Датчик утечек электропроводящих жидкостей
ELECTRIC CONDUCTIVITY LIQUIDS LEAKAGE SENSOR

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к индикаторным, регистрирующим и сигнальным устройствам, приводимым в действие электрическими средствами, и может быть использовано в качестве датчика для определения места утечек воды и других электропроводящих жидкостей.
Известно устройство [RU 2312954, C1, Е03С 1/00, F24D 19/10, 20.12.2007], включающее горизонтально расположенную перфорированную пластину, датчик уровня воды и емкость с открытым верхом, причем размеры горизонтального сечения емкости меньше размеров перфорированной пластины, емкость прикреплена к перфорированной пластине снизу со смещением к краю, на дне емкости имеется отверстие, а внутри емкости имеются датчик воды и сифон, при этом сгиб сифона находится выше датчика уровня воды, на перфорированной пластине отверстия располагаются так, что, как минимум, одно из них находится над емкостью, на верхней части перфорированной пластины устроен бортик, имеющий замкнутый контур, охватывающий все отверстия, кроме тех, что расположены над емкостью, или желобок, имеющий замкнутый контур, охватывающий все отверстия, кроме тех, которые находятся над емкостью и на одном из которых желобок замыкается.
Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его для протяженных объектов, например трубопроводов.
Кроме того, известно устройство [RU 25222, U1, G01M 3/10, G01M 3/26, 20.09.2002], включающее резервуар и размещенный в нем чувствительный элемент, который выполнен в виде штанги, на которой смонтированы высокоточный ультразвуковой регистратор изменения уровня продукта, датчики измерения температуры, датчик уровня подтоварной воды и электронный блок, связанный с компьютером, обеспечивающим программное тестирование зависимости температурных слоев жидкости и ее уровня.
Недостатком этого устройства являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно предназначено для определения утечек из резервуаров и его применение для протяженных объектов, например трубопроводов, функционально ограничено.
Известен также сенсорный, автоматический, электронный датчик воды [RU 99156, U1, G01M 3/10, G01M 3/26, 10.11.2010], содержащий защитную трубку с подпятником из искробезопасного металла со встроенными в него концевыми электродами, соединенными через провода с электронным индикатором, содержащим электронную схему, светодиод и звуковой сигнализатор, подключенными к источнику питания и размещенными на приборной панели.
Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно предназначено для индикации наличия воды в емкости без возможности определения места нахождения воды, что функционально ограничивает его применение для протяженных объектов, например трубопроводов.
Помимо указанных выше, известен датчик утечек электропроводящих жидкостей [RU 2545485, C1, G01F 23/18, 10.04.2015], содержащий два проводника, каждый из которых выполнен в виде по крайней мере одной токопроводящей жилы, соединенные с электронным индикатором, причем электронный индикатор выполнен в виде измерителя сопротивления, каждый из проводников помещен в токопроводящую оболочку из электропроводной полимерной композиции, а между токопроводящими оболочками и вокруг них расположена водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала.
s
3
К особенностям этого технического решения относится то, что в качестве электропроводной полимерной композиции, используемой для токопроводящей оболочки, может быть применена композиция на основе полиолефинов и сажи в соотношении от 4:1 до 1:3, в качестве водопроницаемой оболочки из капиллярно-пористого материала может быть использована или крученая стеклонить, или стеклоровинг, токопроводящая оболочка из электропроводной полимерной композиции может быть выполнена с поверхностным сопротивлением R в диапазоне 1-10 Ом, водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала может быть выполнена или в виде сплошной протяженной конструкции, или в виде жгута из капиллярно-пористых волокон, который намотан на проводники, помещенные в токопроводящие оболочки из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок.
Недостатком устройства является низкая чувствительность датчика, которая обусловлена, в частности, относительно малыми размерами того протяженного участка в оболочке из капиллярно-пористого материала, где она находится на минимальном расстоянии от токопроводящих оболочек проводников.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство [US 3662367, A, G01F 23/18, 09.05.1972], содержащее два проводника, каждый из которых выполнен в виде по крайней мере одной токопроводящей жилы, соединенные с электронным индикатором, причем электронный индикатор выполнен в виде измерителя сопротивления, а каждый из проводников помещен в изолированную оболочку, причем проводники скручены между собой в продольном направлении, вдоль которого изолированная оболочка на проводниках имеет малые периодически размещенные участки, разделяющие токоведущие жилы проводников древесной целлюлозой.
Недостатком наиболее близкого технического решения являются низкие чувствительность и точность датчика, которая обусловлена, в частности, относительно большой периодичностью и относительно малыми размерами участков, разделяющих токоведущие жилы проводников древесной целлюлозой. Изготовление оболочки с включением малых участков с древесной целлюлозой усложняет устройство. Относительно низкая точность известного технического решения обусловлена и возможностью случайных и ложных срабатываний на отдельных участках, где, например, заранее известно о возможности незначительных протечек, а также за счет возможности неограниченного распространения жидкости из протечек вдоль датчика на неопределенные расстояния и за счет неточной зоны контроля на важных участках, в частности, в помещениях сложной формы.
Задача, которая решается в предложенном изобретении, заключается в разработке датчика, обладающего повышенной чувствительностью, точностью и простотой конструкции.
Требуемый технический результат заключается в улучшении качественных характеристик датчика, в частности точности, за счет уменьшения случайных и ложных срабатываний на отдельных участках, где, например, заранее известно о возможности незначительных протечек, за счет уменьшения возможности неограниченного распространения жидкости из протечек вдоль датчика на неопределенные расстояния, а также за счет уточнения (например, расширения) зоны контроля на важных участках, в частности, в помещениях сложной формы.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем два проводника, каждый из которых выполнен в виде по крайней мере одной покрытой оболочкой токопроводящей жилы, соединенные с электронным индикатором, выполненным в виде измерителя сопротивления, при этом проводники скручены между собой в продольном направлении, согласно изобретению оболочки токопроводящих жил проводников выполнены токопроводящими, вокруг которых расположена водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала, причем скрученные между собой в продольном направлении два проводника, каждый из которых помещен в токопроводящую оболочку, вокруг которой расположена водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала, защищены на отдельных участках внешним водонепроницаемым изолирующим покрытием, водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала выполнена с отводами и/или дополнительными присоединениями к ней из аналогичного материала, а вдоль водопроницаемой оболочки из капиллярно-пористого материала выполнены участки, ограниченные по краям поперечными пластинами или поперечными ограничивающими тонкими включениями из водонепроницаемых электроизолирующих материалов.
На чертежах представлена конструкция датчика утечек электропроводящих жидкостей:
- на фиг. 1 - конструкция датчика из двух проводников (каждый из которых помещен в токопроводящую оболочку, вокруг которой расположена водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала), скрученных между собой в продольном направлении;
- на фиг. 2 - датчик с внешним водонепроницаемым изолирующим покрытием на отдельных участках;
- на фиг. 3 - датчик, в котором на отдельных участках выполнены отводы или дополнительные присоединения к водопроницаемым оболочкам из аналогичного материала;
- на фиг. 4 - датчик, в котором у обоих проводов и электропроводная оболочка, и размещенная поверх нее капиллярно-пористая оболочка выполняются стандартными способами покрытия оболочками круглых в диаметре проводов, а последующее соединение их в продольном направлении производится с помощью скрепляющей нити.
На чертеже обозначены:
1 - проводники;
2 - токопроводящая оболочка проводников;
3 - водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала;
4 - электронный индикатор в виде измерителя сопротивления;
5 - внешнее водонепроницаемое изолирующее покрытие;
6 - отводы и дополнительные присоединения к оболочкам из капиллярно-пористого материала;
7 - скрепляющая нить.
Датчик утечек электропроводящих жидкостей содержит два проводника 1, каждый из которых выполнен в виде по крайней мере одной токопроводящей жилы, соединенные с электронным индикатором 4, выполненным в виде измерителя сопротивления, причем каждый из проводников 1 помещен в токопроводящую оболочку 2, вокруг которой расположена водопроницаемая оболочка 3 из капиллярно-пористого материала
Главной особенностью датчика утечек электропроводящих жидкостей является то, что оба проводника 1, каждый из которых помещен в токопроводящую оболочку 2, вокруг которой расположена водопроницаемая оболочка 3 из капиллярно-пористого материала, скручены между собой в продольном направлении.
Для улучшения качественных характеристик датчика и исключения влияния случайных и ложных срабатываний на отдельных участках, где, например, заранее известно о возможности незначительных протечек, скрученные проводники в токопроводящих оболочках, вокруг которых расположены водопроницаемые оболочки, защищены на отдельных участках внешним водонепроницаемым изолирующим покрытием. Кроме того, водопроницаемая оболочка из капиллярно-пористого материала предварительно может быть пропитана в растворе жидкого электролита (кислота, щелочь, поваренная соль) и тщательно просушена. В результате на поверхности и внутри водопроницаемой оболочки будут внедрены (вкраплены) частицы сухого вещества, которое при соприкосновении с жидкостью снова превращается в жидкий электролит, что повышает электропроводность проникающей жидкости. Это повышает чувствительность и точность датчика. К дополнительным усовершенствованиям можно отнести возможность расширения зоны контроля путем выполнения водопроницаемых оболочек из капиллярно-пористого материала с отводами или дополнительными присоединениями к этим оболочкам из аналогичного материала. Еще одним возможным усовершенствованием датчика может служить размещение вдоль водопроницаемой оболочки из капиллярно-пористого материала у обоих проводников поперечных пластин или поперечных ограничивающих включений из водонепроницаемых электроизолирующих материалов. Тогда жидкость из протечек не сможет распространяться вдоль датчика на неопределенные расстояния, что повышает точность датчика относительно определения места протечки. Кроме того, возможно упрощение технологии изготовления датчика без ухудшения его чувствительности, при котором используется вариант выполнения датчика, когда у обоих проводов и электропроводная оболочка, и размещенная поверх нее капиллярно-пористая оболочка выполняются стандартными способами покрытия оболочками круглых в диаметре проводов с последующим их соединением вплотную и обвитием в продольном направлении неэлектропроводной скрепляющей нитью. Это существенно упрощает технологию изготовления датчика без ухудшения его чувствительности за счет использования нити малого диаметра.
Используется датчик утечек электропроводящих жидкостей следующим образом.
Учитывая, что концы проводников 1 с одной стороны соединены с электронным индикатором 4, выполненным в виде измерителя сопротивления (или напряжения), а с другой стороны электроизолирующими заглушками, предохраняющими измерительный контур от короткого замыкания (на чертеже не показан) при использовании датчика наблюдаются следующие процессы.
При попадании электропроводящей жидкости на поверхность водопроницаемой оболочки 3 из капиллярно-пористого материала за счет капиллярного механизма жидкость впитывается в подобный материал и передается (перемещается) в область ближе к проводникам 1, помещенным в токопроводящую оболочку 2, например, из электропроводной полимерной композиции. В конечном итоге вода достигает токопроводящих оболочек 2 обоих проводников и создает электропроводящий мостик-контакт между ними. Вследствие этого изменяется непрерывно измеряемое электрическое сопротивление между токопроводящими проводниками 1 и детектируется сам факт появления воды, а при известном погонном сопротивлении проводников может быть примерно определено и место утечки токопроводящей жидкости.
В качестве электропроводной полимерной композиции, используемой для токопроводящей оболочки 2, может быть использована композиция на основе полиолефинов и сажи в соотношении от 4:1 до 1:3, в качестве водопроницаемой оболочки 3 из капиллярно-пористого материала используется или крученая стеклонить, или стеклоровинг, которые обеспечивают проникновение жидкостей, а также выполняют роль огнезащитной оболочки, предохраняющей кабель от распространения по нему огня в случае пожара.
Поскольку проводники 1, каждый из которых помещен в токопроводящую оболочку 2, вокруг которой расположена водопроницаемая оболочка 3 из капиллярно-пористого материала, скручены между собой в продольном направлении, то протяженность участка в оболочке 3 из капиллярно-пористого материала, где она находится на минимальном расстоянии от токопроводящих оболочек 2 проводников 1, существенно больше, чем у известного устройства. Это позволяет обеспечить достижение требуемого технического результата, заключающегося в повышении чувствительности датчика.
Для исключения влияния случайных и ложных срабатываний на отдельных участках, где, например, заранее известно о возможности незначительных протечек, датчик (скрученные проводники в токопроводящих оболочках, вокруг которых расположена водопроницаемая оболочка), может быть защищен на отдельных участках внешним водонепроницаемым изолирующим покрытием 5 (фиг. 2).
Кроме того, водопроницаемая оболочка предварительно может быть пропитана в растворе жидкого электролита (кислота, щелочь, поваренная соль) и тщательно просушивается. В результате на поверхности и внутри водопроницаемой оболочки будут внедрены (вкраплены) частицы сухого вещества, которое при соприкосновении с жидкостью снова превращается в жидкий электролит, что повышает электропроводность поникающей жидкости. Это повышает чувствительность и точность датчика.
Зона контроля датчика может быть существенно увеличена путем выполнения водопроницаемых оболочек из капиллярно-пористого материала с отводами или дополнительными присоединениями 6 к этим оболочкам из аналогичного материала (фиг. 3).
Еще одним возможным усовершенствованием датчика может служить выполнение вдоль водопроницаемой оболочки из капиллярно-пористого материала участков, ограниченных по краям поперечными пластинами или тонкими включениями из водонепроницаемых электроизолирующих материалов. Тогда жидкость не сможет распространяться вдоль датчика (водопроницаемой оболочки из капиллярно-пористого материала) на неопределенные расстояния, что повышает точность датчика относительно определения места утечки жидкости.
Кроме того, возможен вариант выполнения датчика, когда у обоих проводов и электропроводная оболочка, и размещенная поверх нее капиллярно-пористая оболочка выполняются стандартными способами покрытия оболочками круглых в диаметре проводов, а последующее соединение их в продольном производится с помощью скрепляющей нити (фиг. 4). Это упрощает технологию изготовления датчика, поскольку исключается операция скручивания проводов в оболочках.
Преимуществом предложенного датчика является возможность его использования в помещениях сложной формы. Он может быть использован на потолках, полу, стенах, как при горизонтальном, так и при вертикальном размещении при различных модификациях выполнения. Так, например, для труднодоступных мест могут быть использованы отводы или дополнительные присоединения к капиллярно-пористой оболочке из аналогичного материала. При пересечении мест, где жидкость используется в соответствии с технологическими требованиями к помещению или оборудованию, предусмотрена возможность прикрытия соответствующих участков датчика водонепроницаемым покрытием. Если датчик размещен вертикально, то может быть использован вариант с поперечными пластинами или поперечными ограничивающими тонкими включениями из водонепроницаемых электроизолирующих материалов в капиллярно-пористой оболочке, поэтому первый верхний из таких участков приведет к срабатыванию датчика, что позволяет установить место утечки жидкости именно на потолке.
Предложенный датчик обладает и существенным преимуществом, которое касается технологии изготовления, поскольку и электропроводная оболочка, и размещенная поверх нее капиллярно-пористая оболочка выполняется стандартными способами покрытия круглых в диаметре проводов, в отличие, например, от датчика, выбранного в качестве прототипа, где необходимо использовать дополнительные технологические приемы и оснастку для покрытия пары параллельных проводов в электропроводной оболочке капиллярно-пористой оболочкой.
Кроме того, возможен вариант выполнения датчика, когда у обоих проводов и электропроводная оболочка, и размещенная поверх нее капиллярно-пористая оболочка выполняются стандартными способами покрытия оболочками круглых в диаметре проводов, а последующее соединение их в продольном производится с помощью скрепляющей нити.
В качестве скрепляющей нити может быть использовано стекловолокно с диаметром 0,2 мм и шагом намотки 10 мм или нить (узкая лента) из неэлектропроводящего материала - синтетическая, базальтовая, хлопчатобумажная, лен и т.п.
Это существенно упрощает технологию изготовления датчика без ухудшения его чувствительности за счет использования нити малого диаметра.
Таким образом, предложенный датчик позволяет достичь требуемого технического результата, заключающегося в улучшении качественных характеристик, в частности точности, за счет уменьшения случайных и ложных срабатываний на отдельных участках, где, например, заранее известно о возможности незначительных протечек, за счет уменьшения возможности неограниченного распространения жидкости из протечек вдоль датчика на неопределенные расстояния, а также за счет уточнения (например расширения) зоны контроля на важных участках, в частности, в помещениях сложной формы.