Dispositivo universale per misure di livello, portata e pressione su fluidi pericolosi (DE)
Tipologia
Fascicolo
Descrizione
Corrispondenza tra Ansaldo NIRA (rag. Merciari, avv. Salvadè, ing. Urbani, ing. Avanzini) e Ufficio Professionale Proprietà Intellettuale Vettor Galletti.
Specifiche del brevetto
Titolare: NIRA
Inventori: Alessio Urbani, Gilberto Lusso
Riassunto: Forma oggetto della presente invenzione un dispositivo universale per misure di livello, portata e pressione su fluidi pericolosi.
Secondo l’invenzione, la misura di un livello è trasformata nella misura di una forza (più precisamente nella misura di una spinta di Archimede), che è misurata da un corpo opportunamente sagomato ed immerso al centro del flusso. La forza rilevata sul corpo suddetto, proporzionale alla portata, è letta e trasmessa dal dispositivo universale di misura, che, mediante una bilancia elettrodinamica, la trasforma in un segnale di corrente.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Misure di livello, portata e pressione su fluidi pericolosi; in particolare misura della portata di liquidi particolarmente aggressivi e conduttori, come, ad esempio, metalloidi liquidi.
Tecnica nota: Nelle sonde di livello esistenti in commercio, il livello è rilevato come variazione di resistenza (sondo discontinue o continue a “U”) o di induzione (sonde continue).
Limiti della tecnica nota: Le sonde a resistenza presentano i limiti indicati nel seguito.
1) Sono soggette ad errori dovuti a variazioni di resistenza in funzione delle variazioni di temperatura dei liquidi in cui sono immerse; tali errori sono compensati con artifizi che rendono complicata l’elettronica di lettura del segnale e, quindi, pregiudicano l’affidabilità del sistema.
2) Risentono della purezza del conduttore in cui sono immerse.
Le sonde ad induzione necessitano di una taratura eseguita nello stesso liquido in cui devono lavorare ed alle stesse temperature previste nell’esercizio dell’impianto. Nel caso specifico di sonda continua a “U”, usata in serbatoi o circuiti contenenti sodio liquido, è molto difficile ottenere una “bagnabilità” tale da garantire una precisione di misura; pertanto, prima di caricare l’impianto, occorre spingere il degasaggio a livelli di vuoto e di temperatura altrimenti non necessari.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Il dispositivo di misura secondo l’invenzione consente di superare i problemi oggetto della tecnica nota trasformando la misura di un livello nella misura di una forza e, più precisamente, nella misura di una spinta di Archimede, trasmessa al dispositivo di misura che la trasforma in un segnale di corrente.
Esposizione dell’idea inventiva: Secondo l’invenzione, la misura di un livello è trasformata nella misura di una forza, generata da una pressione, da una spinta idrodinamica o da una spinta idraulica e, più precisamente, nella misura di una spinta di Archimede. La forza è trasmessa al dispositivo universale di misura che, mediante una bilancia elettromagnetica, la trasforma in un segnale di corrente.
Il sistema per la trasformazione pressione-forza è composto da una membrana opportuna, fatta di un materiale inattaccabile dal fluido, sulla quale poggia il sensore solidale al braccio di misura di una bilancia elettrodinamica. L’attacco sul serbatoio o sulla tubazione può essere ottenuto sia con una flangia munita di “O-ring” metallici, sia saldando direttamente il contenitore della sonda al circuito.
Il dispositivo comprende quanto segue.
1) Una bilancia elettrodinamica, costituita dai seguenti componenti:
a) un fulcro, costituito da un diaframma;
b) un braccio di lavoro, ad un’estremità del quale perpendicolarmente all’asse longitudinale del braccio, è applicata la forza da misurare;
c) un elettromagnete, che costituisce, con un’ancora disposta all’altra estremità del braccio, un condensatore variabile, la cui capacità è utilizzata per la misura della forza.
2) Un involucro, diviso in due camere a tenuta stagna una rispetto all’altra; la tenuta stagna è realizzata mediante un soffietto metallico saldato, da un lato, al braccio di lavoro e, dall’altro, all’involucro.
La prima camera contiene la parte di braccio di lavoro rivolta verso l’elettromagnete, cui si accede attraverso un coperchio metallico.
La seconda camera è in comunicazione con l’interno del contenitore, nel quale si trova il liquido di cui occorre misurare il livello, la pressione e la portata e contiene la parte del braccio di lavoro alla cui estremità è applicata la forza da misurare.
Il dispositivo contiene un circuito per il condizionamento del segnale elettrico, proporzionale alla forza da misurare e formato da uno stadio capacitivo, da uno stadio di amplificazione e di linearizzazione e da uno stadio integratore.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Il dispositivo universale di misura comprende essenzialmente una bilancia elettrodinamica, che è costituita da tre parti fondamentali: un fulcro, un braccio di lavoro e un elettromagnete.
La bilancia elettrodinamica è munita di un involucro in lamierino, suddiviso in due camere da un diaframma in materiale Nymonic 90 o in altro materiale equivalente, che costituisce il fulcro sopraccitato.
Nella prima camera o camera esterna è contenuto l’elettromagnete e una prima parte del braccio di lavoro, chiamata d’ora in avanti braccio “porta ancora”, la cui estremità libera funge da ancora per l’elettromagnete sottostante. Il braccio “porta ancora” è sagomato in lamierino scatolato ed è collegato al diaframma che funge da fulcro.
La camera è chiusa posteriormente da un coperchio smontabile, allo scopo di ispezionare il magnete.
La seconda camera o camera interna è in comunicazione con l’interno del contenitore del liquido di cui si vuole misurare, secondo i casi, la pressione, la portata o il livello; pertanto la seconda camera termina con una flangia per il fissaggio stagno della sua estremità all’involucro del contenitore del liquido, sul quale si vogliono effettuare le misure suddette.
La camera ha forma a squadra in modo da consentire che al braccio sensibile, solidale al braccio “porta ancore” e allineato con questo, possa essere fissata un’asta sulla quale è applicata la forza da misurare; quest’ultima deve essere opportunamente perpendicolare all’asta del braccio di lavoro e può essere trasmessa, senza applicare coppie di torsione, al braccio di lavoro; a tal fine, l’asta suddetta, cui è applicata la forza da misurare, è munita alle due estremità di mezzi di collegamento articolati.
Per realizzare una tenuta sicura tra la camera esterna e quella interna, è saldato all’involucro un primo manicotto, che circonda parzialmente il braccio sensibile con gioco; un secondo manicotto è saldato al braccio sensibile e, tra i due manicotti, è saldato un soffietto.
L’ancora, disposta all’estremità del braccio “porta ancora” è libera di muoversi, assieme al braccio di lavoro, oscillando tra due posizioni estreme, definite, da un lato, dall’elettromagnete e, dall’altro lato, da un coperchio d’arresto, che ha anche lo scopo ausiliario di limitare meccanicamente le oscillazioni del braccio di lavoro. Complessivamente, l’ancora può spostarsi, in un verso o nell’altro, di un millimetro circa; tale valore può essere diverso in altre forme di realizzazione dell’invenzione.
L’elettromagnete è costituito da un corpo in ferro dolce e da un avvolgimento, realizzato con cavo scaldante ad alta conducibilità, in modo da garantire un buon isolamento in temperatura e una bassa potenza di eccitazione.
La faccia superiore costituisce l’espansione polare dell’elettromagnete e, nello stesso tempo, la semi-armatura di un condensatore piano in aria, completato dall’ancora con cui termina il braccio di lavoro. Il coperchio superiore (di materiale amagnetico, per evitare la distorsione del campo) e la faccia superiore dell’ancora stessa costituiscono un secondo condensatore.
Le capacità dei condensatori sopraccitati, con le loro variazioni, rivelano in tal modo la posizione dell’ancora, fornendo un segnale di “errore” in tensione; detto segnale, opportunamente condizionato nello stadio capacitivo, è amplificato in corrente allo stadio successivo.
Vantaggi
1) Non vi sono parti elettroniche soggette a variazioni di temperatura; pertanto, l’elettronica è più semplice e quindi più affidabile.
2) La sonda può essere provata in un liquido, che può non essere quello di funzionamento, anche in acqua a temperatura ambiente, consentendo un risparmio di tempi e di costi; occorre, naturalmente, considerare tutti i fattori correttori del caso.
3) Poiché la sonda immersa nel liquido risente unicamente della spinta di Archimede, non si pone il problema della “bagnabilità” del sodio e i degasaggi possono essere quelli normalmente previsti prima del caricamento dell’impianto.
4) Funziona indipendentemente dalla conduttività del liquido in esame.
5) È possibile applicare un ponte estensimetrico, in grado di leggere le forze applicate su un soffietto o su una membrana, per rilevare le pressioni (differenziali e non differenziali); questo evita tutti gli inconvenienti derivanti dall’uso di estensimetri.
6) Il dispositivo è concepito con criteri di sicurezza tali da poter essere utilizzato anche con liquidi estremamente aggressivi: infatti è del tipo “a doppia struttura di contenimento” e, inoltre, ha tutte le uscite elettriche a connettore e, quindi, completamente stagne.
Specifiche del brevetto
Titolare: NIRA
Inventori: Alessio Urbani, Gilberto Lusso
Riassunto: Forma oggetto della presente invenzione un dispositivo universale per misure di livello, portata e pressione su fluidi pericolosi.
Secondo l’invenzione, la misura di un livello è trasformata nella misura di una forza (più precisamente nella misura di una spinta di Archimede), che è misurata da un corpo opportunamente sagomato ed immerso al centro del flusso. La forza rilevata sul corpo suddetto, proporzionale alla portata, è letta e trasmessa dal dispositivo universale di misura, che, mediante una bilancia elettrodinamica, la trasforma in un segnale di corrente.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: Misure di livello, portata e pressione su fluidi pericolosi; in particolare misura della portata di liquidi particolarmente aggressivi e conduttori, come, ad esempio, metalloidi liquidi.
Tecnica nota: Nelle sonde di livello esistenti in commercio, il livello è rilevato come variazione di resistenza (sondo discontinue o continue a “U”) o di induzione (sonde continue).
Limiti della tecnica nota: Le sonde a resistenza presentano i limiti indicati nel seguito.
1) Sono soggette ad errori dovuti a variazioni di resistenza in funzione delle variazioni di temperatura dei liquidi in cui sono immerse; tali errori sono compensati con artifizi che rendono complicata l’elettronica di lettura del segnale e, quindi, pregiudicano l’affidabilità del sistema.
2) Risentono della purezza del conduttore in cui sono immerse.
Le sonde ad induzione necessitano di una taratura eseguita nello stesso liquido in cui devono lavorare ed alle stesse temperature previste nell’esercizio dell’impianto. Nel caso specifico di sonda continua a “U”, usata in serbatoi o circuiti contenenti sodio liquido, è molto difficile ottenere una “bagnabilità” tale da garantire una precisione di misura; pertanto, prima di caricare l’impianto, occorre spingere il degasaggio a livelli di vuoto e di temperatura altrimenti non necessari.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: Il dispositivo di misura secondo l’invenzione consente di superare i problemi oggetto della tecnica nota trasformando la misura di un livello nella misura di una forza e, più precisamente, nella misura di una spinta di Archimede, trasmessa al dispositivo di misura che la trasforma in un segnale di corrente.
Esposizione dell’idea inventiva: Secondo l’invenzione, la misura di un livello è trasformata nella misura di una forza, generata da una pressione, da una spinta idrodinamica o da una spinta idraulica e, più precisamente, nella misura di una spinta di Archimede. La forza è trasmessa al dispositivo universale di misura che, mediante una bilancia elettromagnetica, la trasforma in un segnale di corrente.
Il sistema per la trasformazione pressione-forza è composto da una membrana opportuna, fatta di un materiale inattaccabile dal fluido, sulla quale poggia il sensore solidale al braccio di misura di una bilancia elettrodinamica. L’attacco sul serbatoio o sulla tubazione può essere ottenuto sia con una flangia munita di “O-ring” metallici, sia saldando direttamente il contenitore della sonda al circuito.
Il dispositivo comprende quanto segue.
1) Una bilancia elettrodinamica, costituita dai seguenti componenti:
a) un fulcro, costituito da un diaframma;
b) un braccio di lavoro, ad un’estremità del quale perpendicolarmente all’asse longitudinale del braccio, è applicata la forza da misurare;
c) un elettromagnete, che costituisce, con un’ancora disposta all’altra estremità del braccio, un condensatore variabile, la cui capacità è utilizzata per la misura della forza.
2) Un involucro, diviso in due camere a tenuta stagna una rispetto all’altra; la tenuta stagna è realizzata mediante un soffietto metallico saldato, da un lato, al braccio di lavoro e, dall’altro, all’involucro.
La prima camera contiene la parte di braccio di lavoro rivolta verso l’elettromagnete, cui si accede attraverso un coperchio metallico.
La seconda camera è in comunicazione con l’interno del contenitore, nel quale si trova il liquido di cui occorre misurare il livello, la pressione e la portata e contiene la parte del braccio di lavoro alla cui estremità è applicata la forza da misurare.
Il dispositivo contiene un circuito per il condizionamento del segnale elettrico, proporzionale alla forza da misurare e formato da uno stadio capacitivo, da uno stadio di amplificazione e di linearizzazione e da uno stadio integratore.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Il dispositivo universale di misura comprende essenzialmente una bilancia elettrodinamica, che è costituita da tre parti fondamentali: un fulcro, un braccio di lavoro e un elettromagnete.
La bilancia elettrodinamica è munita di un involucro in lamierino, suddiviso in due camere da un diaframma in materiale Nymonic 90 o in altro materiale equivalente, che costituisce il fulcro sopraccitato.
Nella prima camera o camera esterna è contenuto l’elettromagnete e una prima parte del braccio di lavoro, chiamata d’ora in avanti braccio “porta ancora”, la cui estremità libera funge da ancora per l’elettromagnete sottostante. Il braccio “porta ancora” è sagomato in lamierino scatolato ed è collegato al diaframma che funge da fulcro.
La camera è chiusa posteriormente da un coperchio smontabile, allo scopo di ispezionare il magnete.
La seconda camera o camera interna è in comunicazione con l’interno del contenitore del liquido di cui si vuole misurare, secondo i casi, la pressione, la portata o il livello; pertanto la seconda camera termina con una flangia per il fissaggio stagno della sua estremità all’involucro del contenitore del liquido, sul quale si vogliono effettuare le misure suddette.
La camera ha forma a squadra in modo da consentire che al braccio sensibile, solidale al braccio “porta ancore” e allineato con questo, possa essere fissata un’asta sulla quale è applicata la forza da misurare; quest’ultima deve essere opportunamente perpendicolare all’asta del braccio di lavoro e può essere trasmessa, senza applicare coppie di torsione, al braccio di lavoro; a tal fine, l’asta suddetta, cui è applicata la forza da misurare, è munita alle due estremità di mezzi di collegamento articolati.
Per realizzare una tenuta sicura tra la camera esterna e quella interna, è saldato all’involucro un primo manicotto, che circonda parzialmente il braccio sensibile con gioco; un secondo manicotto è saldato al braccio sensibile e, tra i due manicotti, è saldato un soffietto.
L’ancora, disposta all’estremità del braccio “porta ancora” è libera di muoversi, assieme al braccio di lavoro, oscillando tra due posizioni estreme, definite, da un lato, dall’elettromagnete e, dall’altro lato, da un coperchio d’arresto, che ha anche lo scopo ausiliario di limitare meccanicamente le oscillazioni del braccio di lavoro. Complessivamente, l’ancora può spostarsi, in un verso o nell’altro, di un millimetro circa; tale valore può essere diverso in altre forme di realizzazione dell’invenzione.
L’elettromagnete è costituito da un corpo in ferro dolce e da un avvolgimento, realizzato con cavo scaldante ad alta conducibilità, in modo da garantire un buon isolamento in temperatura e una bassa potenza di eccitazione.
La faccia superiore costituisce l’espansione polare dell’elettromagnete e, nello stesso tempo, la semi-armatura di un condensatore piano in aria, completato dall’ancora con cui termina il braccio di lavoro. Il coperchio superiore (di materiale amagnetico, per evitare la distorsione del campo) e la faccia superiore dell’ancora stessa costituiscono un secondo condensatore.
Le capacità dei condensatori sopraccitati, con le loro variazioni, rivelano in tal modo la posizione dell’ancora, fornendo un segnale di “errore” in tensione; detto segnale, opportunamente condizionato nello stadio capacitivo, è amplificato in corrente allo stadio successivo.
Vantaggi
1) Non vi sono parti elettroniche soggette a variazioni di temperatura; pertanto, l’elettronica è più semplice e quindi più affidabile.
2) La sonda può essere provata in un liquido, che può non essere quello di funzionamento, anche in acqua a temperatura ambiente, consentendo un risparmio di tempi e di costi; occorre, naturalmente, considerare tutti i fattori correttori del caso.
3) Poiché la sonda immersa nel liquido risente unicamente della spinta di Archimede, non si pone il problema della “bagnabilità” del sodio e i degasaggi possono essere quelli normalmente previsti prima del caricamento dell’impianto.
4) Funziona indipendentemente dalla conduttività del liquido in esame.
5) È possibile applicare un ponte estensimetrico, in grado di leggere le forze applicate su un soffietto o su una membrana, per rilevare le pressioni (differenziali e non differenziali); questo evita tutti gli inconvenienti derivanti dall’uso di estensimetri.
6) Il dispositivo è concepito con criteri di sicurezza tali da poter essere utilizzato anche con liquidi estremamente aggressivi: infatti è del tipo “a doppia struttura di contenimento” e, inoltre, ha tutte le uscite elettriche a connettore e, quindi, completamente stagne.
Data testuale
1980 ottobre 14 - 1988 luglio 22
Estremi cronologici
October 14, 1980 – July 22, 1988
Consistenza
cc. 81
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000050
Collocazione
Deposito 420
Note
La domanda italiana era stata estesa in Germania, Francia, Regno Unito, Paesi Bassi e Giappone.
In Italia, Francia, Regno Unito e Paesi Bassi il brevetto era stato rilasciato.
In Italia, Francia, Regno Unito e Paesi Bassi il brevetto era stato rilasciato.
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