МУЛЬТИСЕНСОРНЫЙ ДАТЧИК КРИТИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ Российский патент 2014 года по МПК G01M3/16 H01B7/32 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к индикаторным, регистрирующим и сигнальным устройствам, приводимым в действие электрическими средствами, и может быть использовано, преимущественно, для определения критических ситуаций (затоплений, пожаров, перегрева и т.п.) на протяженных объектах.

Известно устройство [RU 2312954, C1, E03C 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 является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его для протяженных объектов, например, трубопроводов, при выявлении утечек воды, а также выявления других критических ситуаций.

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 устройства является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно предназначено для определения утечек воды из резервуаров и его применение для протяженных объектов, например трубопроводов, функционально ограничено. Кроме того, устройство не позволяет обеспечить выявление других критических ситуаций.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является 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, подключенным к источнику питания и размещенными на приборной панели.

Недостатком устройства является 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. Кроме того, устройство не позволяет обеспечить выявление других критических ситуаций, например, пожаров и перегревов.

Задача, которая решается в предложенном изобретении, заключается в расширении функциональных возможностей датчика путем введения дополнительного арсенала технических средств с целью обеспечения его применения для протяженных объектов с обеспечением определения места утечек воды или иной токопроводящей жидкости, а также других критических ситуаций, например, пожаров и перегревов.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей датчика с целью возможности его применения для протяженных объектов с определением места утечек воды или иной токопроводящей жидкости, а также других критических ситуаций, например, пожаров и перегревов.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем два проводника, соединенные с электронным индикатором, согласно предложенному изобретению электронный индикатор выполнен в виде измерителя сопротивления или в виде измерителя напряжения, каждый из проводников помещен в токопроводящую оболочку из электропроводной полимерной композиции, а между токопроводящими оболочками и вокруг них размещена пара жгутов, один из которых выполнен из капиллярно-пористых волокон, а второй содержит по крайней мере два проводника второго жгута, помещенные в оболочки из термопластичного материала и соединенные с электронным индикатором, при этом пара жгутов намотана на проводники, помещенные в токопроводящие оболочки из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве электропроводной полимерной композиции, используемой для токопроводящей оболочки, используют композицию на основе полиолефинов и сажи в соотношении от 4:1 до соотношения 1:3.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве капиллярно-пористых волокон используют крученую стеклонить или стеклоровинг.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что токопроводящая оболочка из электропроводной полимерной композиции выполнена с поверхностным сопротивлением R_s в диапазоне 1-10³ Ом.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что второй жгут содержит более двух проводников второго жгута, помещенных в оболочки из термопластичного материала с отличающимися температурами плавления.

На чертежах представлена конструкция мультисенсорного датчика критических ситуаций (фиг. 1) и та же конструкция с иллюстрацией возможных изменений напряжения (фиг. 2).

Мультисенсорный датчик критических ситуаций содержит помещенные в токопроводящую оболочку 1 из электропроводной полимерной композиции два проводника 2, соединенных с электронным индикатором, или в виде измерителя сопротивления, или в виде измерителя напряжения (на чертежах не показан).

В мультисенсорном датчике критических ситуаций между токопроводящими оболочками 2 и вокруг них размещена пара жгутов 3-4, один из которых (3) выполнен из капиллярно-пористых волокон, а второй (4) содержит по крайней мере два проводника второго жгута (на чертежах показан пример трех проводников 6, 7, 8, условно разделенных на пары, между которыми измеряется напряжение), помещенные в оболочки из термопластичного материала.

Пара жгутов 3-4 в предложенном мультисенсорном датчике критических ситуаций намотана на проводники 2, помещенные в токопроводящие оболочки 1 из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок.

Используется мультисенсорный датчик критических ситуаций следующим образом.

Помещенные в токопроводящую оболочку 1 из электропроводной полимерной композиции два проводника 2, соединенные с электронным индикатором, или в виде измерителя сопротивления, или в виде измерителя напряжения (на чертежах не показан) ,размещают преимущественно вдоль протяженных объектов (трубопроводов, колодцев, шахт, туннелей и т.п.).

В мультисенсорном датчике критических ситуаций между токопроводящими оболочками 2 и вокруг них размещена пара жгутов 3-4, один из которых (3) выполнен из капиллярно-пористых волокон, а второй (4) содержит по крайней мере два проводника второго жгута (на чертежах показан пример трех проводников 6, 7, 8), помещенные в оболочки из термопластичного материала.

Пара жгутов 3-4 в предложенном мультисенсорном датчике критических ситуаций намотана на проводники 2, помещенные в токопроводящие оболочки 1 из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок.

Концы проводников 2 с одной стороны соединены с электронным индикатором, выполненным в виде измерителя сопротивления (или напряжения), а с другой стороны - электроизолирующими заглушками, предохраняющими измерительный контур от короткого замыкания. Концы проводников второго жгута с одного конца также соединены с электронным индикатором, а с другой стороны - электроизолирующими заглушками, предохраняющими измерительный контур от короткого замыкания.

В качестве электропроводной полимерной композиции, используемой для токопроводящей оболочки 1, может быть использована композиция на основе полиолефинов и сажи в соотношении от 4 к 1 до соотношения 1 к 3. В качестве капиллярно-пористых волокон могут быть использованы либо крученая стеклонить, либо стеклоровинг, которые, кроме транспортировки воды или иной токопроводящей жидкости между сенсорными жилами, выполняют роль огнезащитной оболочки, предохраняющей кабель от распространения по нему огня в случае пожара.

В качестве материала для оболочки могут быть использованы термопластичные пластмассы на основе полиолефинов и поливинилхлорида, полиамида, полиимида и т.п., а токопроводящая оболочка из электропроводной полимерной композиции выполняется с поверхностным сопротивлением R_s в диапазоне 1-10³ Ом. Меньшее значение R_s может не обеспечить требуемую чувствительность датчика, а большее значение - не позволяет определить место протечек воды с достаточной точностью.

При попадании воды (или иной токопроводящей жидкости) на поверхность первого жгута 3 из капиллярно-пористых волокон за счет капиллярного механизма она впитывается и перемещается в область ближе к проводникам 2, помещенным в токопроводящую оболочку 1 из электропроводной полимерной композиции. В конечном итоге вода достигает токопроводящих оболочек 1 и создает электропроводящий мостик-контакт между ними. Вследствие этого изменяется непрерывно измеряемое электрическое сопротивление (или напряжение) между проводниками 2 и детектируется сам факт появления воды. Если известно удельное (погонное) сопротивление проводников, то по величине сопротивления может быть примерно определено и место появления воды (утечки воды) или иной токопроводящей жидкости.

Кроме того, при повышении температуры второй жгут 4 из по крайней мере двух проводников, помещенных в оболочки из термопластичного материала, выполняет функции температурного сенсора, распределенного вдоль протяженного объекта. Роль чувствительного к температуре элемента здесь выполняют оболочки проводников из термопластичного материала, которые при внешней температуре, превышающей температуру своего плавления, начинают плавиться, и, как следствие, при этом возникает замыкание проводников в этом месте, что приводит к уменьшению непрерывно измеряемого электрического сопротивления (или напряжения U2) между ними. При необходимости, за счет подбора для оболочек разных полимеров, отличающихся температурой плавления, можно, соответственно, и изменять контролируемые значения температур внешней среды. В частности, во второй жгут 4 может быть дополнительно введен проводник, оболочка которого выполнена из термопластичного материала с температурой термического разложения (температура термодеструкции) не менее 250°C. Это позволяет использовать его в качестве сенсора на факт возникновения пожара.

Таким образом, благодаря введению дополнительного арсенала технических средств (таких как выполнение электронного индикатора в виде измерителя сопротивления или в виде измерителя напряжения, помещение проводников в токопроводящую оболочку из электропроводной полимерной композиции, размещение между токопроводящими оболочками и вокруг них пары жгутов, один из которых выполнен из капиллярно-пористых волокон, а второй содержит по крайней мере два проводника, помещенные в оболочки из термопластичного материала и соединенные с измерителем напряжения, при этом, пара жгутов намотана на проводники, помещенные в токопроводящие оболочки из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок) достигается требуемый технический результат расширения функциональных возможностей устройства, поскольку помимо определения факта наличия воды устройство позволяет определять место утечек воды или иной токопроводящей жидкости, а также наличие других критических ситуаций, например, пожаров и перегревов. При этом совместная намотка одновременно двух жгутов, размещаемых параллельно друг другу по траектории в форме сомкнутых восьмерок, позволяет уменьшить габариты устройства в целом, в отличие от возможного отдельного использования жгутов, а также более точно определить место возникновения критической ситуации, когда одновременно происходит и утечка воды или иной токопроводящей жидкости и повышение температуры, например, при обнаружении утечки горячего пара.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к индикаторным, регистрирующим и сигнальным устройствам, приводимым в действие электрическими средствами, и может быть использовано, преимущественно, для определения критических ситуаций (затоплений, пожаров, перегрева и т.п.) на протяженных объектах. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, достигается в устройстве, содержащем два проводника, соединенные с электронным индикатором, выполненным в виде измерителя сопротивления или измерителя напряжения, при этом, каждый из проводников помещен в токопроводящую оболочку из электропроводной полимерной композиции, а между токопроводящими оболочками и вокруг них размещена пара жгутов, один из которых выполнен из капиллярно-пористых волокон, а второй содержит по крайней мере два проводника второго жгута, помещенные в оболочки из термопластичного материала и соединенные с электронным индикатором, причем, пара жгутов намотана на проводники, помещенные в токопроводящие оболочки из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Мультисенсорный датчик критических ситуаций, содержащий два проводника, соединенные с электронным индикатором, отличающийся тем, что электронный индикатор выполнен в виде измерителя сопротивления или в виде измерителя напряжения, каждый из проводников помещен в токопроводящую оболочку из электропроводной полимерной композиции, а между токопроводящими оболочками и вокруг них размещена пара жгутов, один из которых выполнен из капиллярно-пористых волокон, а второй содержит по крайней мере два проводника второго жгута, помещенные в оболочки из термопластичного материала и соединенные с электронным индикатором, при этом пара жгутов намотана на проводники, помещенные в токопроводящие оболочки из электропроводной полимерной композиции, по траектории в форме сомкнутых восьмерок.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве электропроводной полимерной композиции, используемой для токопроводящей оболочки, используют композицию на основе полиолефинов и сажи в соотношении от 4:1 до соотношения 1:3.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве капиллярно-пористых волокон используют крученую стеклонить или стеклоровинг.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токопроводящая оболочка из электропроводной полимерной композиции выполнена с поверхностным сопротивлением R_s в диапазоне 1-10³ Ом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй жгут содержит более двух проводников второго жгута, помещенных в оболочки из термопластичного материала с отличающимися температурами плавления.