ДАТЧИК УТЕЧКИ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2002 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от загрязнения и может быть использовано для обнаружения утечки жидких нефтепродуктов в грунт.

Известен датчик утечки жидких нефтепродуктов (Европейский патент 306183, кл. С 01 N 27/12), представляющий собой два или более проводников-электродов, окруженных слоем полимерного материала - политетрафторэтилена, который имеет пористую структуру с вкраплениями углерода и в отсутствие жидкого нефтепродукта представляет собой диэлектрик с невысоким удельным сопротивлением. В присутствии жидкого нефтепродукта последний заполняет поры полимера и значительно увеличивает его удельное сопротивление. В результате электрическое сопротивление между электродами возрастает, что может быть зарегистрировано подключенным к электродам измерителем сопротивления - омметром.

Основной недостаток известного датчика - это его малопригодность для обнаружения утечек жидких нефтепродуктов во влажный грунт. При расположении известного датчика во влажном грунте влага заполняет поры полимера, после чего вытеснение ее жидким нефтепродуктом становится проблематичным. Кратность изменения сопротивления между электродами у известного датчика даже в идеальных условиях не превышает нескольких раз, а при расположении его во влажном грунте она становится еще меньше, что недостаточно для достоверного обнаружения небольших утечек.

В предлагаемом устройстве решается техническая задача по созданию датчика утечки жидких нефтепродуктов, который при расположении во влажном грунте обеспечивает надежное и достоверное обнаружение сравнительно небольших (до нескольких литров) локальных утечек жидких нефтепродуктов вблизи места установки датчика.

Для решения поставленной задачи в датчике утечки жидких нефтепродуктов, содержащем два или более электродов, по крайней мере один из которых окружен слоем диэлектрика, упомянутый слой по крайней мере частично выполнен из материала, растворимого в жидких нефтепродуктах. В качестве материала, растворимого в жидких нефтепродуктах, может быть использован битум.

На фиг. 1-4 представлены различные варианты конструкции предложенного датчика. В простейшем случае предлагаемый датчик содержит два электрода 1 и 2 (фиг. 1). Электрод 1 окружен слоем 3 растворимого в жидких нефтепродуктах диэлектрика, например, слоем битума. Провода 4 служат для подключения электродов 1 и 2 к измерителю сопротивления. Оба электрода размещены в грунте 5.

Более компактным и удобным в эксплуатации является датчик, показанный на фиг. 2. Он содержит диэлектрическую пластину 6, на противоположных поверхностях которой расположены электроды 1 и 2, выполненные в виде электропроводящих покрытий. Поверх электродов нанесен слой 3 растворимого в жидких нефтепродуктах диэлектрического материала. В частности, диэлектрическая пластина 6 может быть выполнена из гетинакса, электроды 1 и 2 - из медной фольги, наклеенной на поверхности гетинаксовой пластины. Слой 3 растворимого в жидких нефтепродуктах диэлектрического материала может быть нанесен на поверхности диэлектрической пластины 6 вместе с расположенными на ней электродами 1 и 2 путем окунания этой пластины в битумный лак.

Более надежным в эксплуатации является датчик, показанный на фиг.3. Датчик содержит две диэлектрические пластины 7 и 8, установленные друг против друга. В пластине 7 выполнены отверстия 9. На поверхности пластины 8 расположены электроды 1 и 2, выполненные в виде электропроводящих покрытий, на которые нанесен слой растворимого в жидких нефтепродуктах диэлектрического материала. Зазор между пластинами 7 и 8 заполнен пористым гигроскопичным материалом, например, прокладкой 10 из ткани, сложенной в несколько слоев. Датчик, изображенный на фиг. 4, отличается от описанного выше тем, что электрод 2 с нанесенным на него слоем 3 растворимого в жидких нефтепродуктах диэлектрического материала расположен на поверхности пластины 8, обращенной к поверхности пластины 7, на которой расположен электрод 1 с нанесенным на него слоем 3 растворимого в жидких нефтепродуктах диэлектрического материала. При этом в пластине 8 могут быть выполнены отверстия 11. В двух последних случаях (фиг.3 и 4), пластины 7 и 8 механически скреплены между собой и вместе с электродами 1 и 2, прокладкой 10, а также проводами 4 образуют жесткую конструкцию датчика, который размещается в грунте 5. При закапывании датчика в грунт слой диэлектрика 3 не может быть поврежден, так как он защищен диэлектрическими пластинами 7 и 8.

Датчик, изображенный на фиг.1, работает следующим образом. В исходном состоянии сопротивление между электродами 1 и 2 велико и определяется сопротивлением слоя 3 диэлектрического материала. При попадании в грунт жидкого нефтепродукта, например, бензина, последний растекается, захватывая область расположения датчика. При этом слой 3 диэлектрика, окружающего электрод 1, хотя бы частично растворяется. Сопротивление между электродами 1 и 2 резко уменьшается, так как определяется теперь, в основном, сопротивлением контакта электрода 1 с влажным грунтом, что может быть зарегистрировано измерителем сопротивления, подключенным к проводам 4. Влажный грунт выполняет роль проводника, соединяющего между собой электроды 1 и 2 после разрушения слоя 3 диэлектрика, и имеет сопротивление, существенно меньшее, чем контактное сопротивление электрода с грунтом.

Был проведен следующий эксперимент с использованием датчика, показанного на фиг.2. Датчик был аккуратно засыпан влажным песком, после чего было измерено сопротивление между электродами, которое составило более 2 МОм на постоянном токе. Затем вблизи датчика в песок было вылито 50 мл бензина. После просачивания бензина к датчику, что можно было проконтролировать визуально по расширению области смоченного песка, в течение нескольких минут происходило уменьшение сопротивления между электродами от 2 МОм до нескольких кОм, то есть примерно в 1000 раз. После выкапывания датчика осмотр выявил существенное разрушение битумной пленки под действием бензина. Были измерены также сопротивление R и емкость С между электродами датчика на частоте 1 кГц автоматическим цифровым мостом Е7-8 по последовательной схеме замещения. До заливки бензина параметры импеданса датчика составляли: R=3,58 МОм, С=160 пФ. После заливки бензина: R=2,5 кОм, С=16000 пФ. Таким образом, изменение составляющих импеданса R и С датчика на частоте 1 кГц, как и на постоянном токе, составило более 1000 раз, что позволяет с высокой степенью достоверности обнаруживать даже небольшие утечки жидких нефтепродуктов в грунт.

При использовании конструкций датчиков, показанных на фиг.3 и 4, прокладка 10, выполненная из пористого гигроскопичного материала, увлажняется присутствующей в грунте водой, проникающей через отверстия 9 (11). При наличии утечки нефтепродукта последний через отверстия 8 проникает к прокладке 10 и по капиллярам ее пористого материала достигает слоя 3 диэлектрика, растворяя его. При этом как и у других рассмотренных датчиков сопротивление между электродами резко уменьшается.

Таким образом, благодаря тому, что в датчике в качестве диэлектрика применен материал, растворимый в жидком нефтепродукте, при наличии утечки нефтепродукта вблизи места расположения датчика сопротивление между электродами последнего быстро изменяется от сопротивления изоляции электродов, составляющего не менее нескольких МОм, до контактного сопротивления электрода с влажным грунтом, составляющего не более нескольких кОм, то есть в 1000 раз. Это позволяет добиться надежного и достоверного срабатывания датчика, расположенного во влажном грунте, даже при небольших утечках нефтепродукта.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды от загрязнений и может быть использовано для обнаружения утечки жидких нефтепродуктов в грунт. Сущность: датчик содержит два или несколько электродов, по крайней мере один из которых окружен слоем диэлектрика. При этом диэлектрик полностью или частично выполнен из материала, растворимого в жидких нефтепродуктах. Благодаря этому при наличии утечки нефтепродуктов вблизи расположенного во влажном грунте датчика сопротивление между электродами последнего быстро уменьшается примерно на три порядка, что позволяет добиться надежной и достоверной регистрации даже небольшой утечки нефтепродуктов в грунт. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Датчик утечки жидких нефтепродуктов, содержащий два или более электродов, по крайней мере один из которых окружен слоем диэлектрика, отличающийся тем, что слой диэлектрика по крайней мере частично выполнен из материала, растворимого в жидких нефтепродуктах. 2. Датчик утечки жидких нефтепродуктов по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, растворимого в жидких нефтепродуктах, использован битум. 3. Датчик утечки жидких нефтепродуктов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он содержит диэлектрическую пластину, при этом электроды выполнены в виде электропроводящих покрытий, расположенных на противоположных поверхностях этой пластины, а растворимый в жидких нефтепродуктах диэлектрический материал нанесен на электропроводящие покрытия. 4. Датчик утечки жидких нефтепродуктов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он содержит две размещенные друг против друга диэлектрические пластины, по крайней мере в одной из которых выполнены отверстия, при этом электроды выполнены в виде электропроводящих покрытий, расположенных по крайней мере на одной из обращенных друг к другу поверхностей диэлектрических пластин, диэлектрический материал, растворимый в жидких нефтепродуктах, нанесен на электропроводящие покрытия, а зазор между пластинами заполнен пористым гигроскопичным материалом.