ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ПРОТЕЧЕК ВОДЫ

Полезная модель относится к электротехнике, конкретно - к приборам, работающим на основе электрохимической реакции, и может быть использована в качестве датчиков аварийного поступления воды, например, протечек в жилых и производственных помещениях, офисах, серверных центрах, в судах морского, речного и смешанного плавания.
Известно устройство для измерения уровня жидкости, которое может быть использовано как датчик поступления воды, работоспособность которого не зависит от свойств контролируемой жидкости. Оно содержит вертикально расположенную трубу, тензодатчик, микроконтроллер с цифровым табло. В нижней части трубы укреплена насадка, в которой расположен тензодатчик, смонтированный на пластине с окном, перекрытым эластичной диафрагмой, и соединенный через трубу с микроконтроллером, расположенным вне устройства. При поступлении воды, под эластичной диафрагмой остается сравнительно тонкий воздушный слой, через который передается давление на эластичную диафрагму. Диафрагма перемещается вверх и воздействует на тензодатчик, который посылает электрический сигнал на микроконтроллер (патент РФ 2234687, G01F 23/14, 23/16).
Недостатками данного устройства является необходимость электропитания от внешнего источника энергии, сложность конструкции и значительные габариты из-за наличия трубы.
Известен дискретный электрохимический уровнемер жидкости, содержащий вертикальный корпус из изоляционного материала, внутри которого размещена воздушная камера, канал для рабочей жидкости и дискретные датчики уровня в виде газодиффузионных воздушных катодов. К нижней части вертикального корпуса герметично присоединена металлическая емкость с рабочей жидкостью. В емкость вмонтирована эластичная мембрана (патент РФ 84113 G01L 19/12, В63В 43/20, Е03В 1/02, Н01М 12/06).
Недостатком указанного датчика является сложность конструкции и большие габариты.
Из известных датчиков протечки воды наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является датчик поступающей морской воды на основе воздушно-металлического источника тока, в котором один электрод выполнен газодиффузионным воздушным, а второй электрод выполнен в виде корпуса с дном и стенкой из металла с потенциалом более отрицательным, чем потенциал воздушного электрода. Внутри металлического корпуса соосно размещен корпус из изоляционного материала. В днище корпуса из изоляционного материала герметично вмонтирован воздушный электрод, образуя воздушную полость (патент РФ 83613 G01F 23/30, H01M 12/06).
Недостаток этого датчика является возможность его использования только для контроля поступления морской, т.е. соленой воды, в данном случае выполняющей функции электролита. Другим недостатком является наличие воздушного патрубка, усложняющего конструкцию и увеличивающего габариты датчика.
Техническим результатом полезной модели является создание электрохимического универсального датчика протечек воды (ЭУДПВ), обладающего простотой конструкции, малыми габаритами, и пригодного для контроля протечек любой воды, как морской, так и пресной.
Указанный технический результат достигается тем, что ЭУДПВ содержит внешний корпус из металла, выполняющий роль одного из электродов с потенциалом более отрицательным, чем потенциал воздушного электрода, полый корпус из изоляционного материала, установленный соосно внутри металлического корпуса, газодиффузионный воздушный электрод, герметично вмонтированный в днище корпуса из изоляционного материала, образуя герметичную воздушную полость, отличающийся тем, что воздушный электрод пропитан снаружи водным раствором поваренной соли с концентрацией 2-22%, материал корпуса выбран из ряда металлов, которые в паре с воздушным электродом имеют напряжение не ниже 0,5 В, нижняя кромка внешнего корпуса выступает за пределы воздушного электрода, при этом, отношение зазора между воздушным электродом и горизонтальной плоскостью, проходящей под нижней кромкой металлического корпуса, к высоте этого корпуса не превышает 0,15.
Указанная конструкция датчика позволяет контролировать протечку любой воды и обладает компактностью и простотой конструкции. Пропитка воздушного электрода водным раствором поваренной соли с концентрацией 2-22% обеспечивает нормальное функционирование воздушного электрода. Концентрация 2% является минимальным пределом диапазона для обеспечения работоспособности электрода. Концентрация 22% является физическим пределом растворения соли в пресной воде. Величина отношения величины зазора между воздушным электродом и горизонтальной плоскостью, проходящей по нижней кромке металлического корпуса, к высоте этого корпуса не более 0,15 обеспечивает чувствительность датчика к обнаружению очень низкого уровня поступающей воды, не превышающего 1-1,5 мм. Увеличение величины указанного отношения приведет к увеличению значения минимального уровеня воды, который может обнаружить датчик.
Целесообразно, чтобы газодиффузионный воздушный электрод был выполнен на основе активированного угля. Активированный уголь является широко доступным материалом и обладает достаточной активностью.
Целесообразно, чтобы ЭУДПВ был выполнен в виде цилиндра или параллелепипеда, что облегчает его монтаж на объекте.
Целесообразно, чтобы металлический корпус был открыт снизу. Это обеспечивает доступ воды к воздушному электроду ЭУДПВ.
Целесообразно, чтобы у нижней кромки в стенке металлического корпуса были выполнены вертикальные прорези. Указанные прорези служат для обеспечения беспрепятственного поступления воды к воздушному электроду
Целесообразно, чтобы воздушный электрод имел выпуклую вниз форму или плоскую форму, установленную с наклоном.. Такое выполненные воздушного катода предотвращает скапливание на поверхности электрода воздушных пузырьков, которые экранируют электрод и мешают функционированию электрода.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
На Фиг.1 - Разрез датчика дисковой формы с выпуклым вниз воздушным электродом и с завальцованными лепестками края корпуса.
На Фиг.2 - Разрез датчика дисковой формы с воздушным электродом, установленным с наклоном,
На Фиг.3 - Вид датчика по стрелке Фиг.1.
Могут быть разработаны разные варианты конструкции датчика согласно формуле полезной модели. На чертеже и его описании представлены два из них.
Датчик 1 содержит электрод - корпус 2, выполненный из металла, потенциал которого отличается от потенциала воздушного электрода. В корпус 2 вмонтирован корпус 3 из изоляционного материала, содержащий воздушную полость 4, в днище которого 5 герметично вмонтирован газодиффузионный воздушный электрод 5, имеющий выпуклую вниз форму (вариант - плоский электрод, установленный с наклоном 7). Отношение зазора «S» между воздушным электродом 6 и горизонтальной плоскостью, проходящей под нижним краем 8 металлического корпуса 2 к высоте этого корпуса «Н» не превышает 0,15. Нижний предел этого отношения равен 0,05. Вверху датчика металлический корпус 2 герметизирует воздушную полость 4. Внизу этот корпус выполнен без дна, а в нижнем его крае 9 его стенки 10 выполнены вертикальные прорези 11. Часть лепестков 12, образованных частями стенки 10 между прорезями 11, может быть завальцована на днище 5 корпуса 3 из изоляционного материала. К воздушному, электроду 6 присоединен токоотвод 13. К металлическому электроду корпусу 2 присоединен другой токоотвод 14.
Датчик работает следующим образом: Поступающая вода через прорези 11 проникает под воздушный электрод 6. Когда уровень воды поднимется на величину зазора «S», размер которого не превышает 1-1,5 мм, и коснется воздушного электрода 6, пресная вода приобретает соленость и становится электролитом. Датчик начинает вырабатывать ЭДС, которая через токоотводы 13 и 14 передается на пульт соответствующей службы. После ликвидации протечки, цепь по электролиту размыкается и генерирование ЭДС прекращается. При поступлении морской воды, датчик выдает сигнал также, как и при поступлении пресной воды. Приведенное описание работы датчика свидетельствует об его надежности и невозможности выдачи им ложных сигналов.
3
Датчик обладает простой конструкцией и низкой стоимостью. Его универсальность заключается в способности работать на воздухе и под водой, т.е. в затопленном состоянии, и генерировать ЭДС в контакте как с пресной, так и с морской водой, возможности реагировать на незначительное поступление воды, т.е. протечки. Он отличается миниатюрными габаритами: диаметр образца дисковой формы составляет 23 мм, а высота - 15 мм (объем 6,2 см).