ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ПРОТЕЧКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ
SENSOR FOR MONITORING LEAKAGE OF ELECTRICALLY CONDUCTIVE LIQUID

Изобретение относится к индикаторным, измерительным, регистрирующим устройствам, сигнализирующим о протечке токопроводящих жидкостей, а именно к датчикам для обнаружения присутствия токопроводящих жидкостей в среде газов, жидкостей, сыпучих материалах, а также может быть использовано в качестве элементов аварийной сигнализации.
Из уровня техники известен датчик протечки [RU 2675193, кл. G01N 27/00, 2018 г.]. Датчик выполнен 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, верхний и нижний защитные слои из капиллярно-пористого диэлектрического материала размещены, 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.
К недостаткам известной конструкции относится сложность монтажа на криволинейных поверхностях и в помещениях сложной формы, невозможность неразрушающего контроля состояния частей при эксплуатации и большое время сушки после протечки, также сложность изготовления, невозможность определения точного места протечки, для эффективного его устранения.
Также из уровня техники известен датчик протечки [RU 2662252, кл. G01M 3/16, F17D 5/02, 2018 г.]. Датчик содержит два проводника, каждый из которых выполнен в виде по крайней мере одной токопроводящей жилы, причем каждый из проводников помещен в токопроводящую оболочку, вокруг которой расположена водопроницаемая оболочка, а оба проводника скручены между собой в продольном направлении.
Недостатки известного устройства заключаются в том, что контроль состояния токопроводящих жил возможен только путем разрушения оболочек с их последующей заменой, после залива жидкость будет удерживаться внутри частей датчика и для просушки водонепроницаемых оболочек потребуется длительное время, а также в сложности изготовления многослойной структуры датчика, включающей сложное производство, нет достаточной гибкости для возможности прилегания к сложным, криволинейным поверхностям.
Из уровня техники известен электрический кабель для обнаружения присутствия жидкостей [RU 2725686, G01M 3/16 (2006.01)], выполненный из двух медесодержащих сплавов проводников, в сухих условиях электрически изолированных друг от друга с помощью изолирующего материала, а в присутствии жидкостей образующих замкнутую электрическую цепь. При этом изолирующим материалом является по меньшей мере одна бумажная оболочка, расположенная в виде спирали вокруг одного из проводников.
К недостаткам известной конструкции относится низкая механическая прочность проводников и изолирующего материала, невозможность многократного использования изолирующего материала, в качестве которого использована бумага, материал, заявленный в качестве проводников подвержен скорому окислению, недопустимость использования медных проводников на алюминиевой площадке в электротехнике, невозможность использования вблизи металлических поверхностей.
Наиболее близким к заявленному является датчик протечки [RU 197833, G01M 3/16, 2020 г.], содержащий текстильные ленты, выполненные с возможностью многократного расцепления и соединяющиеся между собой при помощи петельных, крючковых или грибовидных зацепов (в виде ленты Велкро), и электрический проводник в виде токопроводящих жил, размещенных между указанных зацепов между слоями текстильных лент. Токопроводящие жилы могут быть соединены напрямую, или через шаговые искатели с регистратором. Датчик протечки покрывает всю контролируемую поверхность, на которой может возникнуть протечка в варианте размещения текстильных лент со слоями зацепов и токопроводящими жилами по линиям ячеистой сети.
Известный датчик протечки не обладает широкими функциональными возможностями, т.к. может быть использован в ограниченной области из-за того, что лента с петельными, крючковатыми или грибовидными зацепами, в которой расположены токопроводящие жилы, обладает высокой жесткостью, не позволяющей ее применение с возможностью плотного прилегания к месту регистрации протечки, например, к трубчатым конструкциям, или в узких щелях и других труднодоступных местах.
Проблемой, на которую направлено изобретение, является разработка нового датчика протечки для обнаружения токопроводящей жидкости в различных средах, обладающего повышенными характеристиками, такими как: гибкость, прочность, минимальная толщина, большая протяженность, эффективность, простота эксплуатации и производства.
Техническим результатом изобретения является неограниченная область использования датчика контроля протечки электропроводящей жидкости, за счет использования токопроводящих нитей, минимизации его размеров, способности к многочисленным изгибам с возможностью придания ему сложной формы, прочности и многократному использованию.
Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что датчик контроля протечки электропроводящей жидкости выполнен в виде ленты ткацкого и/или швейного производства, окрашенной водорастворимой краской, содержащей, по меньшей мере, два канала разделенных швом, включающих электрические проводники, выполненные с возможностью их соединения с регистратором протечки и расположенные между слоями гигроскопичного диэлектрического материала, либо проложенные внутри сплетенного в форме 8 гидроскопичного материала. Использование красящего материала, изменяющего цвет при намокании, позволяет точно определить место протечки по окрашенному пятну на гигроскопическом диалектическом материале. Электрические проводники выполнены в виде токопроводящих нитей, проложенные в промежутке между разделяющими швами, скрепляющие слои гигроскопичного материала. Токопроводящие нити выполнены из стойкого к влаге и агрессивной среде материала, имеют высокую гибкость и стойкость к излому, не требующих дополнительной защиты от физического разрыва.
В качестве токопроводящей нити может быть выбрана нить, сплетенная из металлических волокон толщиной от 1 до 100 мкм, общей толщиной нити от 0,1 до 2 мм.
В качестве токопроводящей нити также может быть выбрана нить, сплетенная из углеродного волокна толщиной от 1 до 100 мкм количеством от 500 до 25000 волокон, общей толщиной нити от 0,1 до 2 мм.
В качестве слоев гигроскопичного диэлектрического материала преимущественно используют текстильный и/или нетканый материал из натуральных или синтетических волокон, обладающий возможностью его соединения швейным швом.
Разделяющий шов выполнен в виде стачного шва для текстильных материалов, путем иглопробивания или в виде термоскрепляющего шва для нетканых материалов из синтетических волокон.
Как правило, гигроскопичный диэлектрический материал выполнен в виде ленты.
Выполнение электрических проводников в виде токопроводящих нитей, из металла или из углеродного волокна обусловлено тем, что они обладают высокими физико-механическими и электрофизическими характеристиками, обладают малым весом и толщиной, являются гибкими и прочными, стойкими к агрессивным средам и изгибам, возможностью придания им сложной формы. Нити можно вшить в любую по толщине ткань или нетканый материал, что позволяет размещать датчик как на трубопроводах, в том числе на горизонтально расположенных, так и в узких щелях, образованных, например, между бетонными плитами, а также расположить на плоскости, например, в постельных принадлежностях или гигиенических изделиях. Токопроводящая нить гибкая и ее можно неоднократно завязывать и развязывать, облегчая тем самым процесс закрепления датчика на контролируемой поверхности.
Расположение токопроводящих нитей в промежутке между разделяющими швами, исключает соприкосновение токопроводящих нитей в процессе установки датчика на контролируемую поверхность, а также в процессе его использования.
Выбор в качестве гигроскопичного диэлектрического материала -текстильного и/или нетканого материала из натуральных или синтетических волокон обусловлено его доступностью, дешевизной и простотой изготовления, а также прочностью и простотой размещения в зоне определения мест протечки, что обеспечивает широкий диапазон использования датчика. Ткань и нетканый материал, обладая высокой стойкостью к изгибу и растяжению, в то же время легко режется, что позволяет соединять участки датчика между собой и присоединять его к контактам регистратора обычными саморезами, например, по металлу или обычным проколом иглой.
Общая толщина ленты с размещенными в ней токопроводящими нитями имеет минимальный размер менее 1 миллиметра - диаметр капроновой нити от 0,1 миллиметра, диаметр токопроводящей нити от 0,25 миллиметров. Вес ленты - от 1,5 грамма/1 погонный метр. Малый вес, малые размеры и прочность материала позволяют размещать и закреплять датчик в труднодоступных местах, таких как трещины/щели, в том числе бетонных и металлических конструкций, гибкость материала позволяет закреплять его на любых поверхностях, в том числе вертикальных, обычным узлом без опасения случайного соприкосновения между собой токопроводящих нитей. Датчик можно размещать в непосредственной близости от возможной протечки электропроводящей жидкости, что дает возможность обнаружить даже капельную течь заблаговременно и оповестить о возможной протечке до того, как произойдет «залитие». Простое соединение участков датчика обычными проводами в единую цепь позволяет избегать ложных срабатываний.
Свойства датчика позволяют использовать его в текстильных изделиях, например, таких как одежда, постельное белье, в том числе и специализированных, например, в медицине.
Пористость материала и отсутствие больших по толщине токопроводящих элементов, при использовании датчика при закладке его в бетон или другие материалы во время производства не ослабляют конструкцию, при этом материал датчика может являться дополнительным армирующим элементом.
Кроме того, датчик можно укладывать отдельными участками в виде сетки под любое основание, например, постельное белье, без значительной его деформации, что также позволяет контролировать и большие поверхности.
После устранения протечки, датчик можно использовать повторно, сразу после его высыхания. Так как используется тонкий материал, то процесс высыхания происходит в течение нескольких часов при естественном высыхании или за несколько минут при обдуве, а при использовании капрона - обычной протиркой или продувом. Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен общий вид датчика на примере размещения двух токопроводящих нитей 1 и 2, разделенных швами 8, скрепляющими слои 4 и 5;
на фиг 2 - пример размещения датчика вокруг нескольких вертикально расположенных трубопроводов, подсоединенных к регистратору 3;
на фиг. 3 - размещения датчика в щели;
на фиг. 4 - представлен общий вид датчика с токопроводящими нитями, расположенными внутри сплетенного в форме 8 гидроскопичного материала, окрашенного водорастворимой краской.
Датчик контроля протечки электропроводящей жидкости включает электрические проводники в виде токопроводящих нитей 1 и 2 из токопроводящих волокн. Токопроводящие нити 1 и 2 выполнены с возможностью их соединения с регистратором 3 протечки (на фиг. 2). Токопроводящие нити 1 и 2 проложены между слоями 4 и 5 гигроскопичного материала в промежутках 6 и 7, образованных разделяющими швами 8. Для текстильных материалов разделяющий шов 8 выполняют в виде стачного шва, путем иглопробивания, который скрепляет два слоя 4 и 5 между собой, например, с помощью швейной машинки. Для нетканых материалов, изготовленных из синтетических полимерных волокон, разделяющий шов 8 выполнен в виде термоскрепляющего шва. Метод плетения, в форме 8 (фиг.4), конструктивно обеспечивает защиту от непреднамеренного замыкания токопроводящих нитей между собой и токопроводящими поверхностями в зоне расположения.
Датчик контроля протечки электропроводящей жидкости работает следующим образом.
В зависимости от зоны контроля датчик контроля протечки может быть выполнен как в виде узкой ленты, например, для определения протечки трубопроводов (фиг. 2) или для расположения внутри трещины/щели (фиг. 3), а также в виде широкой ленты, если требуется определить протечку на поверхности. Минимальная ширина ленты зависит от выбранной электропроводящей нити 1 и 2 (толщина которой варьируется от 0,1 мм до 2 мм), так и от толщины материала. Возникновение течи на контролируемой поверхности приводит к намоканию слоев 4 и 5 гигроскопичного материала и появлению электропроводимости между токопроводящими нитями 1 и 2, а, следовательно, значительному уменьшению сопротивления электрической цепи между токопроводящими нитями 1 и 2. При подаче электрического напряжения на токопроводящие нити 1 и 2, происходит усиление текущего электрического тока по токопроводящим нитям 1 и 2, позволяя тем самым зафиксировать факт возникновения утечки.
Вышеприведенные варианты использования датчика контроля протечки электропроводящей жидкости используются только для иллюстрации настоящего изобретения, не ограничивают заявленное техническое решение и могут быть осуществлены в других конкретных формах в пределах формулы изобретения. В качестве токопроводящей нити могут быть использованы нити из другого материала, например, из меди, а сами нити могут быть вшиты не только в ленту, но и, например, в полотно или в гигиеническое изделие. Разделяющие швы для нетканых материалов могут быть как термоскрепляющими, так и стачными.
В настоящее время изготовлен опытный образец датчика контроля протечки электропроводящей жидкости, который прошел испытания на разных объектах с положительными результатами и готовится к серийному производству.