '282 de Caldwell) se monitorean como una función de resistencia. El valor de resistencia de los resistores de sintonización de ganancia R5 y R6 se ajustan para proporcionar una entrada en el rango medio de la respuesta lineal del sensor. Mientras que otros modelos de electrodo son adecuados para esta aplicación de control de bomba de pantoque, los modelos de electrodo ilustrados 49 y 59, según se muestra en 3, se balancean cada uno. "Balanceado" como se utiliza aquí, significa que el área de traza conductiva del electrodo interno (por ejemplo, almohadilla central 50) es igual (o tan igual como posible dentro de las tolerancias de elaboración de PCB) al área de su anillo de electrodo externo correspondiente (por ejemplo, electrodo externo 52). Los solicitantes han descubierto que el diseño de electrodo de almohadilla balanceada ilustrada proporciona inmunidad de interferencia electromagnética (EMI) o ruido mejorado y trabaj a excepcionalmente bien para detección de la presencia de un fluido tal como agua. La inmunidad EMI parece contrarrestarse de un rechazo de modo común de ruidos falsos o señales de interferencia. Este rechazo de "modo común" es atribuible al área igual de la almohadilla central y el electrodo de anillo externo, los cuales parecen afectarse por el ruido falso o señales de interferencia sustancialmente iguales, y así cuando una señal de electrodo se substrae de la otra señal de electrodo, las señales de ruido/interferencia comunes se cancelan entre sí. En la modalidad ilustrada en la figura 3 , cada almohadilla central balanceada es sustancialmente rectangular teniendo un grado horizontal de aproximadamente doce milímetros (mm) y un grado vertical de nueve mm. Según puede observarse de la figura 3, cada almohadilla de electrodo central (por ejemplo, 50 y 60) incluyen una pluralidad de trazas conductivas verticales (cada una aproximadamente un mm en ancho) separadas por secciones anchas aproximadamente iguales de superficie de PCB no conductivo, en donde cada traza conductiva se conecta en sus extremos superiores e inferiores mediante un material de traza conductiva circundante, todos conectados a un resistor (por ejemplo, R5 para almohadilla superior 50). Cada almohadilla de electrodo central (por ej emplo, 50) no se envuelve muy completamente por el electrodo exterior superior 52 que es aproximadamente de 1 .5 mm en ancho y se conecta a un ASIC (por ejemplo, 36). Una modalidad de modelo de electrodo alternativo se ilustra en las Figs. 6 y 7; la figura 6 es un diagrama dibujado a escala y que ilustra el trazado lateral de componente de las trazas conductivas sobre una tarjeta de conexiones impresa incluyendo un modelo de electrodo se sensor de almohadilla balanceada 69, y la figura 7 es una vista en artista, en alzado, que ilustra las trazas conductivas del modelo de electrodo de sensor de almohadilla balanceada 69, según se observa del lado del PCB (por ejemplo, tal como PCB 30). Según se señala anteriormente, un modelo de electrodo o almohadilla balanceada tiene un área de traza conductiva para el electrodo interno (por ejemplo, almohadilla central 70) que es igual (o tan igual como posible dentro de las tolerancias de fabricación de PCB) al área de su anillo de electrodo externo correspondiente (por ejemplo, electrodo externo 72). Tanto la almohadilla 70 como el electrodo externo 72 también se envuelven opcionalmente por un perímetro de material de traza conductiva sólida para proporcionar un anillo de masa 76. El anillo de masa opcional 76 es útil para reducir los efectos del material de pantoque o buque en la operación del sensor 20. Cuando un anillo de masa 76 se incluye, el sensor 20 puede instalarse ya sea en un pantoque conductivo (por ejemplo, aluminio o acero) o un pantoque dieléctrico (por ejemplo, fibra de vidrio) con efectos insignificantes en el rendimiento del sensor. Una modalidad de modelo de electrodo alternativo se ilustra en la figura 8, un diagrama que ilustra una vista en artista de un trazado de dos lados de trazas conductivas en una tarjeta de circuito impresa incluyendo un modelo de electrodo de sensor de almohadilla balanceada 79, según se observa del lado de PCB (por ejemplo, tal como, PCB 30). Según anteriormente, un modelo de electrodo o almohadilla balanceada tiene un área de traza conductiva para el electrodo interno (por ej emplo, almohadilla central 80) llevada sobre un lado del PCB que es igual (o tan igual como posible dentro de las tolerancias de fabricación de PCB) al área de su anillo de electrodo externo correspondiente (por ejemplo, electrodo externo 82) sobre el lado opuesto de PCB 30. Tanto la almohadilla 80 como el electrodo externo 82 se envuelven al menos parcialmente por un perímetro de material de traza conductiva sólida para proporcionar un anillo de masa 86 que se separa del electrodo externo 82. Una modalidad alternativa con el control de microprocesador puede programarse para proporcionar retrasos para el encendido y apagado de la bomba. El micro-controlador se ha programado para leer la almohadilla de nivel inferior 60 y la almohadilla de nivel superior 50. Ambas almohadillas deberán activarse por al menos 256 lecturas consecutivas antes de que la bomba de pantoque se encienda. El intervalo entre las lecturas es 0.001 1 segundos, dando como resultado 0.286 segundos de tiempo total de lecturas continuas con ambas almohadillas activas antes del apagado de la bomba. Si en cualquier tiempo, cualquier sensor no se encuentra activo, la lectura se cancela y no se toma la acción que habilita la bomba. Durante los períodos cuando la bomba no se encuentra activa, el controlador se coloca por sí mismo en receso por 2.5 segundos y después se despierta y lee tanto las almohadillas superiores como inferiores 50, 60. De esta manera, el tiempo entre las lecturas de nivel de agua es aproximadamente 2.78 segundos. Este algoritmo pre-programado podría tener una alta probabilidad de no encendido de la bomba si el agua se bailotea meramente alrededor en el pantoque 10, pero brinda respuesta muy rápida. Este algoritmo pre-programado se almacena preferentemente en una memoria y opera en una manera similar a los principios de lógica confusa. Otros métodos pueden utilizarse para superar el "bailoteo". Varios métodos electrónicos incluyen utilizar circuitos de sincronización simple como "un disparo", "circuitos de sincronización e interrupción de pulsos", y "filtración de bajo paso". Sin embargo, ninguno de estos podría ser tan económico como utilizar la micro-computadora de chip único que incorpora la función de control completa en circuito simple utilizando un micro. Un método de control anti-bailoteo mecánico incluye configurar un escudo o cámara de plástico alrededor del área de detección y permitir al agua fluir lentamente hacia fuera y adentro de la cámara y el área de detección previniendo de tal modo al nivel de agua de cambiar muy rápidamente en el área del sensor. Este método de flujo moderado podría no prevenir a los sensores de encenderse/apagarse rápidamente cuando el nivel de agua se encontraba en el borde de activación, en donde los movimientos ligeros de agua o ruido eléctrico podrían originar la oscilación de sensor. La cámara de anti-bailoteo mecánico podría acoplarse con un simple circuito de filtro electrónico tal como un comparador y paso bajo, pero esto podría requerir más plástico que el diseño ilustrado. El método mecánico de prueba de bailoteo podría utilizarse también en relación con nuestro diseño de micro-controlador de corriente. La cámara de anti-bailoteo puede crear problemas si los puntos de entrada de agua fueron obstruidos debido al polvo y/o residuos. La solución de micro-controlador ilustrado da como resultado el consumo de energía más simple, más pequeño, más barato, más bajo resultante de la máxima flexibilidad y confiabilidad, y por lo tanto se prefiere para soluciones no-micro o métodos mecánicos. Habiendo descrito las modalidades preferidas de un método nuevo y mejorado, se cree que otras modificaciones, variaciones y cambios se sugerirán por aquellos expertos en la materia en vista de las enseñanzas establecidas en la presente. Por lo tanto, se entenderá que todas tales variaciones, modificaciones y cambios se considera que caen dentro del alcance de la presente invención según se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (30)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato sensor de nivel de fluido para detectar un nivel de fluido en movimiento y capaz de activar un dispositivo controlado, dicho aparato sensor de nivel de fluido comprendiendo: una barrera a prueba de fluidos de espesor sustancialmente uniforme que tiene superficies opuestas, primera y segunda, en donde dicha primera superficie de dicha barrera se expone al fluido; un substrato dieléctrico de espesor sustancialmente uniforme que tiene superficies opuestas, primera y segunda, en donde dicho substrato se encuentra próximo a dicha segunda superficie de dicha barrera; al menos un sensor colocado sobre dicho substrato, cada uno de dicho al menos un sensor comprendiendo: un primer electrodo de detección conductivo, delgado en una forma geométrica continua, cerrada que tiene un área que logra cubierta sustancial por contacto de fluido con dicha barrera; un segundo electrodo de detección conductivo, delgado en una relación separada, coplana y sustancialmente circundante a dicho primer electrodo de detección; y un componente eléctrico activo próximo a dichos electrodos de detección, primero y segundo, y acoplado eléctricamente a dichos electrodos de detección, primero y segundo, de tal forma que el contacto de fluido con dicha barrera activa el dispositivo controlado.

2. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 , comprendiendo además: un alojamiento a prueba de fluidos que incluye una cavidad próxima a dicha barrera a prueba de fluidos; y en donde dicho substrato se sella dentro de dicha cavidad.

3. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 2 en donde dicho substrato se sobre moldea dentro de dicha cavidad de alojamiento.

4. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 3 en donde un campo eléctrico se genera alrededor de dichos electrodos de detección, primero y segundo, dicho campo eléctrico teniendo una trayectoria en forma de arco que se origina en dicho segundo electrodo de detección y que termina en dicho primer electrodo de detección.

5. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 4, en donde dicho sensor de nivel de fluido genera una señal de detección que indica el estado de dicho sensor de nivel de fluido.

6. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 5, en donde el nivel de dicha señal de detección se altera cuando dicho nivel de fluido contacta dicha primera superficie de dicha barrera y se aproxima a dicho substrato.

7. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 en donde dicho substrato es vidrio.

8. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 en donde dicho substrato es plástico.

9. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 en donde dicho substrato se elabora de una resina de epoxia reforzada por fibra de vidrio.

10. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 en donde un canal se ubica dentro de dichos electrodos de detección, primero y . segundo, dicho canal teniendo una anchura generalmente uniforme.

1 1 . El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 comprendiendo además al menos un sensor adicional colocado sobre dicha primera superficie de dicho substrato.

12. El aparato sensor de nivel de fluido de la reivindicación 1 en donde dichos sensores se colocan en un grupo vertical.

13. Un aparato sensor de nivel de fluido de baj a impedancia para detectar el contacto por un fluido y capaz de activar un dispositivo controlado, dicho aparato sensor de nivel de fluido comprendiendo: un vehículo dieléctrico; al menos un sensor colocado sobre dicho vehículo, cada uno de dicho al menos un sensor comprendiendo: un primer electrodo de detección conductivo, delgado en una forma geométrica continua, cerrada que tiene un área que logra la cubierta substancial por una región de contacto de fluido; un segundo electrodo de detección conductivo, delgado en una relación separada y sustancialmente circundante a dicho primer electrodo de detección; y un componente eléctrico activo próximo a dichos electrodos de detección, primero y segundo, y acoplado eléctricamente a dichos electrodos de detección, primero y segundo; y un substrato dieléctrico que tiene superficies opuestas, primera y segunda, dicho vehículo dieléctrico colocado sobre dicha primera superficie de dicho substrato dieléctrico, de tal forma que el contacto de fluido de dicho substrato activa el dispositivo controlado.

14. El aparato de la reivindicación 13 en donde dicha primera superficie de dicho substrato es una superficie al tacto no fluida y dicha segunda superficie de dicho substrato es una superficie al tacto fluida.

15. Un aparato sensor de proximidad de fluido de baja impedancia para detectar el contacto de fluido y capaz de activar un dispositivo controlado, dicho aparato de sensor de proximidad de fluido comprendiendo: un substrato dieléctrico teniendo superficies opuestas, primera y segunda, y al menos un sensor colocado sobre dicho substrato, cada uno de dicho al menos un sensor comprendiendo: un primer electrodo de detección conductivo, delgado en una forma geométrica continua, cerrada que tiene un área que logra la cubierta substancial por una área de contacto de fluido; un segundo electrodo de detección conductivo, delgado en una relación separada, coplana y sustancialmente circundante a dicho primer electrodo de detección; y un dispositivo activo próximo a dichos electrodos de detección, primero y segundo, y acoplado eléctricamente a dichos electrodos de detección, primero y segundo, de tal forma que el contacto de fluido con dicho substrato activa el dispositivo controlado.

16. El aparato sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 15 en donde dicho dispositivo activo es un ASIC configurado para energizar dichos electrodos con una señal de oscilador.

17. El aparato sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 16 incluyendo además al menos un resistor de sintonización de ganancia colocado sobre dicho substrato y acoplado eléctricamente entre dicho ASIC y uno de dichos electrodos, primero y segundo.

18. El aparato sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 17 comprendiendo además al menos un sensor adicional colocado sobre dicho substrato.

19. El aparato sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 17 en donde dicho ASIC de sensor de proximidad de fluido genera una señal de detección en respuesta a un nivel de fluido en aumento.

20. Una pluralidad de almohadillas de detección de fluido para detectar el contacto de fluido y capa de activar un dispositivo controlado, cada almohadilla de detección de fluido comprendiendo: un vehículo dieléctrico; una primer almohadilla de electrodo conductivo, delgado que tiene un borde periférico y colocada sobre dicho vehículo en una forma geométrica continua, cerrada que tiene un área que logra la cubierta sustancial por un área de contacto de fluido; un segundo electrodo conductivo, delgado colocado sobre dicho vehículo en una relación separada a dicho primer electrodo, dicho segundo electrodo rodeando dicho primer electrodo en bordes periféricos que tienen una almohadilla de detección de fluido adyacente; y un substrato dieléctrico que tiene superficies opuestas, primera y segunda, dicho vehículo colocado sobre dicha primera superficie de dicho substrato, de tal forma que el contacto de fluido con dicha segunda superficie de dicho substrato activa el dispositivo controlado.

21 . Un sensor de proximidad de fluido para detectar un fluido en movimiento y capaz de generar una señal detectada por presencia de fluido o activar un dispositivo controlado, dicho aparato sensor de proximidad de fluido comprendiendo: un substrato dieléctrico a prueba de fluidos de espesor sustancialmente uniforme que tiene superficies opuestas, primera y segunda; al menos un sensor colocado sobre dicha primera superficie de dicho substrato, cada uno de dicho al menos un sensor comprendiendo: un primer electrodo de detección conductivo, delgado en una forma geométrica continua, cerrada que tiene un área que logra la cubierta sustancial por el contacto de fluido con dicha segunda superficie de substrato; un segundo electrodo de detección conductivo, delgado en una relación separada, coplana y sustancialmente circundante a dicha primera almohadilla de electrodo; y un componente eléctrico activo próximo a dichos electrodos de detección, primero y segundo, y acoplado eléctricamente a dichos electrodos de detección, primero y segundo, de tal forma que el contacto de fluido con dicha segunda superficie de substrato activa el dispositivo controlado.

22. El sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 21 , en donde dicho primer electrodo de detección conductivo, delgado comprende un electrodo de almohadilla balanceada que tiene un área que es sustancialmente igual en área con el área de dicho segundo electrodo de detección conductivo.

23. El sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 22, en donde dicho electrodo de almohadilla balanceada comprende un electrodo sustancialmente plano que tiene una pluralidad de trazas conductivas conectadas en un extremo a otras trazas conductivas y separadas por segmentos de material dieléctrico no conductivo.

24. El sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 23, en donde dicho electrodo de almohadilla balanceada tiene un perímetro conductivo sustancialmente rectangular.

25. El sensor de proximidad de fluido de la reivindicación 23, comprendiendo además un anillo de masa conductivo sustancialmente plano colocado sobre dicho substrato y que envuelve dicho segundo electrodo de detección.

26. Un método para operar una bomba de pantoque, comprendiendo las etapas de: a) colocar dentro de un pantoque un alojamiento sellado que tiene en el mismo al menos un primer sensor de efecto de campo; b) generar un campo electromagnético alrededor del sensor; y c) detectar la presencia de fluido próximo al sensor al detectar variaciones en el campo electromagnético.

27. El método de la reivindicación 26, incluyendo además la etapa de: d) operar la bomba de pantoque cuando la presencia de un fluido se detecta.

28. El método de la reivindicación 27, incluyendo además la etapa de: e) detener la operación de la bomba de pantoque cuando la presencia del fluido no de detecta más. ,

29. El método de la reivindicación 27, incluyendo además la etapa de: e) detener la operación de la bomba de pantoque cuando el nivel de fluido se detecta por encontrarse en un nivel seleccionado.

30. El método de la reivindicación 26, incluyendo además las etapas de: d) iniciar un sincronizador y medir la duración del intervalo durante el cual el fluido se presenta; y e) si el fluido se presenta por un intervalo que indica que la condición detectada no es un resultado de fluido de bailoteo, operar la bomba de pantoque.