CH715698B1 - Sistema di misura di perdite pneumatiche a calo assoluto di pressione, con compensazione differenziale a riferimento campione e methodo di misura delle perdite a calo di pressione differenziale di un oggetto - Google Patents

Abstract

L'invenzione riguarda un sistema di misura (100) delle perdite pneumatiche di un oggetto (4) e un metodo di misura delle perdite a calo di pressione differenziale di un oggetto per mezzo di detto sistema di misura, che è del tipo a calo di pressione differenziale e comprende due circuiti (7, 8) di misura di perdita a calo assoluto, il primo circuito essendo collegato a un oggetto in misura sotto prova e il secondo circuito essendo collegato a un pezzo di riferimento; il sistema comprende inoltre una elettronica configurata per sottrarre tra loro i rispettivi valori di pressione misurati dai due circuiti.

Description

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL'INVENZIONE

[0001] Costituisce oggetto del seguente trovato la particolare applicazione pneumatica e elettronica di un misuratore di perdite pneumatiche a calo assoluto avente la peculiarità di compensare le variazioni ambientali quali temperatura dell'ambiente e temperatura del pezzo (pezzo campione o pezzo di riferimento) in misura e altresì le deformazioni meccaniche del particolare in prova dovute alla pressione immessa.

STATO DELL'ARTE

[0002] Come da dettagliata classificazione in Norma EN1779, la strumentazione per prove di tenuta (Leak Testing) è caratterizzata da due fondamentali tipologie di base, e cioè: • Sistemi a gas tracciante o localizzatori di fughe; • Misuratori Aria/Aria, di tipo ATE (acronimo di Automatic Test Equipment).

[0003] Nel campo della strumentazione ATE Aria/Aria sono diffusi in modo preponderante due sistemi di misura per calo di pressione, ovvero quelli a Calo di Pressione Assoluti e quelli a Calo di Pressione Differenziale a pezzo campione.

[0004] Entrambi i sistemi calcolano il flusso di perdita sfruttando la misura del decadimento di pressione e quindi la funzione: Perdita = dp/ dt

[0005] I misuratori di tipo „a Calo Assoluto“ calcolano la perdita analizzando il decadimento della pressione „diretta“: terminata cioè la fase di riempimento, il ramo in misura viene isolato ermeticamente tramite una valvola priva di perdite, consentendo all'apparato di analizzare l'eventuale caduta di pressione del solo oggetto in misura.

[0006] I misuratori di tipo „a Calo Differenziale“ eseguono similarmente la medesima misura, comparando però il decadimento di pressione dell'oggetto in collaudo con un volume campione, ermetico, detto „pezzo di riferimento“.

[0007] A differenza dei sistemi a Calo Assoluto, nei sistemi a calo differenziale si utilizza un secondo trasduttore di pressione, di tipo differenziale, ed il circuito pneumatico complessivo risulta più complicato, a causa della scarsa sensibilità (ovvero accuratezza di risoluzione) dei sensori di pressione del passato: essendo infatti una caratteristica di calo di pressione nel tempo (dp/dt), tanto minore è la differenza apprezzabile di pressione (dp), tanto maggiore è la sensibilità, velocità e precisione che si ottiene nella misura.

[0008] Per questo motivo, già dagli anni settanta era possibile la realizzazione di misuratori differenziali con capacità di decimi di Pascal di risoluzione, non ottenibile, all'epoca, con sistemi a Calo Assoluto.

[0009] Inoltre, tramite l'applicazione di trasduttori differenziali, l'elettronica di processo e gestione di queste apparecchiature risultava, all'epoca, estremamente semplificata essendo la misura priva di Offset e anzi a „zero centrale“ .

[0010] Viceversa, parallelamente alle misure industriali di forza e di peso, negli anni la qualità delle misure e dei trasduttori di pressione è drasticamente migliorata tanto da poter oggi ottenere la medesima risoluzione anche su valori di elevatissimo offset, come nel caso appunto delle misure di perdita di tipo „a Calo Assoluto“.

[0011] L'applicazione dei microprocessori ei relativi algoritmi di calcolo e compensazione hanno portato nel tempo a performances delle misure di tipo „a Calo Assoluto“ oltre che comparabili a quelle di tipo „a Calo Differenziale“, semplificando le sezioni pneumatiche e l'affidabilità complessiva dei sistemi.

[0012] Sussiste però ancora una miglioria intrinseca nella circuiteria di tipo „differenziale“ e cioè quella legata alla parziale (o apparente) compensazione di modo comune delle misure; infatti, ogni sistema di misura a decadimento di pressione sottintende alla legge di Gay-Lussac dei gas ideali: pV=nRT dalla quale si evince che varianze termiche dell'ambiente o del pezzo in misura causano errori e derive nella misura.

[0013] A tale scopo, i misuratori a Calo di Pressione Differenziale permettono una compensazione, in virtù appunto della elisione di modo comune dei due elementi in misura (pezzo campione e pezzo di riferimento) nelle medesime condizioni termiche.

[0014] Si evince però, ed in controtendenza, che le varianze di volume dovute alle dilatazioni dei due particolari in prova, introducano, a loro volta, errori sulla misura. Si consideri infatti che in un sistema a Calo di Pressione Differenziale, comunemente inteso per produzioni industriali, ad elevata cadenza di operatività, la dilatazione meccanica del particolare in prova sarà limitata alla sola operazione di misura; mentre lo stress meccanico sul pezzo di riferimento si accumulerà per tutto il tempo di utilizzo dell'apparato ad un numero indefinito di volte, portando a tutti gli effetti ad una deriva continua del comportamento, tra loro, dei due pezzi - tipicamente - già dopo 15/30 minuti di lavoro a regime costante.

[0015] Analogamente, e per effetto della continua pressurizzazione e svuotamento del solo pezzo di riferimento, si ha un crescente accumulo termico tale da innescare effetti termici endogeni, tali da vanificare in parte anche l'effetto di compensazione termica.

[0016] In pratica, da rilevamenti empirici, si è notato che un particolare metallico di volume di 300cc sottoposto ad una pressione di 2 Bar Relativi, necessita di almeno 20 minuti al fine di ristabilire le condizioni di elasticità e temperatura di quiete, ovvero per ripresentarsi entro un margine di ripetibilità del 10% rispetto alla prima prova eseguita.

[0017] Per tale motivo si è introdotto, nel tempo, il concetto di ripetibilità apparente nell'uso di misuratori di perdite a Calo di Pressione Differenziale, ovvero quel fenomeno di buona ripetibilità nell'eseguire misure ripetute sul medesimo particolare, stabilità di misura però poi non mantenuta durante l'utilizzo pratico in produzione.

[0018] A parziale soluzione di ciò, ogni costruttore ha ideato varianti di algoritmi intesi ad integrare e mediare, nel tempo, gli andamenti delle prove considerate „buone“, ovvero entro i limiti di accettabilità delle misure eseguite, ed usare questi dati per ottenere un andamento medio di quanto viene considerato il „pezzo campione“.

[0019] I limiti di tutti questi sistemi di analisi sono da ricercarsi nella incongruenza di fondo del concetto e cioè che i particolari misurati di volta in volta non sono standard di qualità, bensì pezzi con variabilità intrinseche.

[0020] Il motivo pratico della inaffidabilità ai suddetti algoritmi è da ricercarsi nella complessità dell'errore accumulato durante le misure. Oltre infatti ad una deriva di temperatura e di dilatazione, l'applicazione pratica prevede anche eventuali fenomeni elastici dei sistemi di connessione al particolare in misura, vibrazioni, movimenti spuri durante il collaudo.

[0021] La sovrapposizione di tutti questi errori, in pratica, limita fortemente l'utilizzo di questi filtri in quanto di parametri di tempo e livello troppo differenti tra di loro.

ESPOSIZIONE E VANTAGGI DEL TROVATO

[0022] In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è quello di mettere a disposizione della tecnica un sistema di misura e un metodo di misura delle perdite che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati, nell'ambito di una soluzione semplice, robusta e affidabile.

[0023] Tali ed altri scopi sono raggiunti grazie alle caratteristiche dell'invenzione riportante nelle rivendicazioni indipendenti e dipendenti, che delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell'invenzione.

[0024] In particolare, la presente invenzione rende disponibile un sistema di misura delle perdite a calo di pressione differenziale che è composto da due circuiti di misura di perdita a calo assoluto in sottrazione tra loro.

[0025] Grazie a questa soluzione è quindi possibile: • caratterizzare periodicamente in termini di temperatura e dilatazione un campione di riferimento del particolare in collaudo, seppure senza introdurre elementi intrusivi di deriva termica o meccanica. • ottenere i benefici della misura di tipo differenziale, evitandone però i difetti di complessità e soprattutto di „ripetibilità apparente“.

[0026] In maggior dettaglio, il sistema oggetto della invenzione si compone di un tradizionale misuratore di perdite a calo assoluto di pressione ad elevata risoluzione, con un secondo ramo analogo collegato ad un componente/particolare, dove con componente/particolare deve essere inteso quale campione di qualità e privo di perdite.

[0027] Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal sistema di misura e del metodo, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni 1 e 5.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

[0028] Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno. – Figura 1: illustra lo schema pneumatico di un misuratore di perdite pneumatiche secondo l'invenzione – Figura 2: illustra l'elettronica di base del sistema di cui alla figura 1, configurato per acquisire due pressioni (Test e Reference) e altresì campionare in continuo la differenza tra i valori (Press_Diff)

DESCRIZIONE DEL TROVATO

[0029] Con particolare riferimento alla figura 1, si indica con 100, globalmente il sistema di misura di oggetti 4, ossia un misuratore di perdite pneumatiche a calo assoluto avente la peculiarità di compensare le variazioni ambientali quali temperatura dell'ambiente e temperatura del pezzo in misura e altresì le deformazioni meccaniche del particolare in prova dovute alla pressione immessa, come in seguito indicato.

[0030] Più in particolare, con 1 si identifica la sezione pneumatica di „riempimento“ o pressurizzazione dell'oggetto 4 in misura.

[0031] Per eseguire detta fase di riempimento o pressurizzazione si utilizza comunemente aria industriale, riferimento 6 in figura.

[0032] Lo schema mostra anche la presenza, sul circuito 7 di riempimento, la presenza di un misuratore di pressione 2.

[0033] In tal modo il suddetto riempimento è monitorato nel tempo da detto misuratore di pressione; detto misuratore 2 è di tipo relativo alla pressione ambiente.

[0034] Il sistema 100 comprende altresì un ulteriore e analogo circuito 8 a calo assoluto, simile al circuito 7 di riempimento, e provvisto di un misuratore di pressione 3.

[0035] La parte terminale del circuito 8 può essere collegata o meno con un pezzo di riferimento 5 a seconda della misura richiesta, vale a dire: – in caso di misura differenziale simmetrica vi è la presenza di pezzo di riferimento 5, – in caso di misura differenziale asimmetrica non vi è alcun pezzo di riferimento 5 e la linea del circuito 8 è tappata ovvero mantenuta chiusa.

[0036] Nella modalità di misura differenziale asimmetrica (senza l'ausilio di un pezzo di riferimento) l'elettronica associata al sistema 100 (figura 2 rappresenta la funzionalità di base) è configurata per acquisire le due pressioni (indicate come Test e Reference nella figura) e quindi campionarne in continuo la differenza.

[0037] Alternativamente, in caso di misura simmetrica (e cioè con pezzo di riferimento 5) l'elettronica (fig.2) del sistema 100 (figura 1) è configurata per: – acquisire, ovvero campionare e memorizzare in un vettore di dati permanente, l'andamento della misurazione del pezzo di riferimento, – eseguire durante le misurazioni la differenza in tempo reale, punto per punto in fasatura di tempo tra l'onda acquisita ed il vettore memorizzato.

[0038] Grazie alla suddetta procedura, la risultante differenziale rappresenta la risultante scevra da fenomeni di „stress“ meccanico e variazioni ambientali di temperatura.

[0039] In maggior dettaglio, oltre ad una elettronica associata, il sistema 100 prevede la gestione di calcolo mediante software tale per cui è possibile: – Eseguire ad intervalli di tempo la misura dell'andamento del pezzo di riferimento, evitando così inutili stress meccanici ed accumuli termici. – Consentendo però di „inseguire“ le variazioni di temperatura ambiente.

[0040] Per fare questo (e altresì per non introdurre inutili tempi morti nei cicli produttivi) tramite indicazioni hardware di a automazioni esterne, e logiche interne allo strumento il software gestisce un ciclo di „prenotazione“ ed „esecuzione“ del campionamento del pezzo „Reference“ o pezzo di riferimento, e tramite parametri di percentuali sulla totalità delle misure eseguite, nonché di tempo minimo e massimo esegue i campionamenti ad intervalli di tempo sufficientemente lunghi da non snervare le caratteristiche meccaniche ma sufficientemente frequenti da „inseguire“ le variazioni ambientali.

[0041] Il campionamento avviene ad ogni modo ad ogni accensione del sistema, e speciali algoritmi di „media“ sui punti acquisiti consentono di affinare nel tempo le varie curve di reference acquisite; filtrarle ed evitare altresì eventuali repentini e non voluti effetti spuri.

[0042] Naturalmente, all'invenzione sopra descritta un tecnico del ramo potrà applicare ulteriori modifiche e varianti allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze applicative, varianti e modifiche comunque rientranti nell'ambito di protezione quale definito dalle successive rivendicazioni.

VANTAGGI

[0043] Rispetto ad un tradizionale misuratore di perdite differenziale basato su trasduttore differenziale, l'invenzione di questo sistema 100 apporta i seguenti miglioramenti tecnici: • Soluzione del problema di „ripetibilità apparente“ nel caso di „misura differenziale simmetrica“. • Soluzione alla problematica di indeterminazione della misura nel caso di misura „differenziale a zero centrale“, ovvero con due pezzi alla volta in collaudo • Soluzione della deriva del ramo pneumatico di Reference in caso di uso „differenziale asimmetrico“, tramite parziali e controllati svuotamenti del ramo di reference a fine test. • Soluzione della problematica tecnica di non sicurezza intrinseca delle tradizionali pneumatiche differenziali. • Maggiore semplicità costruttiva. • Maggiore affidabilità nel tempo. • Possibilità di diagnosi „a passi“ dei due rami di misura.

Claims (5)

1. Sistema (100) di misura delle perdite pneumatiche di un oggetto (4), detto sistema essendo di tipo a calo di pressione differenziale, caratterizzato dal fatto di comprendere due circuiti (7, 8) di misura di perdita a calo assoluto, il primo circuito essendo collegato a un ogetto in misura sotto prova e il secondo circuito essendo collegato a un pezzo di riferimento, in cui il sistema comprende inoltre una elettronica configurata per sottrarre tra loro i rispettivi valori di pressione misurati dai due circuiti (7, 8) di misura di perdita a calo assoluto.

2. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun circuito (7, 8) di misura a calo assoluto comprende un relativo misuratore di pressione (2, 3) di tipo relativo alla pressione ambiente.

3. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, in cui alla parte terminale del secondo circuito (8) è collegata un pezzo di riferimento (5) e l'elettronica del sistema (100) comprende software configurata per: a. acquisire, ovvero campionare e memorizzare in vettori di dati permanenti, l'andamento delle misurazioni da un misuratore di pressione (3) del pezzo di riferimento, b. eseguire dal software durante le misurazioni la differenza in tempo reale, punto per punto in fasatura di tempo tra una onda acquisita di valori di pressione misurati dal primo circuito ed il vettore memorizzato.

4. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, in cui la parte terminale del secondo circuito (8) è tappata ovvero mantenuta chiusa; l'elettronica del sistema (100) è configurata per campionarne in continuo la differenza di rispettivi valori di pressione misurati dai due circuiti (7, 8).

5. Metodo di misura delle perdite a calo di pressione differenziale di un oggetto (4) mediante un sistema secondo la rivendicazione 1, che prevede di eseguire la sottrazione tra loro dei valori di pressione di due circuiti di misura di perdita a calo assoluto.