ВЛАГОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ ЛЕНТА, СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОТЕЧЕК, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКУЮ ЛЕНТУ, СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ ТОЧКИ ПРОТЕЧКИ И СПОСОБ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОТЕЧКИ Российский патент 2024 года по МПК G01M3/16 F17D5/02 

Область применения

Заявленная группа изобретений относится к индикаторной и сигнализирующей технике, в частности к влагочувствительным устройствам и системам обнаружения протечек, предназначенным для индикации и оповещении о протечки жидкости в быту и промышленности.

Уровень техники

Из уровня техники известно достаточно много технических решений и методов обнаружения протечек токопроводящих жидкостей. Все они имеют разный принцип работы и позволяют определить, как просто факт протечки, так и конкретное место протечки.

Наиболее распространены электрические устройства, содержащие несколько электропроводящих жил, находящихся под низким напряжением, закрепленных на гигроскопичном основании. В таких устройствах метод обнаружения протечки основан на возникновении электропроводимости между проводниками при намокании основания, вследствие чего снижается сопротивление линии и фиксируется факт обнаружения протечки. При обнаружении протечки срабатывает звуковое и световое оповещение или устройство подает сигнал на запорную аппаратуру с электроприводом.

Так из уровня техники известен датчик контроля протечки электропроводящей жидкости, включающий электрические проводники, выполненные с возможностью их соединения с регистратором протечки, расположенные между слоями гигроскопичного диэлектрического материала. Электрические проводники выполнены в виде токопроводящих нитей, проложенных между разделяющими швами, скрепляющими слои гигроскопичного материала [RU 2771216 C1, МПК G01M3/00, 28.07.2022].

Известен датчик протечки, содержащий текстильные ленты, выполненные с возможностью многократного расцепления и соединяющиеся между собой при помощи петельных, крючковых или грибовидных зацепов, и токопроводящие жилы, которые размещены в слоях указанных зацепов текстильных лент [RU 197833 U1, МПК G01M3/16, 02.06.2020].

Известна влагочувствительная лента, содержащая две токопроводящие жилы и основание, выполненное из нитей, разделяющих и переплетающих жилы. [JP5912751B2, МПК G01M3/16, опубл. 27.04.2016].

Известна влагочувствительная лента, содержащая гибкое основание с закрепленными на ней параллельными токопроводящими жилами в сухом состоянии изолированные друг от друга. [US 10900859 B2, МПК G01M3/16, 26.01.2021]. Данное техническое решение принято за прототип.

Известна система обнаружения протечек, содержащая несколько влагочувствительных датчиков, подключенных к контроллеру [US10900859B2, МПК G01M3/16, 26.01.2021]. Принято за прототип.

Также известен способ обнаружения протечки, заключающийся в определении снижения сопротивления электрической цепи при появлении электропроводимости между токопроводящими жилами [US10900859B2, МПК G01M3/16, 26.01.2021]. Принято за прототип.

Недостатком известных технических решений являются узкие функциональные возможности, поскольку они предназначены только для индикации протечки без возможности определения координат её нахождения, что снижает эффективность применения известных влагочувствительных лент для контроля протечек на протяженных периметрах или трубопроводах.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленной группы технических решений является создание влагочувствительной ленты и системы обнаружения протечек, лишенных недостатков прототипа.

Технический результат заключается в повышении эффективности определения протечек электропроводящей жидкости, благодаря возможности точного определения расстояния до места протечки и контроля целостности влагочувствительной ленты, а также расширении функциональных возможностей.

Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков, а именно: влагочувствительная лента, содержащая основание, по меньшей мере, две токопроводящие жилы, в сухих условиях электрически изолированные друг от друга гигроскопичным материалом, согласно изобретению, лента снабжена соединительными изолированными проводами, при чем на дистальном конце токопроводящие жилы и соединительные провода попарно соединены концевой муфтой, а на другом конце ленты жилы и провода соединены соединительной муфтой или подключены к чипу.

Технический результат достигается за счет другой совокупности признаков: система обнаружения протечек, содержащая, по меньшей мере, одну влагочувствительную ленту, соединительная муфта или чип которой подключены к контроллеру.

Также технический результат достигается за счет следующей совокупности признаков: способ обнаружения локальной точки протечки системой заключается в определении сопротивления участков токопроводящих жил до точки протечки, в которой они замыкаются за счет впитавшего влагу материала, на основании измеренного при помощи соединительных проводов падения напряжения на сопротивлении жидкости, подаваемого на токопроводящие жилы, и расчет длин участков токопроводящих жил до точки протечки на основании их удельного сопротивления.

Также технический результат достигается за счет следующей совокупности признаков: способ работы системы обнаружения протечек заключается в резистивном нагреве токопроводящих жил, за счет увеличения их мощности схемой питания ленты.

В частных вариантах исполнения заявленной группы технических решений основание ленты может быть выполнено из переплетенных между собой нитей. Токопроводящие жилы и соединительные провода проходят через переплетённые нити вдоль ленты. Нить может быть выполнена из полимера. По всей длине ленты могут быть размечены участки с элементами разделения, выполненными в виде разрезов или перфорации, или надломов. Токопроводящие жилы могут быть выполнены из нихрома или константана. Жилы соединительных проводов могут быть выполнены из меди. Чип может быть подключен к контроллеру соединительной шиной опрашивания или при помощи беспроводной связи. Соединительная муфта может быть подключена к контролеру соединительными проводами. Контроллер может быть оснащен звуковым и/или световым индикатором протечки. Контроллер может быть оснащен средством отображения информации, в частности, расстояния до места протечки в заданных единицах измерения.

Графические материалы

Представлены графические материалы, поясняющие сущность заявленных технических решений, где на:

Фиг. 1 – схематический вид влагочувствительной ленты;

Фиг. 2а – система обнаружения протечек с одной лентой;

Фиг. 2б – система обнаружения протечек с несколькими лентами;

Фиг. 3 – эквивалентная электрическая схема ленты;

Фиг. 4а – участок трубопровода и система обнаружения протечек.

Фиг. 4б – разрез трубопровода с установленной влагочувсвительной лентой.

Все обозначения на фигурах идентичны.

Осуществление технического решения

Протечка воды и других жидкостей может нанести значительный ущерб, если ее своевременно не обнаружить и не устранить. Поэтому установка сигнализирующих влагочувствительных устройств в местах возможных протечек в быту и промышленности крайне важна. Для контроля протяженных контуров и трубопроводов применяют надежные и недорогие влагочувствительные ленты.

В быту влагочувствиельные ленты могут быть применены в местах возможных протечек, таких как крыши, кровли, ендовы, а также прачечные, уборные и бойлерные. В промышленности влагочувствиельные ленты могут быть применены, например, на трубопроводах для перекачки жидкости, на цистернах или хранилищах жидкости. Также системы обнаружения протечек могут найти широкое применение при использовании обогрева жидким теплоносителем.

Одним из основных элементов системы обнаружения протечек является влагочувствительный элемент, в предложенном изобретении, выполненный в виде протяженной ленты 1, которая содержит, основание 2, по крайней мере, две токопроводящие жилы 3, 4 и соединительные изолированные провода 5.

Токопроводящие жилы проходят параллельно вдоль ленты по всей ее длине, в сухих условиях они изолированы друг от друга, переплетенными нитями основания. На дистальном конце ленты жилы и соединительные провода попарно соединены концевой муфтой 6, а на другом конце ленты жилы и провода соединены соединительной муфтой 7 или подключены к чипу 8.

Токопроводящие жилы могут быть выполнены из нихрома или константана, предпочтительно из нихрома. Нихром обладает низким температурным коэффициентом электрического сопротивления и высокой стойкостью к коррозии и воздействию агрессивных сред, что позволяет увеличить срок службы ленты. Жилы соединительных проводов могут быть выполнены из меди, в связи с хорошей электропроводимостью и низким сопротивлением.

Основание 2 ленты выполнено из нитей, состоящих из гигроскопичного материала, например, из хлопка, винила, предпочтительно, из полимера. Полимер синтетический быстросохнущий материал, обладающий высокой прочностью и износостойкостью, что повышает долговечность и эффективность влагочувствительной ленты.

Ленту изготавливают из нитей на тесьмоплетельной машине, которая переплетает нити между собой за счет вращения веретен на крыльчатке и осуществляет продольный подпуск токопроводящих жил и соединительных проводов. Расстояние между жилами может задаваться различное, поэтому возможно изготовить ленты с различной степенью чувствительности в зависимости от места применения, что повышает эффективность контроля протечек.

Для эффективного использования на разных периметрах и удобства монтажа влагочувсвительной ленты по всей ее длине размечены участки с элементами разделения 9 или нанесенной разметкой, перпендикулярными ее длине. Элементы разделения 9 могут быть выполнены в виде разрезов, перфорации или надломов. При изменении длины ленты, концы токопроводящих жил 3, 4 и соединительных проводов 5 попарно соединяют концевой муфтой 6. Кроме того длина ленты может быть увеличена при последовательном соединении одной ленты к другой с помощью соединительной муфты 7.

Для фиксации ленты на одной ее стороне может быть нанесен клейкий слой. Влагочувствительная лента 1 большой длины может быть намотана на катушку для удобства хранения и транспортировки.

Если система обнаружения протечек включает одну влагочувствительную ленту, то она подключается к контроллеру 10 через соединительную муфту 7 и соединительные провода 11.

Если система обнаружения протечек включает несколько влагочувствительных лент, то каждая лента подключается к контроллеру 10 через чип 8 и соединительную шину 12 опрашивания. Использование одного контроллера для нескольких лент позволяет упростить систему и повысить эффективность контроля протечек.

Чип 8 влагочувсвительной ленты может подключен к контроллеру 10 шиной 12 опрашивания или при помощи беспроводной связи, например, BlueTooth или Wi-Fi.

Для оповещения о наличии протечки контроллер 10 оснащен звуковым и/или световым оповещателем. Также контроллер снабжен средством отображения информации, выполненным с возможностью показа номера ленты, при подключении к нему нескольких лент, и расстояния до места протечки в заданных единицах измерения.

Система обнаружения протечек подключается к источнику питания через контроллер, содержащий схему питания. Которая выполнена с возможностью изменения мощности на токопроводящих жилах 3, 4.

Система обнаружения протечек работает следующим образом.

При попадании электропроводящей жидкости на поверхность влагочувсвительной ленты 1, нити основания 2 впитывают влагу, снижающую их изоляционные свойства и возникает проводимость между токопроводящими жилами 3, 4. Регистрация протечки производится при замыкании жил 3, 4 в любой точке по всей длине ленты. Принцип обнаружения протечки основан на измерении сопротивления токопроводящих жил 3, 4. В сухом состоянии, когда жилы изолированы сопротивление цепи большое (>1МОм). При намокании ленты 1 сопротивление ее электрической цепи снижается, за счет замыкания жил 3, 4, что является критерием обнаружения протечки.

Эквивалентная электрическая схема ленты 1 с замкнутыми от протечки токопроводящими жилами 3, 4 приведена на фиг. 3, где RL₃, RL₄ – сопротивления участков токопроводящих жил до места протечки; RL_3’, RL_4’ – сопротивления жил после места протечки, R_w – сопротивление жидкости. Ленту можно использовать для раннего диагностирования возникновения протечек по степени увлажнения основания, за счет регистрации изменения сопротивления жил 3 и 4, при помощи измерения силы тока в цепи. Данная функция может применяться в автоматических системах полива растений, для контроля влажности почвы, что расширяет функциональность ленты.

Для определения расстояния до места протечки при помощи влагочувсвительной ленты сначала определяют сопротивления RL₃, RL₄ токопроводящих жил до места протечки, в котором они замыкаются за счет впитавших влагу нитей основания. Для этого на клеммы b и c жил 3, 4 подается напряжение постоянного тока. Клеммы a и d соединительных проводов 5 ни к чему не подключаются и на них измеряют потенциалы напряжений, разность которых будет равна падению напряжения на сопротивлении жидкости R_W.

На клеммах a и d измеряют потенциалы напряжений U_a и U_d соответственно.

По закону Ома определяется сопротивление токопроводящей жилы до места протечки:

, (Ом)

где: RL₃ – сопротивление участка токопроводящей жилы 3 до места протечки; U_b-U_a– разность потенциалов на участке токопроводящей жилы до места протечки; I – сила тока в цепи.

Зная удельное сопротивление R_уд токопроводящей жилы 3 вычисляют длину участка токопроводящей жилы до места протечки:

, (м)

Аналогичный расчет проводится для определения длины второй токопроводящей жилы, удельное сопротивление R_уд жил 3, 4 одинаковое.

(Ом)

где, RL₄ – сопротивление участка токопроводящей жилы 4 до места протечки; U_d-U_c – разность потенциалов на участке токопроводящей жилы 4 до места протечки; I – сила тока в цепи.

, (м)

После расчета длин участков токопроводящих жил до места протечки, вычисляют среднюю длину:

(м)

Описанный алгоритм обнаружения локальной точки протечки реализуется в контроллере 10, если система включает одну влагочувствительную ленту или в чипе 8, если система включает несколько лент.

После обнаружения протечки и расчета длины до нее, контроллер 10 выдает звуковое или световое оповещение и отображает расстояние до места возникновения протечки, если в системе несколько лент, то номер ленты.

Еще одним преимуществом системы является контроль целостности влагочувсвительной ленты, достигаемый за счет опроса сопротивления двух электрических цепей, образованных попарным замыканием токопроводящих 3, 4 жил и соединительных проводов 5. Резкий рост силы тока обозначает короткое замыкание в цепи, сила тока равная нулю свидетельствует об обрыве цепи. При выявлении данных несоответствий контроллер выдает звуковой и световой сигнал о неисправности системы. Контроль целостности влагочувствительной ленты также повышает ее эффективность.

Токопроводящие жилы 3, 4 с высоким удельным сопротивлением, например, выполненные из нихрома, могут быть использованы в качестве резистивных нагревателей для быстрой сушки намокшего основания 2. Нагрев токопроводящих жил происходит за счет увеличения их мощности схемой питания ленты, обеспечивающей повышение тока в цепи. Способ позволяет быстро высушить основание для дальнейшего контроля протечки, что повышает эффективность системы.

За счет возможности точного определения расстояния до места протечки, быстрого высыхания и контроля целостности протяженной влагочувствительной ленты, предложенная система обнаружения протечек и способ ее работы позволяют повысить эффективность определения протечек токопроводящей жидкости на протяженных периметрах или трубопроводах.

Пример реализации

Для контроля протечек на трубопроводе 12 применяют систему обнаружения протечек, содержащую одну влагочувсвтиетельную ленту 1, приклеенную вдоль трубопровода снизу, и подключенную к контроллеру 10.

Лента содержит, основание, две токопроводящие жилы 3, 4 из нихрома с удельным сопротивлением и соединительные изолированные провода 5 из меди. На дистальном конце ленты жилы и соединительные провода попарно соединены концевой муфтой 6, а на другом конце ленты жилы и провода соединены соединительной муфтой 7, подключенной к контроллеру 10 при помощи соединительных проводов 11.

На клеммы b, c токопроводящих жил подается напряжение питания

На клеммах a и d измеряют потенциалы напряжений: ; . Ток протекающий в цепи от точки b к точке с I=0,0023 А;

После измерений потенциалов напряжений вычисляют их разность:

= 3,3 – 3 = 0,3 В;

= 0,3 – 0 = 0,3 В.

Падение напряжения идентифицирует наличие протечки в трубопроводе.

На основании этого в контроллере вычисляются длины участков токопроводящих жил до места протечки:

Усредненная длина L до протечки равняется:

Контроллер звуковым оповещением сигнализирует о протечке и отображает расстояние до нее.

Заявленная группа изобретений относится к индикаторной и сигнализирующей технике, в частности к влагочувствительным устройствам и системам обнаружения протечек, предназначенным для индикации и оповещении о протечки жидкости в быту и промышленности. Влагочувствительная лента 1 содержит основание 2, по меньшей мере, две токопроводящие жилы 3, 4, в сухих условиях электрически изолированные друг от друга гигроскопичным материалом. Лента снабжена соединительными изолированными проводами 5. Причем на дистальном конце токопроводящие жилы и соединительные провода попарно соединены концевой муфтой 6, а на другом конце ленты жилы и провода соединены соединительной муфтой 7 или подключены к чипу 8. Причем основание ленты выполнено из переплетенных между собой нитей из гигроскопичного материала, а токопроводящие жилы и соединительные провода проходят через переплетённые нити вдоль ленты. Также раскрыты система обнаружения протечек, способ обнаружения локальной точки протечки и способ работы системы обнаружения протечек. Технический результат - повышение эффективности определения протечек токопроводящей жидкости. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Влагочувствительная лента, содержащая основание, по меньшей мере, две токопроводящие жилы, в сухих условиях электрически изолированные друг от друга гигроскопичным материалом, отличающаяся тем, что лента снабжена соединительными изолированными проводами, причем на дистальном конце токопроводящие жилы и соединительные провода попарно соединены концевой муфтой, а на другом конце ленты жилы и провода соединены соединительной муфтой или подключены к чипу, причем основание ленты выполнено из переплетенных между собой нитей гигроскопичного материала, а токопроводящие жилы и соединительные провода проходят через переплетенные нити вдоль ленты.

2. Лента по п. 1, отличающаяся тем, что нить выполнена из полимера.

3. Лента по п. 1, отличающаяся тем, что по всей ее длине размечены участки с элементами разделения.

4. Лента по п. 3, отличающаяся тем, что элементы разделения выполнены в виде разрезов, или перфорации, или надломов.

5. Лента по п. 1, отличающаяся тем, что токопроводящие жилы выполнены из нихрома или константана.

6. Лента по п. 1, отличающаяся тем, что жилы соединительных проводов выполнены из меди.

7. Система обнаружения протечек, содержащая, по меньшей мере, одну влагочувствительную ленту по любому из пп. 1-6, соединительная муфта или чип которой подключены к контроллеру.

8. Система обнаружения протечек по п. 7, отличающаяся тем, что чип подключен к контроллеру соединительной шиной опрашивания или при помощи беспроводной связи.

9. Система обнаружения протечек по п. 8, отличающаяся тем, что соединительная муфта подключена к контролеру соединительными проводами.

10. Система обнаружения протечек по п. 8, отличающаяся тем, что контроллер оснащен звуковым и/или световым индикатором протечки.

11. Система обнаружения протечек по п. 8, отличающаяся тем, что контроллер оснащен средством отображения информации, в частности расстояния до места протечки в заданных единицах измерения.

12. Способ обнаружения локальной точки протечки системой по любому из пп. 7-11, заключающийся в определении сопротивления участков токопроводящих жил до точки протечки, в которой они замыкаются за счет впитавшего влагу материала, на основании измеренного при помощи соединительных проводов падения напряжения на сопротивлении жидкости, подаваемого на токопроводящие жилы, и расчет длин участков токопроводящих жил до точки протечки на основании их удельного сопротивления.

13. Способ работы системы обнаружения протечек по любому из пп. 7-11, заключающийся в резистивном нагреве токопроводящих жил, за счет увеличения их мощности схемой питания ленты.