Система мониторинга герметичности гидроизоляционного слоя кровли Российский патент 2021 года по МПК G01M3/40 E04D13/16 

Область техники

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для проведения диагностики герметичности гидроизоляции кровли.

Уровень техники

Известно устройство, раскрытое в описании к статье Ceja C. Recommended test procedure for high-voltage membrane integrity testing // 28TH RCI International Convention and Trade Show, Chicago. - 2013. Известное устройство позволяет проводить инструментальную диагностику герметичности гидроизоляции плоской кровли высоковольтным методом. Для этого с одной стороны гидроизоляции подводят электрод с потенциалом от источника питания, а к проводящему основанию провод заземления. В месте наличия дефектов покрытия ток проходит сквозь покрытие и попадает на заземленную подложку. В результате возникает короткое замыкание, то есть электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала. Результатом замыкания является искра, и тем самым обнаруживается повреждение изоляционного покрытия.

Известен способ, раскрытый в документе Electronic Leak Detection High vs. Low Voltage //WATERPROOF!. - 2013. Известный способ предполагает обнаружение протечек в покрытии крыши при ее диагностике. Используются разноименные потенциалы напряжения. При этом используется источник энергии, который содержит два вывода, обеспечивающих разноименные потенциалы: один вывод обеспечивает отрицательный потенциал «-», который подается на щеточный электрод, а другой вывод - положительный потенциал «+», который подается на основание.

Известна система мониторинга герметичности гидроизоляционного слоя кровли, раскрытая в патенте US 7652481 (опубл. 26.01.2010). Известная система позволяет определить факт наличия течи и ее положение в пространстве. Система включает гидроизоляционный слой, электропроводящий слой, размещенный под гидроизоляционным слоем, сетку из сенсорного кабеля, расположенную на поверхности гидроизоляционного слоя и связанную с вычислительным модулем, выполненным с возможностью сбора и обработки показаний сенсорного кабеля и определения с учетом полученных данных факта наличия утечки и ее положения в пространстве.

Недостатком известного изобретения является использование в качестве электропроводящего слоя опорного настила крыши. Это сужает область применения настоящего изобретения, поскольку не любой опорный настил крыши может иметь электропроводящие свойства, при этом в случае недостаточной электропроводности настила крыши, определение факта возникновение течи и ее точного положения в пространстве может быть затруднено.

Раскрытие сущности

Технической задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента технических средств для проведения мониторинга герметичности гидроизоляционного слоя кровли.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в определении факта наличия течи и точного установления её координат положения в пространстве.

Технический результат достигается тем, что система мониторинга герметичности гидроизоляционного слоя кровли включает сетку из измерительного сенсорного кабеля, связанного с вычислительным модулем, который выполнен с возможностью сбора и обработки показаний сенсорного кабеля, источник напряжения, к одному из полюсов которого подключен электрод возбуждения, размещенный на поверхности кровли, а второй полюс источника напряжения соединен с электропроводящим полотном, которое размещено под гидроизоляционным слоем. В отличие от прототипа в качестве электропроводящего полотна использован фольгированный рулонный материал на основе стеклоткани, при этом упомянутый материал образует электрический контакт с сырым гидроизоляционным слоем кровли в месте течи, положение которой определяется с использованием метода суперпозиции на основе измеренного сенсорным кабелем распределения электрического потенциала по поверхности гидроизоляционной кровли, значения потенциала на электроде возбуждения и известного положения в пространстве датчиков сенсорного кабеля и электрода возбуждения.

Осуществление изобретения

Для системы мониторинга герметичности гидроизоляционного слоя в режиме реального времени, в которую входит сетка измерительного сенсорного кабеля, а также электропроводящее полотно с удельным сопротивлением в диапазоне от 100 до 500 кОм⋅м, используется плоский провод на 3 жилы, каждая жила должна быть оголена на расстоянии 0,3 метра начиная с конца провода. На конце каждого провода напаивается датчик из нержавеющей стали с проводимостью не ниже 0,028 Ом⋅м. В начале кабеля на все три провода монтируется коннектор для соединения с модулем сбора системных показателей системы. Диагностика работоспособности кабеля проверяется мультиметром следующим образом: Измерительная часть мультиметра устанавливается на измерение сопротивления на значение 20К, минусовая клемма устанавливается в начале кабеля на соответствующий провод, плюсовая клемма устанавливается на датчик. Значение должно быть равно «0», что соответствует абсолютной проводимости. В случае показания значения больше «0», - кабель должен быть заменен. Также проверяется защитная поливинилхлоридная (ПВХ) оболочка кабеля - искровым методом. В случае наличия дефектов защитной изоляционной оболочки кабель должен быть заменен.

В качестве электропроводящего полотна может быть использован материал контролит ГЛ, (фольгированный рулонный материал на основе стеклоткани), который располагается под гидроизоляционным слоем, а также иглопробивной геотекстиль, расположенный сверху гидроизоляции. При подготовке данного узла модуля необходимо проверить контакт фольгированного слоя всех отдельных частей материала контролит ГЛ, а также качество контакта контактного электрода с проводящей фольгой.

Гидроизоляционный рулонный материал должен быть проверен на наличие дефектов герметичности. При нахождении дефектов, они должны быть устранены, либо должна быть заменена гидроизоляция.

Сверху гидроизоляции может быть смонтирован иглопробивной геотекстиль, который выступает в качестве второго проводящего слоя, при этом, фактическим проводником выступает вода, расположенная и задерживаемая геотекстилем.

Проверка работоспособности вычислительного модуля производится при собранных элементах системы, в условиях работающей системы. В случае контакта контактного электрода с конкретным датчиком, значение потенциала в данной точке должны быть равны «максимальному значению в пределах 1590», при этом все остальные датчики должны показывать значение «0».

В основу разработанной системы положен тот факт, что вода является плохим проводником электрического тока, а материалы, применяемые для гидроизоляции, в большинстве своём являются очень хорошими диэлектриками. В связи с этим, появляется возможность, используя свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с веществом, не только определить сам факт наличия течи, но и достаточно точно установить её положение в пространстве.

Как уже отмечалось выше, вода, а вместе с ней и влажная кровля, являются проводниками, но их электрическое сопротивление относительно велико по сравнению с материалами, традиционно применяемыми в качестве проводников электрического тока (сталь, медь, алюминий и т.п.). Если под слоем гидроизоляции кровли разместить хороший проводник (подложку - металлический лист либо фольгу), то в месте течи (при её наличии) будет образован электрический контакт между верхним сырым слоем крыши и проводником. Если теперь на крыше разместить электрод «возбуждения», к которому подключить один полюс источника напряжения, а второй полюс источника напряжения соединить с подложкой, то по цепи «электрод - сырая крыша - течь - подложка» потечёт электрический ток. Поскольку сопротивление крыши относительно велико, протекающий по ней ток создаст заметное падение напряжения между точками, расположенным в различных местах крыши, более того, это падение будет зависеть только от положения точек измерения относительно электрода и течи. Такое распределение потенциалов, создаваемых протекающим в проводящей среде током, называется полем тока. Распределение тока в такой проводящей среде, а также потенциалов, создаваемых им, описывается уравнениями, аналогичными уравнениям электростатики, описывающим поля электрических зарядов. Таким образом, если размерами электрода и течи пренебречь (считать их точечными), то можно считать, что в рассматриваемом случае на поверхности крыши под воздействием тока, протекающего от электрода возбуждения к месту течи (и далее в проводящую подложку) формируется распределение электрического потенциала, аналогичное распределению потенциала электростатического поля двух точечных зарядов. Причём положение одного «заряда» (точки возбуждения) известно.

Потенциал, создаваемый в точке среды током, вытекающим из электрода возбуждения, определяется следующим образом:

φ=φ_0+I/2πγ∙1/R (1)

где R - расстояние от точки измерения до электрода, I - ток, протекающий через электрод, а γ - проводимость среды. Теперь необходимо учесть наличие второго электрода (течи) с помощью метода суперпозиции:

φ=φ_0+I/2πγ∙(1/R_1-1/R_2) (2)

где R1 и R2 - расстояния от точки измерения до точек возбуждения и течи.

Следовательно, измерив распределение электрического потенциала по поверхности крыши, можно определить положение второго «заряда», т.е. течи.

Для измерения распределения электрического потенциала можно разместить на крыше систему точечных электродов, расположенных в узлах прямоугольной сетки. Поскольку электрод возбуждения ни электрически, ни конструктивно не отличается от измерительных, напряжение возбуждения можно подавать на любой электрод. Более того, появляется возможность выбирать точку возбуждения непосредственно в момент измерения, если этого потребует методика.

Таким образом, проведя измерения, можно для каждой точки поверхности, в которой был измерен потенциал, составить уравнение (2). Обработав весь набор измерений, получаем систему уравнений, из которой и будут найдено положение точки течи. Однако число уравнений в системе будет превышать число неизвестных. Более того, входящие в уравнения величины имеют определённые погрешности, поэтому решение придётся искать с помощью метода наименьших квадратов.

Метод наименьших квадратов может быть использован для «решения» переопределенных систем уравнений (когда количество уравнений превышает количество неизвестных), для поиска решения в случае обычных (не переопределенных) нелинейных систем уравнений, для аппроксимации точечных значений некоторой функции.

В основе инженерной задачи лежит разработка порядка сбора данных в узлах измерительной сетки, позволяющей получение наиболее корректных данных.

Необходимо определить оптимальный параметр для измерения в узлах измерительной сетки. В качестве вариантов были исследованы следующие параметры: сопротивление, ток, потенциал напряжения. В рамках подбора данных параметров были отброшены сопротивление и ток, по следующим причинам:

Сопротивление среды может меняться в достаточно широких пределах в зависимости от влажности покрытия, толщины слоя воды, её химического состава. Более того, известные методики получают сопротивление косвенным путём, например, измеряя ток через среду и создаваемое им падение напряжения.

Значение тока, протекающего через электрод возбуждения или подложки, само по себе несёт мало информации, и может косвенно говорить лишь о самом факте наличия течи (либо её отсутствии). Прямое же измерение распределения тока в поверхности крыши не представляется возможным, т.к. допускать протекания тока через измерительные электроды нельзя: в соответствии с первым законом Кирхгофа дополнительный «измерительный» ток будет искажать картину распределения тока на поверхности крыши. Именно поэтому лабораторные методики исследования поля тока в проводящих средах основаны на измерении падений напряжения, создаваемых исследуемыми токами.

В связи с этим и был выбран параметр измерения - потенциал напряжения, поскольку его прямые измерения возможны с использованием простых электронных средств. Более того, полученные значения потенциалов точек крыши позволяют косвенно оценивать и другие электрические характеристики, в том числе, сопротивление и ток.

Изобретение относится к системам контроля герметичности гидроизоляционного слоя кровли. Сущность: система включает сетку из измерительного сенсорного кабеля с датчиками, расположенную на поверхности гидроизоляционного слоя. Под гидроизоляционным слоем размещено электропроводящее полотно в виде фольгированного рулонного материала на основе стеклоткани. Сетка из измерительного сенсорного кабеля соединена с вычислительным модулем, выполненным с возможностью сбора и обработки показаний сенсорного кабеля. На поверхности кровли размещен электрод возбуждения, подключенный к одному из полюсов источника напряжения, другой полюс которого соединен с электропроводящим полотном. Причем в месте течи образуется электрический контакт электропроводящего полотна с сырым гидроизоляционным слоем кровли. Положение течи определяют с использованием метода суперпозиции на основе измеренного сенсорным кабелем распределения электрического потенциала по поверхности гидроизоляционного слоя кровли, значения потенциала на электроде возбуждения и известного положения в пространстве датчиков сенсорного кабеля и электрода возбуждения. Технический результат: определение факта наличия течи и точное установление координат ее положения в пространстве.

Система мониторинга герметичности гидроизоляционного слоя кровли, включающая сетку из измерительного сенсорного кабеля, связанного с вычислительным модулем, который выполнен с возможностью сбора и обработки показаний сенсорного кабеля, источник напряжения, к одному из полюсов которого подключен электрод возбуждения, размещенный на поверхности кровли, а второй полюс источника напряжения соединен с электропроводящим полотном, которое размещено под гидроизоляционным слоем, отличающаяся тем, что в качестве электропроводящего полотна использован фольгированный рулонный материал на основе стеклоткани, при этом упомянутый материал образует электрический контакт с сырым гидроизоляционным слоем кровли в месте течи, положение которой определяется с использованием метода суперпозиции на основе измеренного сенсорным кабелем распределения электрического потенциала по поверхности гидроизоляционной кровли, значения потенциала на электроде возбуждения и известного положения в пространстве датчиков сенсорного кабеля и электрода возбуждения.