АВТОНОМНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР ПРЕДЕЛЬНОГО УРОВНЯ МОРСКОЙ И ПРЕСНОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к электротехнике, конкретно к датчикам аварийного уровня забортной морской или пресной воды в судах морского, речного и озерного плавания и заданного верхнего уровня воды в резервуарах пресной воды в системе водоснабжения, использующих для индикации уровня электрохимическую реакцию между электродами.
Контроль аварийного уровня забортной воды в судах датчиками способствует непотопляемости судов. Для предотвращения аварий на судах вследствие течи наружной обшивки необходимо регулярно каждую вахту делать замеры воды в льялах (Наставление по предупреждению аварий и борьбе за живучесть судов флота рыбной промышленности СССР, стр.17, п.2.3.8., и стр.29, п.2.8.7., Ленинград, «Транспорт», Ленинградское отд., 1983). Особое значение имеет контроль за поступлением воды от максимально допустимого до аварийного уровня. На судах, оборудованных системой аварийно-предупредительной сигнализации (АПС), должен контролироваться и фиксироваться уровень воды в льяльных колодцах и
туннелях водопроводов. Для сигнализации о максимально допустимом уровне воды, должен быть установлен отдельный датчик сигнализация на панели АПС, по срабатыванию которой можно было бы однозначно определить трюм, в который поступила вода. В связи с этим возникает необходимость установки датчиков автоматического дистанционного контроля в каждой секции судна, отделенной водонепроницаемыми переборками.
В речных судах контролируется максимальный уровень воды в трюмах, машинных и пассажирских помещениях (Российский речной регистр, Правила, том 3, М., По Волге, 2002 г., стр.138,. табл.12.5.2).
В автоматизированных системах водоснабжения предусмотрена сигнализация о верхнем уровне воды в резервуарах (Справочник проектировщика «Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий» М., Стройиздат, 1977 г., стр.247).
Известен индикатор давления, который может быть использован как индикатор уровня. Он содержит корпус, в полости которого размещен плунжер в виде стакана с фланцем из электропроводящего материала. Внутри стакана размещена пружина сжатия с упором одним концом на дно стакана и другим концом на регулировочный винт. Стакан герметизирован относительно корпуса посредством упругого сильфона. На корпусе установлена крышка из диэлектрического материала, на торце которой, обращенным в сторону фланца стакана, установлены два электроконтакта. При повышении давления в полости корпуса стакан перемещается, преодолевая усилия, обусловленные жесткостью сильфона и пружины. При достижении определенного давления происходит замыкание электроконтактов фланцем стакана и включается система сигнализации (патент РФ №2084849 С1, кл. G01L 19/12, 1997). Недостатки данного индикатора заключаются в сложности конструкции и в необходимости электропитания от внешнего источника.
Известен датчик уровня воды мембранного типа, в котором мембрана, закрывающая герметичный корпус с электроконтактами, под давлением столба воды преодолевает усилие уравнительной пружины и через изоляционный шток включает контакты электрической цепи, которая посылает сигнал о достижении максимального предельного уровня воды (патент РФ №2078880, Кл. Е03В 11/12, Е04Н 12/30, 1997).
Конструкция этого датчика также является сложной. Существенный недостаток заключается в необходимости питания электрической цепи датчика от внешнего источника.
Из известных датчиков уровня наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является датчик уровня, который состоит из диэлектрического корпуса, двух плоских электродов, разделенных влагопроницаемой прокладкой из материала, выполненного из диэлектрического материала - гипса с добавлением соды или соли, и источника тока, подающего на электроды напряжение 9-24 В. При попадании пресной, неэлектропроводящей воды на прокладку она превращается в носитель солевого электролита, электрическая цепь замыкается и подается сигнал на приемно-контрольный прибор (патент РФ №72859, А62С 39/00 от 2007 г.).
Недостатком этого известного датчика, выбранного в качестве прототипа, является его сложность, связанная с наличием источника питания, подключенного к электродам, и его низкая надежность, связанная с возможностью передачи ложных сигналов из-за выпадении росы, а также из-за возможности образования конденсата при повышенной влажности воздуха.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции, повышение надежности функционирования за счет исключения внешнего источника питания.
Указанный технический результат достигается тем, что автономный электрохимический индикатор предельного уровня морской и пресной воды
включает корпус, в котором размещены электроды, при этом, корпус выполнен из двух частей верхней и нижней, разделенных эластичной мембраной, верхний корпус выполнен из металла, внутри которого размещена воздушная камера из изоляционного материала с горизонтально расположенным воздушным газодиффузионным электродом, корпус частично заполнен солевым электролитом, нижний корпус предназначен для заполнения водой, уровень которой контролируется индикатором.
Целесообразно, чтобы верхний корпус был выполнен из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода, при этом, верхний и нижний корпуса электрически изолированы друг от друга.
Выполнение верхнего корпуса из металла с потенциалом отличающимся от потенциала воздушного электрода, позволяет получить необходимый электрический сигнал при работе индикатора и одновременно упрощает технологический выбор металла при изготовлении индикатора.
Индикатор данной конструкции отличается простотой, надежностью и не требует внешнего источника питания.
Целесообразно, чтобы воздушный электрод имел выпуклую вниз форму, либо был выполнен плоским и наклонен относительно плоскости мембраны. Такое выполнение воздушного электрода предотвращает блокирование его поверхности газовыми пузырями.
Целесообразно, чтобы в качестве электролита был использован водный раствор поваренной соли концентрацией 2-10 мас.%. Указанный раствор электролита обладает низкой стоимостью и достаточной электропроводностью. Нижний предел содержания соли в водном растворе - 2% гарантировано обеспечивает работоспособность индикатора, а превышение верхнего предела свыше 10% приведет к бесполезному увеличению расхода соли.
Целесообразно, чтобы воздушная камера была снабжена в верхней части патрубком. Это предотвращает попадание влаги на воздушный электрод и блокирование его рабочей поверхности.
Целесообразно, чтобы нижний корпус был снабжен не менее чем двумя отверстиями. Наличие двух и более отверстий обеспечивает заполнение полости нижнего корпуса водой.
Целесообразно, чтобы вокруг воздушной камеры по осевой линии верхнего корпуса был размещен кожух с каналом в нижней части. Кожух предотвращает выработку ложного сигнала о предельной величине контролируемого уровня воды при качке судна, канал в нижней части служит для доступа электролита к поверхности воздушного электрода, а отверстие в верхней части предотвращает образование воздушных пробок при подъеме уровня электролита,
Целесообразно, чтобы верхняя часть верхнего корпуса была снабжена патрубком. Это предотвращает образование воздушных пробок или разряжения воздуха в корпусе при изменении уровня электролита.
Целесообразно, чтобы под мембраной был размещен ограничитель в качестве препятствия прогибу мембраны вниз при поступлении контролируемой воды ниже уровня ограничителя. Препятствие прогибу мембраны вниз предотвращает ее растягивание и увеличивает продолжительность службы.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием ее конструкции.
Фиг 1. - устройство индикатора с залитым электролитом;
Фиг.2 - уровень воды достиг предельной величины;
Индикатор 1 состоит из вертикально установленного нижнего металлического или пластмассового корпуса 2, внутренняя полость которого 3 является приемником пресной или морской воды, предельный уровень которой в судне или резервуаре контролируется индикатором. К корпусу 2
герметично присоединен верхний корпус 4, выполненный из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода, например, из нержавеющей стали, который является анодом индикатора, а его внутренняя заливная полость 5 - анодной. Между корпусами помещена мембрана 6 из изоляционного эластичного материала, под ней расположен ограничитель из изоляционного материала 7, в средней части которого имеются отверстия 8, В верхнюю часть верхнего металлического корпуса 4 помещена пластмассовая камера 9 с герметичной плоскостью стыка с фланцем 10 металлического корпуса 4. В дно 11 пластмассовой камеры 9 герметично вмонтирован катод - выпуклый газодиффузионный воздушный электрод 12 (вариант - наклоненный плоский электрод). Внутренний объем пластмассовой камеры 9 образует воздушную полость 13, необходимую для работы катода. К пластмассовой камере присоединен патрубок 14. Заливная анодная полость 5 верхнего корпуса 4 сообщается с другим патрубком 15. Оба патрубка закрыты защитным колпаком 16, присоединенным к фланцу 10 верхнего металлического корпуса 4 через фланец 17 пластмассовой камеры 9. Провод - токовывод 18 воздушного электрода 12 герметично выведен через пластмассовую камеру во внутрь защитного колпака 16, из которого выведен из индикатора через прорезь 19 колпака. Колпак электрически изолирован от верхнего металлического корпуса 4 Провод - токовывод 20 верхнего металлического корпуса 4 присоединен к наружной стороне этого корпуса неразъемным соединением. Вокруг воздушной камеры 9 размещен пластмассовый кожух 21 с каналом 22 в нижней части и отверстием 23 в верхней части. Вода, предельный уровень которой фиксируется индикатором, поступает в нижний корпус через отверстия 24.
Солевой электролит 25, которым является 2-10% водный раствор поваренной соли, размещается в анодной полости 5 верхнего корпуса 4 над мембраной 6. В качестве электролита также может быть использована морская вода. Индикатор снабжен устройством для дозирования и заправки электролитом (на чертеже не показано).
Индикатор работает следующим образом: первоначально в индикатор заливается электролит 25 до уровня 26. При работе индикатора вода 27, предельный уровень которой фиксируется индикатором, через отверстия 24 поступает в приемную полость 3 нижнего корпуса 2,
проникает через отверстия 8 ограничителя 7 и оказывает давление на мембрану 6. При возникновении давления воды, она выгибает мембрану наверх, которая поднимает электролит 25, При подъеме электролита до порогового уровня 28, он омывает поверхность воздушного электрода 9, и индикатор вырабатывает электродвижущую силу (ЭДС), являющейся сигналом о достижении предельного уровня воды. При этом, канал 22 кожуха 21 предотвращает искажение результата из-за захлестывания электрода электролитом при качке судна, а расположение канала по осевой линии верхнего корпуса 4 обеспечивает поступление к поверхности электрода части электролита, находящейся на средней высоте массы электролита. Следует отметить, что при использовании индикатора в условиях спокойной воды, например, в резервуарах, необходимость в кожухе отпадает. При дальнейшем подъеме воды выше уровня индикатора, он продолжает вырабатывать сигнал. При этом, проникновению воды в воздушную полость индикатора препятствует компрессия воздуха в колпаке 16, в котором уровень воды определяется статическим давлением воды в нем. По такой же причине, вода не проникает и в заливную анодную полость.
При снижении уровня воды ниже предельного уровня 28, давление воды падает, тяжесть массы электролита воздействует на мембрану, которая выпрямляется и ложится на ограничитель. Электролит перестает омывать воздушный электрод, электрохимическая реакция прекращается и индикатор перестает вырабатывать ЭДС, что является сигналом о снижении уровня воды ниже предельного.
Индикатор генерирует электрический импульс за счет активации соленой водой, отличается простотой конструкции и высокой надежностью,
поскольку он работает при попадании простейшего электролита - соленой воды на электроды без использования каких-либо внешних вспомогательных систем, а при отсутствии электролита на одном из электродов перестает работать. Индикатор электробезопасен для практической эксплуатации: он не требует электропитания от внешнего источника; напряжение передаваемого индикатором электрического сигнала не превышает 1,5 В, а ток составляет микроамперы.
Применением в индикаторе в качестве рабочего компонента солевого раствора достигается универсальность прибора в части его использования как в соленой, так и в пресной воде, например, при плавании судна в море с заходом в устьевой порт на реке.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный автономный электрохимический индикатор предельно допустимого уровня морской и пресной воды может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию «промышленная применимость».