ES3037192T3 - Meter and process for measuring the level of a liquid - Google Patents

Abstract

El medidor (1) según la invención, para medir el nivel de un líquido, comprende circuitos eléctricos que a su vez comprenden una unidad lógica (3), un cuerpo sensible (5, 5', 5", 5 III , 5 IV) y un generador de señales (9). El cuerpo sensible (5, 5', 5", 5 III , 5 IV) comprende una línea de alimentación y/o transmisión (7) que a su vez comprende al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b) que se sumergirán en el líquido para el que se desea medir el nivel. El generador de señales (9) suministra a la línea de alimentación y/o transmisión (7) una señal de sondeo. La unidad lógica (3) A) determina el desfase que experimenta dicha señal entre al menos dos puntos de medición predeterminados (PS, PA, PB) de uno o más circuitos eléctricos del medidor (1); B) en función de dicho desfase se determina el nivel del líquido predeterminado en el que se encuentra al menos sumergido el cuerpo sensible (5, 5', 5", 5 III , 5 IV). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Medidor y proceso para medir el nivel de un líquido

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un medidor y proceso para medir el nivel de un líquido, por ejemplo, contenido en un recipiente.

El medidor y el proceso de instalación, uso y funcionamiento relacionados, son particularmente adecuados para medir el nivel de combustibles u otros líquidos inflamables con un alto grado de seguridad contra incendios y detonaciones, por ejemplo, para medir el nivel de combustible en los tanques de aviones y otras aeronaves.

Estado de la técnica

Con el fin de detectar el nivel de combustible en los tanques de aviones y helicópteros, actualmente se conocen sondas comprendiendo un condensador eléctrico cuyas placas están formadas por un primer tubo exterior y un segundo tubo o pasador macizo dispuesto dentro del primer tubo y longitudinalmente al mismo.

Las dos placas están separadas radialmente entre sí por una cavidad que tiene secciones transversales de forma anular.

Dicho condensador eléctrico cilíndrico está dispuesto verticalmente en el tanque de modo que, a medida que cambia el nivel del mismo, el combustible se eleva más o menos a lo largo de la cavidad que separa las dos placas, cambiando así la capacidad del condensador.

Dado que se conoce la correlación entre el nivel del combustible en el tanque y la capacidad del condensador, a partir de la medición de esta segunda magnitud es posible obtener la medición del nivel.

Aunque la diferencia de potencial entre las placas está muy por debajo del nivel necesario para generar descargas eléctricas en el combustible, los autores de la presente invención han observado que en este tipo de sondas conocidas hay inevitablemente cargas eléctricas en contacto directo con el combustible.

Los autores de la presente invención han observado que, sin embargo, sería deseable e intrínsecamente más seguro fabricar un sensor de nivel capaz de funcionar sin poner cargas eléctricas en contacto con el líquido.

Un propósito de la presente invención es evitar los inconvenientes mencionados anteriormente y, en particular, proporcionar un medidor y un proceso para medir el nivel o la presencia de un líquido en un tanque u otro recipiente, que sea más fiable y menos peligroso que los dispositivos y procesos según el estado de la técnica.

Resumen de la invención

Tal propósito se logra, según un primer aspecto de la presente invención, con un medidor que tiene las características según la reivindicación 1.

En un medidor según una realización particular de la invención, el generador de señales (9) está configurado para generar una señal de sondeo sustancialmente periódica, con una frecuencia preferentemente comprendida entre 5 30 megahercios.

En un segundo aspecto de la invención, tal propósito se logra con un proceso que tiene las características según En una realización particular de dicho proceso, el líquido se selecciona del siguiente grupo: gasolina, queroseno, diésel, un destilado de petróleo, una mezcla de hidrocarburos, agua o una mezcla acuosa, un combustible, oxígeno líquido o hidrógeno.

La publicación US2007/0101811A1 describe un aparato y un proceso para medir, entre otros, el nivel de un fluido que tiene las características del preámbulo de las reivindicaciones 1, 12.

El documento US201113980451A se refiere a un aparato para determinar y/o monitorizar capacitivamente al menos el nivel de llenado de un medio en un recipiente midiendo el desplazamiento de fase.

Otras características de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Las ventajas que se pueden obtener con la presente invención resultarán más claras para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción detallada de algunas realizaciones particulares no limitantes, ilustradas con referencia a las siguientes figuras esquemáticas.

Lista de Figuras

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un medidor de nivel según una primera realización particular de la presente invención;

La Figura 1A muestra una vista en perspectiva, parcialmente en sección, de una sección del par trenzado del cuerpo sensible y de la línea de alimentación y/o transmisión del medidor de la Figura 1;

La Figura 2 muestra un esquema eléctrico del medidor de la Figura 1;

La Figura 3 muestra una vista lateral del elemento sensible de un medidor de nivel según un ejemplo no abarcado por la redacción de las reivindicaciones;

La Figura 4 muestra una vista lateral del elemento sensible de un medidor de nivel según otro ejemplo no abarcado por la redacción de las reivindicaciones;

La Figura 5 muestra una vista lateral del elemento sensible de un medidor de nivel según una cuarta realización particular de la presente invención;

La Figura 6 muestra una vista lateral del elemento sensible de un medidor de nivel según una quinta realización particular de la presente invención;

La Figura 7 muestra un ejemplo de instalación de sensores de nivel capacitivos según la técnica anterior en un tanque que tiene una forma compleja;

La Figura 8 muestra un ejemplo de instalación de un sensor de nivel según la invención en el tanque de la Figura 7.

Descripción detallada

Las Figuras 1, 1A, 2 se refieren a un medidor, indicado con el número de referencia general 1, para medir el nivel de un líquido en un tanque, cisterna u otro recipiente S según una primera realización particular de la presente invención. El líquido puede ser, por ejemplo, gasolina, queroseno, combustible diésel u otro combustible para aviones, helicópteros u otras aeronaves, misiles, automóviles, camiones u otros vehículos terrestres.

El medidor 1 comprende una unidad lógica 3, un generador de señales 9 y un cuerpo sensible 5; este último comprende una línea de alimentación y/o transmisión 7 que a su vez comprende al menos dos conductores de sondeo 7a, 7b. La unidad lógica 3 puede comprender, por ejemplo, una unidad de microprocesador.

Cada uno de dichos conductores de sondeo 7a, 7b puede ser, por ejemplo, un cable o una pista de un material eléctricamente conductor; la pista puede, por ejemplo, imprimirse, pegarse, soldarse o fabricarse mediante impresión 3D o mediante otras técnicas de producción aditiva(fabricación aditiva)sobre un soporte eléctricamente aislante, como por ejemplo una placa de Vetronite u otra fibra de vidrio.

Dicho soporte eléctricamente aislante también puede ser muy flexible y maleable.

La línea de alimentación y/o transmisión 7 forma un extremo aguas abajo 72 y un extremo aguas arriba 70.

Los términos extremo aguas arriba 70 y extremo aguas abajo 72 en la presente descripción pretenden indicar los extremos de los conductores 7a, 7b respectivamente más cercanos y más alejados del generador de señales 9 descrito a continuación.

Cada uno de los al menos dos conductores de sondeo 7a, 7b se extiende entre los extremos aguas arriba y aguas abajo 70 y 72.

El generador de señales 9 puede comprender, por ejemplo, un suministro de energía eléctrica.

El generador de señales 9 está configurado para suministrar energía a la línea de alimentación y/o transmisión 7 con una señal de sondeo, que es preferentemente una señal periódica.

Más preferentemente, la señal de sondeo es una señal periódica sinusoidal, que tiene una onda cuadrada o triangular o una suma de señales de frecuencia fundamental sinusoidal incluso diferentes entre sí.

Según la presente invención, la unidad lógica 3 está configurada para llevar a cabo las siguientes operaciones: - determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre al menos dos puntos de medición predeterminados PS, PA, PB, puntos de medición descritos con mayor detalle a continuación, de los circuitos eléctricos del medidor 1;

- basándose en dicho cambio de fase, determinar el nivel del líquido predeterminado donde el cuerpo sensible 5, 5', 5", 5m, 5IV está al menos parcial y posiblemente sumergido.

La unidad lógica 3 está configurada para determinar, basándose en dicho desplazamiento de fase, una capacidad eléctrica equivalente y/o influenciada por al menos una parte del propio medidor (1) y/o el líquido donde se sumergen los al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b).

La expresión desplazamiento de fase de la señal de sondeo pretende indicar un retardo que puede incluso ser igual o superior a uno o más períodos de la señal de sondeo inicialmente generada y alimentada en la línea 7; dicho retardo puede medirse en el dominio del tiempo incluso como un retardo entre dos señales no periódicas.

El medidor 1 está provisto de una primera carga eléctrica de medición 11 alimentada por al menos una línea de alimentación 7 y provista de una impedancia de medición aguas arriba predeterminada ZS.

Preferentemente, la primera carga eléctrica de medición 11 alimenta al menos uno de los conductores de sondeo 7a, 7b.

Ventajosamente, la impedancia de medición aguas arriba ZS está comprendida entre aproximadamente 20-300 Ohm, o entre 30-200 Ohm, o entre 100-120 Ohm, entre 90-130 Ohm, entre 90-105 Ohm o entre 90-110 Ohm.

La impedancia de medición aguas arriba ZS, así como la impedancia de medición aguas abajo ZL descrita con mayor detalle a continuación, es preferentemente puramente resistiva, es decir, hecha con una o más resistencias.

El polo de frecuencia más baja de la función de transferencia del sistema comprendiendo la primera 11 y la posible segunda carga eléctrica de medición 13 y la línea de alimentación 7, o más generalmente el polo eléctrico de frecuencia más baja del medidor 1, está comprendido ventajosamente entre 1-100 megahercios, más preferentemente comprendido entre 1-30 megahercios, e incluso más preferentemente comprendido entre 10-20 megahercios o entre 12-18 megahercios o aproximadamente igual a 15 megahercios.

Con las selecciones anteriores de la impedancia y de la frecuencia fundamental, la primera carga eléctrica de medición 11 aumenta suficientemente la impedancia de la fuente de alimentación 9, que a menudo es demasiado baja si es un componente comercial, lo que permite adaptar el sistema, es decir, hacer que funcione en condiciones de adaptación de impedancia o cerca de ellas, y aumentar la precisión de la medición del nivel del líquido.

Ventajosamente, el medidor 1 está provisto de una segunda carga eléctrica de medición 13 alimentada por la al menos una línea de alimentación 7 y provista de una impedancia de medición aguas abajo predeterminada ZL.

La segunda carga eléctrica de medición 13 se alimenta preferentemente por el extremo aguas abajo de al menos uno de los conductores de sondeo 7a, 7b.

Ventajosamente, la impedancia de medición aguas abajo ZL tiene los mismos valores que la impedancia de medición aguas arriba ZS.

Ventajosamente, las dos impedancias ZS y ZL se seleccionan para permitir que el medidor funcione en condiciones de adaptación de impedancia, es decir, asegurando que la suma de las impedancias ZS y del generador de señales 9, y la impedancia ZL de la segunda carga de medición 11 sean sustancialmente iguales o casi iguales a la impedancia característica de la sección de línea de alimentación y/o transmisión 7 que se extiende entre la primera 11 y la segunda carga eléctrica de medición 13.

La expresión "sustancialmente igual o casi igual a la impedancia de la sección de línea de alimentación y/o transmisión 7" pretende indicar que la suma de las impedancias ZS y del generador de señales 9, y la impedancia ZL de la segunda carga de medición 11 son sustancialmente iguales a la impedancia de la sección de línea de alimentación y/o transmisión 7 mencionada anteriormente con una tolerancia igual o inferior a - 20 % - y más preferentemente igual o inferior a -10 % - del módulo y de la impedancia específica de la sección de línea de alimentación y/o transmisión 7 considerada anteriormente.

La condición de adaptación de impedancia permite maximizar la potencia de la señal detectada en los puntos de medición PA y PB, mejorando la precisión, la repetibilidad y, más en general, la fiabilidad de las mediciones de las señales en dichos puntos y, por lo tanto, de las mediciones del medidor 1.

Para este propósito, la impedancia característica de la línea de alimentación y/o transmisión 7 está comprendida preferentemente entre 30-200 Ohm.

Dichas disposiciones, en particular las relacionadas con la adaptación de la impedancia, permiten que el sistema se realice fácilmente y pueda funcionar bien incluso con cambios sustanciales con respecto a las condiciones de diseño, por ejemplo, si cambia la longitud de la línea de alimentación y/o transmisión 7.

Como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2, un polo/terminal positivo o negativo de la posible fuente de alimentación del generador de señales 9 puede estar opcionalmente conectado a tierra o, en cualquier caso, conectado a un potencial eléctrico de referencia.

La unidad lógica 3 está configurada para determinar, nuevamente basándose en el desplazamiento de fase experimentado por la señal de sondeo entre al menos dos de los puntos de medición predeterminados PS, PA, PB, el tiempo de vuelo de la señal de sondeo en una parte predeterminada de la línea de alimentación y/o transmisión 7.

Ventajosamente, la línea de alimentación y/o transmisión 7 comprende un par de cables eléctricamente conductores 7a, 7b entrelazados entre sí para formar sustancialmente un par trenzado (Figura 1,1 A), para dispersar una fracción sustancial de su campo eléctrico en el espacio fuera de los propios cables, y así aumentar los cambios en la capacidad eléctrica, en la impedancia y en el tiempo de vuelo debido al cambio del"campo de franja"debido al cambio en el nivel del líquido donde se sumerge la línea 7, y en consecuencia aumentar la sensibilidad de medición del nivel.

Además, el par trenzado de cables entrelazados no se comporta como una antena, lo que hace que sus mediciones estén mucho menos contaminadas por perturbaciones electromagnéticas externas.

De nuevo, para aumentar la precisión de la medición y disminuir el ruido y las perturbaciones de las señales detectadas, la señal de sondeo es una señal de voltaje con un valor nominal o efectivo ventajosamente igual o superior a 0,1 voltios (Vrms), más preferentemente igual o superior a 1 voltio (Vrms) e incluso más preferentemente igual o inferior a 10 voltios Vrms.

Los cables eléctricamente conductores 7a, 7b están ventajosamente encerrados en una funda aislante respectiva, por ejemplo, hecha de material polimérico adecuado, de modo que los cables eléctricamente conductores, o más generalmente los conductores de sondeo, 7a, 7b están eléctricamente aislados entre sí, así como del líquido donde pueden sumergirse para medir el nivel del mismo.

Con el fin de hacer que el cuerpo sensible 5 sea lo suficientemente sensible, la funda aislante que cubre los cables 7a, 7b tiene un espesor preferentemente inferior a 1 milímetro, por ejemplo, igual o inferior a 0,5 milímetros, más preferentemente igual o inferior a 0,1 milímetros.

La funda aislante también se puede fabricar como una pintura o esmalte que se solidifica en los conductores de los cables 7a, 7b.

Ventajosamente, dicho par trenzado se dobla sustancialmente en una U o, en cualquier caso, para formar un bucle que forma el extremo libre del cuerpo sensible 5 (Figura 1).

Ventajosamente, dicho bucle, o más generalmente el cuerpo sensible 5, está dispuesto sustancialmente vertical o al menos de modo que se extienda en general según una dirección superior-inferior, incluso si no es precisamente vertical, de modo que se sumerja en mayor o menor medida en el líquido para el que se desea medir el nivel.

En la Figura 1, el bucle formado por el par trenzado se sumerge en el líquido que se va a medir para una profundidad de L2/p (L2 dividido por beta),<l>2 indica, por lo tanto, la longitud total de la sección del par trenzado sumergido en el líquido y p [beta] es un coeficiente positivo preferentemente comprendido entre 2 y 3, más preferentemente comprendido entre 2 y 2,3.

Como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2, el cambio de fase experimentado por la señal de sondeo se mide entre un primer PS y un segundo punto de medición PA, respectivamente, aguas arriba y aguas abajo de la primera carga eléctrica de medición 11, por ejemplo, inmediatamente aguas arriba e inmediatamente aguas abajo de la carga 11.

Preferentemente, tanto el primer PS como el segundo punto de medición PA están ambos aguas arriba de la sección de los conductores de sondeo 7a, 7b sumergidos en el líquido para el que se desea medir el nivel (Figura 1).

Esto permite que todos los dispositivos electrónicos de medición estén dispuestos en la misma placa electrónica o PCB y/o en una misma carcasa protectora 15 no sumergida en el líquido para el que se desea medir el nivel.

Para este propósito, el medidor 1 puede comprender dos muestreadores síncronos, no mostrados y, por ejemplo, del tipo conocido per se, y configurados para medir de manera mutuamente sincronizada las tensiones o corrientes en los puntos de medición PS y PA de la línea eléctrica aguas arriba y aguas abajo de la primera carga eléctrica de medición 11.

La adopción de muestreadores síncronos también contribuye a separar los efectos, maximizando la sensibilidad de medición del desplazamiento de fase y del tiempo de vuelo, simplificando los circuitos y los algoritmos de procesamiento.

De nuevo, como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2, en combinación con lo que se ha descrito anteriormente, el desplazamiento de fase experimentado por la señal de sondeo se puede medir ventajosamente entre dos puntos de medición PA, PB dispuestos aguas arriba y aguas abajo de la sección de la línea de alimentación y/o transmisión 7 sumergida en el líquido para el que se desea medir el nivel.

Dichos puntos pueden ser, por ejemplo, el segundo PA y el tercer punto de medición PB de la línea 7.

Para este propósito, el medidor 1 puede comprender dos muestreadores síncronos correspondientes, no mostrados y, por ejemplo, del tipo conocidoperse, y configurados para medir de manera mutuamente sincronizada las tensiones o corrientes en los puntos de medición PA y PB de la línea de alimentación y/o transmisión 7 y, más en general, de los circuitos eléctricos del medidor 1.

Ventajosamente, ambos puntos de medición PA, PB pueden estar fuera del baño del líquido para el que se desea medir el nivel; tal solución es constructivamente simple y particularmente ventajosa porque hace posible disponer tanto el generador de señales 9 como la segunda carga eléctrica de medición 13 fuera del baño de líquido, en el límite también fuera del tanque u otro recipiente S que contenga el líquido; el generador 9 y la carga 13 pueden, por lo tanto, estar sujetos a requisitos menos estrictos de impermeabilidad e inflamabilidad que si funcionara constantemente sumergido en el combustible u otro líquido a medir.

Sin embargo, en otras realizaciones que no se muestran, al menos uno entre el segundo PA y el tercer punto de medición PB o ambos puede configurarse para funcionar constantemente sumergido en el líquido para el que se desea medir el nivel.

Se ha observado que los desplazamientos de fase medidos de la señal de sondeo entre dos puntos de medición diferentes, por ejemplo entre P<s>y PA o entre PA y PB, están influenciados por la longitud L2 de la sección del par trenzado - y más generalmente de la sección de la línea de alimentación y/o transmisión 7 - sumergida en el líquido a medir.

Se puede plantear la hipótesis de que dicha influencia se deba al cambio en el campo electromagnético en el espacio creado por la línea de alimentación y/o transmisión 7, y como consecuencia del cambio en la capacidad y la impedancia eléctrica de los cuerpos y la región del espacio adyacente a la línea 7.

Por analogía con el caso de los condensadores eléctricos de placa plana conocidos o un condensador cilíndrico, tal cambio en la capacidad eléctrica puede atribuirse al llamadocampo de franjadel condensador, es decir, a la parte del campo electromagnético que sale de las placas del condensador, que preferentemente se forman en gran medida, por ejemplo, tanto como para dar lugar a al menos el 30 % de la capacidad eléctrica de la línea 7, y más preferentemente tanto como para dar lugar a al menos el 40 %, 50 %, 70 %, 90 % o 95 % de la capacidad eléctrica de la línea 7, por los conductores de sondeo 7a, 7b.

Más en particular, dicho cambio en la capacidad eléctrica puede atribuirse a la cantidad de energía de la fracción asociada con la frecuencia fundamental del campo electromagnético generado por los conductores de sondeo 7a, 7b fuera de ella.

Dos o más conductores eléctricos similares a cables entrelazados para formar un par trenzado, o más generalmente dos conductores eléctricos similares a cables, similares a bandas o en cualquier caso alargados dispuestos uno al lado del otro, forman un campo electromagnético menos concentrado adyacente a los propios conductores con respecto, por ejemplo, a un condensador de placa plana o a un condensador cilíndrico, y más distribuido en regiones más distantes del espacio; los autores de la presente invención consideran que esto hace que un par trenzado de conductores, o en cualquier caso un haz de conductores eléctricos similares a cables o alargados, sea más sensible, con respecto a las placas de otras formas, para detectar los cambios en la capacidad eléctrica, o más generalmente la inductancia, y en el tiempo de vuelo debido a los cambios en el nivel del líquido donde se sumergen dichos conductores.

La unidad lógica 3 se puede configurar ventajosamente para calcular el cambio en la capacidad eléctrica asociada con elcampo de franjabasándose en los desplazamientos de fase medidos en el primer PS y en el segundo punto de medición PA.

Para este propósito, la unidad lógica 3 está configurada para determinar dicha capacidad eléctrica, o en cualquier caso y más generalmente la capacidad eléctrica equivalente mencionada anteriormente, determinando, basándose en dichos desplazamientos de fase, uno o más polos de la función de transferencia de al menos parte del medidor 1 y del líquido donde se sumergen los al menos dos conductores de sondeo 7a, 7b.

Preferentemente, la unidad lógica 3 está programada o, en cualquier caso, configurada para determinar dicha capacidad, determinando el polo de frecuencia más baja de dicha función de transferencia, por ejemplo, basándose en cálculos y algoritmos análogos a los que vinculan la capacidad eléctrica y el polo de un filtro RC conocido.

En combinación con lo anterior, la unidad lógica 3 está configurada para calcular el tiempo de vuelo de la señal de sondeo en la sección de la línea de alimentación y/o transmisión comprendida entre el segundo PA y el tercer punto de medición PB, nuevamente basándose en el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre los puntos de medición PA y PB, por ejemplo, con procesos matemáticos y algoritmos utilizadosperse, por ejemplo, en los telemetros láser actuales.

Ventajosamente, los conductores de sondeo 7a, 7b están recubiertos con un material que no es muy o nada humectable, o su superficie externa ha sido sometida a un tratamiento adecuado que reduce o anula la humectabilidad, para evitar que partes de los mismos permanezcan húmedas incluso si están fuera del líquido, falsificando así la medición del nivel.

La capacidad eléctrica depende linealmente de la constante dieléctrica del condensador considerado, mientras que el tiempo de vuelo depende de la raíz cuadrada de la constante dieléctrica del medio considerado; por lo tanto, las dos determinaciones de la capacidad eléctrica y del tiempo de vuelo son alternativas e independientes entre sí, pudiendo usarse una para verificar la otra, corregir posibles errores o imprecisiones de medición o determinar parámetros adicionales como, por ejemplo, la constante dieléctrica del líquido para el que se desea medir el nivel.

Las dos mediciones del tiempo de vuelo y del polo o polos de la función de transferencia, basándose en el desplazamiento de fase de la señal de sondeo, se pueden llevar a cabo simultáneamente o una tras otra, un tiempo lo suficientemente corto como para no permitir que se produzcan cambios apreciables del nivel del líquido a medir.

Las dos mediciones del tiempo de vuelo y del polo o polos de la función de transferencia, basándose en el desplazamiento de fase de la señal de sondeo, se pueden llevar a cabo con señales de sondeo de diferentes frecuencias, por ejemplo, con una señal de sondeo a aproximadamente 1 megahercio para la primera medición y con una señal de sondeo de aproximadamente 10 megahercios para la segunda o viceversa.

Ventajosamente, la unidad lógica 3 o, más generalmente, el medidor 1 está programada o, en cualquier caso, configurada para detectar el desplazamiento de fase de las señales adquiridas en los puntos de medición PS, PA, PB a través de técnicas adecuadas de diezmado o muestreo descendente.

La unidad lógica 3 o, más generalmente, el medidor 1 está programada o, en cualquier caso, configurada para detectar el desplazamiento de fase de las señales adquiridas en los puntos de medición PS, PA, PB, por ejemplo, a través de la transformada discreta de Fourier y/o la determinación de la componente de fase y cuadrada con un receptor digital síncrono, que lleva a cabo la multiplicación de la señal muestreada por dos señales cuadradas (seno y coseno a la misma frecuencia), para a continuación evaluar los coeficientes de Fourier de las mismas.

La unidad lógica 3 puede programarse o, en cualquier caso, configurarse para determinar el desplazamiento de fase entre las tensiones o corrientes detectadas en los puntos de medición PS, PA y/o PA, PB comparando directamente señales que tienen sustancialmente la misma frecuencia que la señal de sondeo o, en cualquier caso, frecuencias del mismo orden de magnitud, sin conversiones de frecuencia, por ejemplo, si la señal de sondeo tiene frecuencias relativamente bajas, por ejemplo, iguales o inferiores a 10-20 megahercios.

Posiblemente, por ejemplo, si la señal de sondeo tiene frecuencias más altas, por ejemplo, iguales o superiores a 20 megahercios, la unidad lógica 3 o, más en general, el medidor 1 puede estar provista de un convertidor de frecuencia, por ejemplo, un convertidor heterodino, que transforma la medición de señales en los puntos de medición PS, PA, PB u otros en señales de frecuencia más baja, lo que hace que el desplazamiento de fase con respecto a la señal de sondeo sea más fácil de medir.

Para este propósito, el convertidor de frecuencia puede configurarse para reducir las señales medidas en los puntos de medición PS, PA, PB u otros en señales a una frecuencia igual o inferior a 10 o 20 megahercios.

El convertidor de frecuencia puede comprender, por ejemplo, un mezclador o muestreador, por ejemplo, del tipo conocido per se.

La unidad lógica 3 o, más generalmente, el medidor 1 se puede programar o, en cualquier caso, configurar para llevar a cabo un procedimiento de calibración de la medición del nivel del líquido a través del tiempo de vuelo a lo largo de la línea de alimentación y/o transmisión 7.

Dicho procedimiento de calibración puede comprender, por ejemplo, las etapas de detectar el tiempo de vuelo a lo largo de la línea 7 cuando el cuerpo sensible 5 está completamente en el aire y cuando está completamente sumergido en el líquido para el que se desea medir el nivel.

Dado que se conoce la longitud de la sección de la línea 7, o más generalmente del circuito eléctrico, a lo largo del cual se mide el tiempo de vuelo, es posible calibrar correctamente el medidor 1.

Dado que se conoce dicha longitud, la medición con el cuerpo sensible 5 completamente sumergido también proporciona una medición directa de las propiedades del líquido.

Al igual que, por ejemplo, en las realizaciones de las Figuras 1, 3-6, el cuerpo sensible 5 forma una prolongación que se extiende por una longitud total LCS preferentemente comprendida entre 0,1-10 metros, entre 0,5-1 metro, entre0,2-0,5metros o entre 0,2-0,3 metros.

La trayectoria eléctrica entre los puntos de medición PS y PB, PA o PB, PS y PA puede tener un desarrollo lineal cuya longitud total esté comprendida preferentemente entre 0,1-20 metros, entre 0,1-20 metros, entre 0,1-1 metros, entre 0,1-0,6 metros, entre 0,05-0,2 metros.

Al igual que en las Figuras 1, 3-6, el cuerpo sensible 5 tiene preferentemente una forma sustancialmente oblonga.

A partir de pruebas de laboratorio, el medidor 1 descrito anteriormente demostró ser capaz de medir niveles de líquido de unos pocos decímetros con una resolución del orden de milímetros, utilizando una señal de sondeo de frecuencia de 10 megahercios en tiempo real, es decir, sin conversiones de frecuencia.

Más en particular, ha sido posible fabricar medidores 1 capaces de detectar el nivel de un líquido, tal como un combustible a base de hidrocarburos o agua, con una resolución de un milímetro en un intervalo de medición, por ejemplo, de 30-40 centímetros; tal campo de medición es, por ejemplo, capaz de cubrir las excursiones del nivel del combustible en el tanque de un helicóptero.

Esto significa detectar retardos o desplazamientos de fase entre señales del orden de unos pocos picosegundos a través de microprocesadores que ocupan poco espacio y que tienen un coste compatible con la producción en masa, del orden de unas pocas unidades o decenas de piezas en un año en el caso, por ejemplo, de aplicaciones aeronáuticas, e incluso miles o cientos de miles en el caso, por ejemplo, de aplicaciones de automóviles.

Con el fin de detectar dichos retardos cortos o desplazamientos de fase con componentes electrónicos relativamente baratos, la unidad lógica 3 está programada o, en cualquier caso, configurada para detectar o, en cualquier caso, determinar dicho desplazamiento de fase basándose en al menos 2000 muestras de tensión o corriente detectadas en al menos dos puntos de medición predeterminados PS, PA, PB.

Más preferentemente, la unidad lógica 3 está configurada para determinar dicho desplazamiento de fase basándose en al menos 4000 muestras, más preferentemente basándose en al menos 6000 muestras e incluso más preferentemente basándose en al menos 8000 muestras.

Por ejemplo, para obtener 8000 muestras es suficiente muestrear las tensiones o corrientes en los puntos de medición<PA,>Pb,<PS durante 80 microsegundos a una frecuencia de muestreo de 100 megahercios.>

Tales numerosas operaciones de muestreo permiten que los cambios de fase y, por lo tanto, los retardos y los tiempos de vuelo, se midan con la precisión requerida.

Dado que en el medidor 1 el nivel del líquido donde está sumergido el cuerpo sensible 5, 5', 5", 5m, 5IV se determina midiendo los desplazamientos de fase y los retardos que experimenta la señal de sondeo en diferentes puntos de la línea de alimentación y/o transmisión 7 u otros puntos del circuito eléctrico, de ninguna manera hay carga eléctrica en contacto directo con el combustible o en cualquier caso con el líquido para el que se desea medir el nivel; por lo tanto, el medidor 1 puede alcanzar niveles de seguridad intrínseca contra incendios mucho mayores con respecto a los medidores de nivel capacitivo conocidos y puede usarse para medir el nivel también de líquidos no aislantes eléctricamente.

Dado que se puede usar un par trenzado o, en cualquier caso, cables eléctricos como cuerpo sensible, un medidor según la invención se puede instalar más fácilmente en tanques de forma irregular, como los que se muestran, por ejemplo, en las Figuras 7, 8.

La Figura 7 muestra esquemáticamente un tanque de forma irregular donde se instalan dos medidores de nivel capacitivos conocidos 1001: dichos medidores capacitivos conocidos 1001, por razones constructivas y de rendimiento, deben usar un condensador cilíndrico necesariamente rectilíneo como cuerpo sensible.

Por lo tanto, un solo medidor conocido 1001 no es capaz de describir curvas, adaptándose a la forma irregular de los tanques S como el que se muestra, y el nivel debe medirse con dos o más medidores capacitivos rectilíneos 1001 dispuestos verticalmente para formar la línea discontinua requerida.

Dado que, por otro lado, el par trenzado u otro cable del mismo que, en realizaciones particulares, forma el cuerpo sensible del mismo, puede doblarse fácilmente y describir trayectorias curvas o en ángulo, un solo medidor según la invención es suficiente para detectar los cambios de nivel en tanques incluso de forma muy irregular (Figura 8).

Las opciones descritas anteriormente de las impedancias ZS y ZL y del polo capacitivo de la primera 11 y de la segunda carga eléctrica de medición 13 y de la línea de alimentación y/o transmisión 7, así como las opciones particulares descritas anteriormente de la frecuencia fundamental de la señal de sondeo contribuyen a aumentar la sensibilidad y la resolución del medidor 1.

Las realizaciones descritas anteriormente pueden experimentar diferentes modificaciones y cambios sin apartarse del alcance de protección de la presente invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, el cuerpo sensible 5,5' puede comprender no solo una pluralidad de cables o alambres eléctricos entrelazados sobre sí mismos para formar un par trenzado (Figuras 1, 1 A) sino también conductores eléctricos de diferentes geometrías, y puede comprender, según un ejemplo no abarcado por la redacción de las reivindicaciones, un cable u otro conductor eléctrico enrollado para formar una hélice 50' que forma una pluralidad de bobinas que definen internamente una cavidad de forma sustancialmente cilíndrica o prismática, y una sección rectilínea 52' que desde la bobina más distal 54' se eleva dentro de dicha cavidad hacia el extremo proximal 56' del cuerpo sensible 5' (Figura 3).

Como en el ejemplo no abarcado por la redacción de las reivindicaciones de la Figura 4, el cuerpo sensible 5" puede comprender un alambre u otro cable eléctrico doblado en una U y enrollado sobre sí mismo para formar una doble hélice, como si fuera una hélice con dos hélices, definiendo internamente una cavidad, por ejemplo, de forma sustancialmente cilíndrica o prismática (Figura 4).

En una realización que no se muestra, el cuerpo sensible puede comprender un haz comprendiendo una pluralidad de alambres u otros cables o conductores eléctricos dispuestos uno al lado del otro y enrollados sobre sí mismos para formar una hélice múltiple que define internamente una cavidad, por ejemplo, de forma sustancialmente cilíndrica o prismática.

Al igual que, por ejemplo, en las realizaciones de las Figuras 5,6, el cuerpo sensible 5m, 5IV puede comprender, según un ejemplo no abarcado por la redacción de la reivindicación uno o, según la invención reivindicada, más cables, alambres u otros conductores eléctricos que forman una o más secciones de bobina, y posiblemente una sección ascendente rectilínea, o en cualquier caso menos trenzada, que conecta los extremos distales 54m, 54IV y los extremos proximales 56III, 56IV del propio cuerpo sensible.

Las una o más secciones de bobina pueden formar uno o más bucles que se extienden sustancialmente en una dirección paralela o longitudinal a la superficie libre del líquido para el que se desea medir el nivel, donde la superficie libre del líquido se considera en condiciones de funcionamiento normal o en condiciones estándar adecuadas.

Dichos cuerpos sensibles 5m, 5IV pueden tener una forma general sustancialmente plana o formar una o más secciones tubulares, por ejemplo, formadas a partir de una sección de bobina respectiva que encierra una cavidad sustancialmente cilíndrica o prismática.

La forma de la bobina permite aumentar la sensibilidad y la resolución de las mediciones en secciones e intervalos de nivel particulares, o fabricar medidores que detectan cambios en el nivel solo para intervalos relativamente aproximados y muy discretos, por ejemplo, solo distinguiendo entre un nivel demasiado lleno, un nivel demasiado vacío y un nivel intermedio entre ellos.

Cualquier referencia en esta descripción a "una realización", "un ejemplo" significa que una característica o estructura particular descrita en relación con dicha realización se incluye en al menos una realización de la invención y, en particular, en una variante particular de la invención tal como se define en una reivindicación principal.

El hecho de que tales expresiones aparezcan en diversos pasajes de la descripción no significa que necesariamente se refieran solo a la misma realización.

Además, cuando se describe una característica, elemento o estructura en relación con una realización particular, debe observarse que está dentro de las capacidades de los expertos en la materia aplicar tal característica, elemento o estructura a otras realizaciones.

Las referencias numéricas que difieren solo por diferentes superíndices, por ejemplo, 21', 21", 21m, a menos que se especifique lo contrario, indican diferentes variantes de un elemento llamado del mismo modo.

Además, todos los detalles se pueden sustituir por elementos técnicamente equivalentes.

Por ejemplo, los materiales utilizados, así como los tamaños, pueden ser cualesquiera según los requisitos técnicos.

Debe entenderse que una expresión del tipo "AcomprendeB, C, D" o "A seforma a partir deB, C, D" también comprende y describe el caso particular donde"A consisteen B, C, D".

La expresión"A comprende un elemento B",a menos que se especifique lo contrario, debe interpretarse como"A comprende uno o más elementos B".

Las referencias a una "primera, segunda, tercera, ... na entidad" tienen el único propósito de distinguirlas entre sí, pero la indicación de la na entidad no implica necesariamente la existencia de la primera, segunda ... (n-1)na entidad.

Los ejemplos y listas de posibles variantes de la presente solicitud deben interpretarse como listas no exhaustivas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Medidor (1) para medir el nivel de un líquido, comprendiendo uno o más circuitos eléctricos, comprendiendo dichos circuitos una unidad lógica (3), un cuerpo sensible (5,5', 5", 5m, 5IV) y un generador de señales (9), donde:

-el cuerpo sensible (5,5', 5", 5m, 5IV) comprende una línea de alimentación y/o transmisión (7), comprendiendo dicha línea al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b), donde dichos conductores de sondeo están configurados para sumergirse en el líquido cuyo nivel se va a medir;

- el generador de señales (9) está configurado para suministrar a la línea de alimentación y/o transmisión (7) una señal de sondeo;

- la unidad lógica (3) está configurada para realizar las siguientes etapas:

- determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre al menos dos puntos de medición predeterminados (PS, PA, PB) de los uno o más circuitos eléctricos del medidor (1);

- sobre la base de dicho cambio de fase, determinar el nivel del líquido predeterminado donde el cuerpo sensible (5, 5', 5", 5m, 5IV) está al menos parcial y posiblemente sumergido;

donde:

- la unidad lógica (3) está configurada para determinar, sobre la base de dicho desplazamiento de fase, una capacidad eléctrica equivalente y/o influenciada por al menos una parte del propio medidor(1) y/o el líquido donde se sumergen dichos al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b);

caracterizada porque:

- el medidor (1) está provisto de una primera carga eléctrica de medición (11) alimentada por dicha al menos una línea de alimentación (7) y está provisto de una impedancia de medición aguas arriba predeterminada (ZS);

- la unidad lógica (3) está configurada para determinar dicha capacidad eléctrica equivalente llevando a cabo las dos operaciones siguientes:

- sobre la base de un primer desplazamiento de fase medido entre un primer (PS) y un segundo punto de medición (PA) respectivamente aguas arriba y aguas abajo de la primera carga eléctrica de medición (11), determinar uno o más polos de la función de transferencia de al menos parte del medidor (1) y del líquido donde se sumergen dichos al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b);

- sobre la base de un segundo desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre un segundo (PA) y un tercer punto de medición (PB), determinar el tiempo de vuelo de la señal de sondeo en la sección de la línea de alimentación y/o transmisión comprendida entre dicho segundo (PA) y tercer punto de medición (PB).

2. Medidor (1) según la reivindicación 1, donde dichos al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b) son conductores eléctricos que se extienden uno al lado del otro a lo largo de la línea de alimentación y/o transmisión (7).

3. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde dichos al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b) son conductores eléctricos entrelazados o enrollados uno alrededor del otro y/o alrededor de un eje de enrollamiento predeterminado para formar sustancialmente un par trenzado y/o una hélice.

4. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad lógica (3) está programada o en cualquier caso configurada para detectar o en cualquier caso determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre dos puntos de medición (PS, PA, PB) de una parte de los uno o más circuitos eléctricos suministrados por el generador de señales (9), y donde al menos uno de estos puntos de medición (PB) está a lo largo de la línea de alimentación y/o transmisión (7) o aguas abajo de la misma.

5. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad lógica (3) está programada o en cualquier caso configurada para detectar o en cualquier caso determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre dos puntos de medición (PS, PA, PB) de una parte de dichos uno o más circuitos eléctricos alimentados por el generador de señales (9), y donde al menos uno de dichos puntos de medición (PS, PA) está aguas arriba de la línea de alimentación y/o transmisión (7).

6. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad lógica (3) está programada o en cualquier caso configurada para detectar o en cualquier caso determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre dos puntos de medición (PS, PA) de una parte de dichos uno o más circuitos eléctricos suministrados por el generador de señales (9), y donde al menos uno primero de dichos puntos de medición (PS) está aguas arriba del generador de señales (9), y al menos un segundo de dichos puntos de medición (PA) está aguas abajo del generador de señales (9) y aguas arriba de la línea de alimentación y/o transmisión (7).

7. Medidor (1) según la reivindicación 6, donde la unidad lógica (3) está programada o en cualquier caso configurada para determinar, sobre la base de dicho desplazamiento de fase, uno o más polos de la función de transferencia de al menos parte del medidor (1) y del líquido donde dichos los al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b) están sumergidos.

8. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad lógica (3) está programada o en cualquier caso configurada para detectar o en cualquier caso determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre dos puntos de medición (PA, PB) de una parte de dichos uno o más circuitos eléctricos suministrados por el generador de señales (9), y donde al menos uno primero de dichos puntos de medición (PA) está aguas abajo del generador de señales (9) y aguas arriba de la línea de suministro y/o transmisión (7), y al menos un segundo de dichos puntos de medición (PB) está aguas abajo de la línea de alimentación y/o transmisión (7).

9. Medidor (1) según la reivindicación 8, donde la unidad lógica (3) está programada o, en cualquier caso, configurada para determinar, sobre la base de dicho desplazamiento de fase, el tiempo de vuelo de la señal de sondeo en una parte predeterminada de la línea de transmisión y/o alimentación (7), por ejemplo, en la sección entre el primer (PA) y el segundo punto de medición (PB).

10. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad lógica (3) está programada o en cualquier caso configurada para detectar o en cualquier caso determinar dicho desplazamiento de fase sobre la base de al menos 2000 muestras de tensión o corriente detectadas en dichos al menos dos puntos de medición predeterminados (PS, PA, PB).

11. Medidor (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde dicha unidad lógica (3) está configurada para asociar una determinación del nivel de líquido predeterminado con la determinación del tiempo de vuelo detectado.

12. Proceso de medición del nivel de un baño líquido, comprendiendo las siguientes operaciones:

513.1) proporcionar un medidor (1) comprendiendo uno o más circuitos eléctricos, comprendiendo dichos circuitos un cuerpo sensible (5,5', 5", 5m, 5IV), donde el cuerpo sensible comprende una línea de alimentación y/o transmisión (7), dicha línea comprende al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b), donde el medidor (1) comprende además una primera carga eléctrica de medición (11) alimentada por dicha al menos una línea de alimentación (7) y provista de una impedancia de medición aguas arriba predeterminada (ZS);

513.2) sumergir al menos parcialmente el cuerpo sensible en el baño líquido;

513.3) suministrar a la línea de alimentación y/o transmisión (7) una señal de sondeo;

513.4) determinar el desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre al menos dos puntos de medición predeterminados (PS, PA, PB) de los uno o más circuitos eléctricos del medidor (1);

513.5) determinar, sobre la base de dicho desplazamiento de fase, una capacidad eléctrica equivalente y/o influenciada por al menos una parte del propio medidor (1) y al líquido donde se sumergen dichos al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b);

513.6) determinar el nivel del baño líquido basándose en dicho cambio de fase;

caracterizado porque dicha capacidad eléctrica equivalente se determina llevando a cabo ambas de las siguientes operaciones:

- sobre la base de un primer desplazamiento de fase medido entre un primer (PS) y un segundo punto de medición (PA) respectivamente aguas arriba y aguas abajo de la primera carga eléctrica de medición (11), determinar uno o más polos de la función de transferencia de al menos parte del medidor (1) y del líquido donde se sumergen dichos al menos dos conductores de sondeo (7a, 7b);

- sobre la base de un segundo desplazamiento de fase que experimenta la señal de sondeo entre un segundo (PA) y un tercer punto de medición (PB), determinar el tiempo de vuelo de la señal de sondeo en la sección de la línea de alimentación y/o transmisión comprendida entre dicho segundo (PA) y tercer punto de medición (PB)

13. Proceso según la reivindicación 12, donde el cuerpo sensible (5, 5', 5", 5m, 5IV) tiene una forma general sustancialmente oblonga, y el proceso comprende la etapa de colocar el cuerpo sensible en un recipiente (S) configurado para contener el líquido, o cerrar dicho recipiente (S), con una orientación sustancialmente vertical o en cualquier caso de tal manera que se extiende sustancialmente de arriba a abajo.