Датчик утечек
LEAKAGE SENSOR

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для непрерывного контроля утечек в зданиях и сооружениях, в частности возникновение утечек воды на больших площадях, например, под кровлей, на потолках и т.п.
Известно устройство [RU 2184369 G01N 25/56, G01N 27/22, G21C 17/00, 27.06.2002], содержащее емкостной сенсор влажности и резистивный сенсор температуры, усилитель переменного напряжения, измеритель уровня переменного напряжения, функциональный блок, генератор переменного напряжения, электронный преобразователь сопротивления резистивного сенсора в напряжение (ток), регистратор, причем выход генератора соединен длинной линией с одним из контактов емкостного сенсора, выход усилителя напряжения соединен с входом измерителя уровня напряжения, выход которого соединен с одним из входов функционального блока, второй вход которого подсоединен к выходу преобразователя сопротивления в электрический сигнал (ток, напряжение), ко входу которого с помощью длинной линии подключен резистивный сенсор температуры, а выход функционального блока подсоединен к регистратору, отличающийся тем, что ко второму контакту емкостного сенсора подключена первичная обмотка согласующего трансформатора, второй конец которой соединяется длинной линией с генератором переменного напряжения, а ко вторичной обмотке трансформатора подключена сигнальная линия с волновым сопротивлением, второй конец которой подсоединен ко входным клеммам усилителя напряжения, причем модуль комплексного сопротивления первичной обмотки подключенного к сигнальной линии трансформатора должен быть в 100-200 раз меньше модуля комплексного сопротивления емкостного сенсора.
Недостаткам этого устройства является относительно низкая чувствительность, большую инертность процесса и конструктивная сложность.
Известен также датчик [RU 2263936, G01W 1/11, G01N 25/56, 10.11.2005], содержащий электроизоляционное основание, электроизоляционную подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого загрублен, два накладных электрода, контактная поверхность которых выполнена оксидированной и плоской и соприкасается с влагочувствительным слоем, и измерительный прибор, подключенный к выводам накладных электродов, а также два прижимных узла, каждый из которых предназначен для создания постоянного давления соответствующего накладного электрода на рабочую поверхность влагочувствительного покрытия.
Недостатком устройства является относительно низкая точность, вызванная нелинейной зависимости между электрическим сигналом и уровнем влажности.
Кроме указанных выше, известен датчик [RU 2365908, G01N 27/12, 27.08.2009], имеющий электроизоляционную диэлектрическую подложку, изготовленную из боратно-висмутатного стекла, влагочувствительный слой который получен специальным травлением подложки, а также два электрических контакта расположенных в углублениях на поверхности подложки, при этом, измерения проводятся на переменном токе частотой 1 кГц с помощью иммитансометра.
Недостатком этого устройства является его относительно высокая сложность и высокая стоимость.
Помимо отмеченных выше, известен также датчик [RU 2167414, G01N 27/22, 20.05.2001], включающий токопроводящие обкладки и влагопоглощающий слой, выполненный из листового фильтрующего материала, пропитанного карбонатами щелочных металлов, причем, токопроводящие обкладки помещены в герметичный диэлектрический чехол.
Недостатком этого емкостного датчика является относительно низкая чувствительность.
Наиболее близким к заявляемому является датчик [RU 152497, U1, G01N 27/00, 10.06.2015], включающий влагопоглощающий слой (слой капиллярно-пористого материала), пропитанный солями щелочных металлов и токопроводящие обкладки, выполненныее в виде двух металлических сеточек (слои из электропроводящего водопроницаемого материала), между которыми расположен влагопоглощающий слой, выполненный из тонкой бумаги, пропитанной хлоридом натрия, металлические сеточки скреплены по периметру и соединены в последовательную электрическую цепь с источником тока и измерительным устройством.
Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкая прочность и низкая эксплуатационная надежность, вызванная тем, что, влагопоглощающий слой выполнен из тонкой бумаги, в частности папиросной, которая выполнена пористой.
Задачей изобретения является создание простого по конструкции высокочувствительного датчика утечек, обладающего высокой прочностью и высокой эксплуатационной надежностью, в частности, устойчивостью к внешним механическим воздействиям и который может быть использован на неограниченно больших площадях.
Требуемый технический результат заключается в повышении прочности и эксплуатационной надежности, в частности, устойчивости к внешним механическим воздействиям.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в датчик утечек, выполненный в виде двух слоев из электропроводящего водопроницаемого материала, между которыми размещен разделительный слой из капиллярно-пористого диэлектрического материала, причем, слои из электропроводящего водопроницаемого материала включены в последовательную цепь с источником тока и измерителем, согласно изобретению, введены верхний и нижний защитные слои из капиллярно-пористого диэлектрического материала, размещенные, соответственно, над одним из двух слоев из электропроводящего водопроницаемого материала и под другим из двух слоев из электропроводящего водопроницаемого материала, причем, слои материала соединены между собой средствами, обеспечивающими их закрепление с возможностью проникновения влаги.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, слои из электропроводящего водопроницаемого материала выполнены или из алюминиевой фольги толщиной от 0,001 мм - 2 мм, перфорированной сквозными отверстиями диаметром от 0,1 до 5 мм с обеспечением суммарную площадь равномерно пробитых по
поверхности отверстий в размере не менее 20% от общей площади слоя, или из сетки, сплетенной из металлической проволоки или углеродного волокна с обеспечением суммарной проходной площади ячеек в размере не менее 20% от общей площади слоя, или из спресованной металлической проволоки или углеродных волокон толщиной от 0,1 мм до 1 см.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, слои из капиллярно-пористого диэлектрического материала выполнены толщиной от 0,5 мм до 50 мм из диэлектрического материала, обеспечивающего капиллярно-пористый эффект впитывания попадающей на его влаги.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве диэлектрического материала, обеспечивающего капиллярно-пористый эффект впитывания попадающей на его влаги используют прессованную целлюлозу, ровинг из полимерных или стекловолокон, хлопчатобумажную ткань, базальтовое волокно, спайбонд из высокомолекулярных соединений.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве средств, обеспечивающих закрепление соседних слоев датчика влажности с возможностью проникновения влаги, используют термоклей клей для слоев датчика утечек, нанесенный в виде «паутинки» или пятен.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве средств, обеспечивающих закрепление соседних слоев датчика влажности с возможностью проникновения влаги, используют сквозную равномерную прошивку слоев датчика утечек диэлектрической ниткой.
На чертеже представлен датчик утечек с источником тока и измерителем и каплей воды или иной электропроводящей жидкости.
Датчик утечек выполнен в виде двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала, а также слоев 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала, один из которых является разделительным и размещен между слоями 1 из электропроводящего водопроницаемого материала, а два других в виде верхнего и нижнего защитных слоев из капиллярно-пористого диэлектрического материала, размещены, соответственно, над одним из двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала и под другим из двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала, причем, соседние слои датчика утечек соединены между собой средствами 3, обеспечивающими их закрепление с возможностью проникновения влаги.
В частном случае слои 1 из электропроводящего водопроницаемого материала выполнены или из алюминиевой фольги толщиной от 0,001 мм - 2 мм, перфорированная сквозными отверстиями диаметром от 0,1 до 5 мм с обеспечением суммарную площадь равномерно пробитых по поверхности отверстий в размере не менее 20% от общей площади слоя, или из сетки, сплетенной из металлической проволоки или углеродного волокна с обеспечением суммарной проходной площади ячеек в размере не менее 20% от общей площади слоя, или из спресованной металлической проволоки или углеродных волокон толщиной от 0,1 мм до 1 см.
Кроме того, слои 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала выполнены толщиной от 0,5 мм до 50 мм из диэлектрического материала, обеспечивающего капиллярно-пористый эффект впитывания попадающей на его влаги, например, прессованную целлюлозу, ровинг из полимерных или стекловолокон, хлопчатобумажную ткань, базальтовое волокно, спайбонд из высокомолекулярных соединений.
В качестве средств 3, обеспечивающих закрепление соседних слоев датчика утечек с возможностью проникновения влаги, используют термоклей клей для слоев датчика влаги, нанесенный в виде «паутинки» или пятен, или сквозную равномерную прошивку слоев датчика влаги диэлектрической ниткой, или двухстороннюю сквозную пробивку слоев датчика иглами на специализированном иглопробивном оборудовании.
Используется предложенный датчик утечек следующим образом.
Капля воды (см. чертеж), попадая на верхний (или нижний) слой 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала, впитывается и достигает верхнего из двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала. Далее за счет перфорированных в ней отверстий (ячеек сетки) вода последовательно просачивается через слой 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала, расположенный между двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала и достигает второй из двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала. В результате этого создается внутренний электропроводящий мостик между двух слоев 1 из электропроводящего водопроницаемого материала, что, в конечном счете, создает сигнал ΔU об обнаружении утечки воды.
Помимо того, что, верхний и нижний слои 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала обеспечивают механическую защиту датчика утечек. Они обеспечивают и быстрое приведение датчика утечек в рабочее состояние - после воздействия влаги. Попавшая на датчик вода не должна накапливаться в датчике утечек и удаляться из него только методом испарения, с верхней поверхности. Именно для этого и выполняется перфорация нижнего слоя 1 из электропроводящего водопроницаемого материала (или выполнение его в виде сетки), а нижний слои 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала играет роль своеобразного «насоса», помогающего перераспределить поступающую влагу по всему своему объему и привести тем самым датчик утечек в исходное рабочее состояние. Кроме того, и нижний и верхний слои 2 из капиллярно-пористого диэлектрического материала выполняют функции проникновения воздуха и испарения малых естественных концентраций влаги для строительных конструкций, с которыми контактирует датчик влаги.
Таким образом, в предложенной конструкции датчика утечек достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении прочности и эксплуатационной надежности, в частности, устойчивости к внешним механическим воздействиям.