FI59491C - Kapacitiv detektor av vaetskelaeckage - Google Patents

Description

1-¾—1 ΓβΙ fmKUULUTUSIULICAISU C Q A Q 1 jfBf m <11>utläggningsskiuft C(45) ratmtli «y 10 75 1731 ^ ^ (51) K».ik?/int.a.3 G 01 N 27/22 SUOMI —FIN LAND (21) FMeMtIhaiMmii· —PK«MaMBknta( 1012/7*+ (22) Hikimliptlvi —· AmBknlnpdn 02.0*+. 7*4 (23) AlkupUvl—Glkigfcttadtg 02.0*+.7*+ (41) Tullut JulklMkal — Riivit offantllg ]_q , "Jk

PkUnttl· )a rakiatarlhallitu* (44) Nthtftvlkilpinon |> kuuLJulluitun pvm. —

Patent· och raglstarttyralNn Ansakin utiigd odi uti.ikrif»n pubiiund 30.0*+ .61 (32)(33)(31) Pyydetty utuelkiu»-^»«gird prlerltit 02.0*4.73 USA (US) 3*+6977 (71)(72) Reuben V. Gustafson, 228 West 17th Street, New York, New York 10011, USA(US) (7*+) Berggren Oy Ab . (5*+) Kapasitiivinen nestevuodon ilmaisin - Kapacitiv detektor av vatske-läckage Tämä keksintö koskee vuodon havaitsemista yleensä ja erityisesti pitkänomaista kapasitiivista tuntosondia nesteen läsnäolon tuntemiseksi missä kohdassa tahansa pitkin tuntosondin pituutta, muodostuen litteästä kaapelista, jonka pituus on yli 150 cm ja joka on tehty ensimmäisestä ja toisesta johtimesta, jotka on päällystetty eristysaineella.

Suurissa elektronisten laitteiden, kuten tietokoneiden tai senkaltaisten installaatioissa, laitteisto yleensä sijoitetaan korotetulle lattialle ja kytkentäkaapelit laitteiston eri osalaitteiden välillä kulkevat lattian alapuolella. Tämä mahdollistaa eri yksikköjen helpon toisiinsa liittämisen ja helpon vianetsinnän, kun pulmia syntyy. Tällainen laitteisto kehittää merkittävän määrän lämpöä ja on yleensä varustettu ilmastoinnilla ja jäähdytyksellä. Täten välilattian alla, yhdessä kytkentäkaapeLien kanssa monissa tapauksissa on putkia, joissa kulkee nesteitä, esimerkiksi ilmastointiin käytettyä vettä. Vuotoa jossakin näistä putkista ei käyttöhenkilökunta välittömästi havaitse korotetun lattian takia. Silloin kun tällainen vuoto havaitaan, vettä on jo voinut vuotaa lattian alle niin paljon, että se peittää kaapelit ja aiheuttaa vaikeita 2 59491 pulmia ja vahinkoja ylälattialle ja laitteistolle alalattialla. Lisäksi siellä oleva kosteus voi päästä elektroniseen laitteistoon ja aiheuttaa pahoja vahinkoja. Täten on tärkeää että korotetun lattian alle asennetaan jonkinlaiset vuodon ilmaisuvälineet ilmaisemaan vuoto niissä nestettä kuljettavissa putkissa, jotka kulkevat korotetun lattian alla. Koska tämän luontoiset installaatiot yleensä ovat varsin laaja-alaisia ja vuoto voi tapahtua missä tahansa kohdassa kokonaispintaa korotetun lattian alla, tällaisten ilmaisulaitteiden täytyy pystyä havaitsemaan ja ilmaisemaan vuoto laajalla alueella. Yleensä on aikaisemmilla vuodon ja kosteuden ilmaisimilla ollut kyky tuntea tällainen vuoto tai kosteus vain pienellä alueella. Täten olisi mahdollista kattaa laaja alue asentamalla suuri määrä tällaisia laitteita. Tämä ratkaisu tulee kuitenkin kalliiksi ja vaivalloiseksi. Täten on olemassa tarve saada aikaan yksi järjestelmä, joka pystyy ilmaisemaan vuodon laajalla alueella.

Nesteen, esimerkiksi veden läsnäolon ilmaisemiseksi on ollut tunnettua käyttää kapasitiivisia antureita eli tuntoelimiä. Yleisesti sanoen, kondensaattorituntoelin on kytketty jonkinlaiseen oskillaattoriin ja muutokset joko taajuudessa tai virrassa havaitaan ja niitä käytetään antamaan ulostuloindikaatio joko nesteen läsnäolosta taikka suhteellisen kosteuspitoisuuden määrästä. Tyypillinen tämän luontoinen järjestelmä on esitetty USA-patentissa 3 710 .

Tässä järjestelmässä suurtaajuusoskillaattori on muuntajan kautta kytketty kapasitiiviseen sondiin. On muodostettu tuntopiiri, joka käyttää mittaria osoittamaan suhteellista kosteuspitoisuutta ja antaa ulostulon vertailulaitteeseen, jota käytetään venttiilin ohjaamiseen. Kuten muissakin ennestään tunnetuissa järjestelmissä on tuntoelimellä rajoitettu koko eikä se tehokkaasti ratkaise pulmaa, joka esiintyy vuotojen ilmaisemisessa korotettujen lattioiden alla. Muita kapasitiivisia tuntojärjestelmiä on käytetty nestetasojen mittaamiseen. Erästä tällaista järjestelmää tarjoaa toiminimi Amiprodux, Inc. New York. Samalla tavoin kuin edellä mainitussa USA-patentissa esitetyssä järjestelmässä kapasitiivinen sondi on kytketty suurtaajuusoskillaattoriin ja siihen on liitetty tunto-piiri tuntemaan virta tai jännite, joka muuttuu kun kapasitanssi muuttuu. Tällaisen järjestelmän tuntoelimet joko antavat ulostulon käyttämään mittaria nestekorkeuksien suhteellisen tason osoittamiseksi tai niihin voi kuulua tavanomainen liipaisupiiri, joka on 3 59491 asetettu Hipaisemaan tietyllä jännitteellä tai virralla osoitukseksi tietystä korkeasta tai matalasta nestetasosta. Tässä järjestelmässä kuten muissakin ennestään tunnetuissa järjestelmissä ka-pasitiivinen sondi on suunniteltu käytettäväksi pystysuorassa järjestelyssä tankissa tai senkaltaisessa eikä ole erikoisemmin sopiva ilmaisemaan vuotoa isoilla lattia-aloilla. Täten havaitaan, että on olemassa tarve saada aikaan tuntojärjestelmä, jota voidaan käyttää ilmaisemaan vuoto lattialla tai senkaltaisella.

Esillä olevalla keksinnöllä on aikaansaatu kapasitiivinen tunto-sondi, joka pystyy tehokkaasti ilmaisemaan nestevuodon laajoilla alueilla ja se tunnetaan pääasiallisesti siitä, että johtimet on tuettu olennaisesti yhdensuuntaisiksi toistensa kanssa ja ainakin 12 mm:n etäisyydelle toisistaan, useilla välimatkan päässä toisistaan sijaitsevilla uumaosilla, jotka ulottuvat toisen johtimen päällysteestä toisen päällysteeseen siten, että olennaisella osalla kaapelin pituutta on avoimia tiloja päällystettyjen johtimien välissä, että johtimet ulottuvat ulos päällysteestä kaapelin toisessa päässä, niin että on mahdollista kiinnittää kapasitiivinen tuntosondi kapasitanssia tuntevaan laitteeseen ja että johtimet ovat eristetyt vastakkaisessa päässä, niin että kun nestettä on läsnä avoimissa tiloissa tuntosondin pituudella, joka muodostaa 2 % tai enemmän sondin pituudesta tapahtuu kapasitanssin muutos, joka on sitä suuruusluokkaa, että se riittää käynnistämään hälytyslaitteen. Laitteen ollessa toiminnassa vuoto lattialle aiheuttaa sen, että neste täyttää näiden kahden johtimen välit niissä kohdissa, joissa uumaosia ei ole, muuttaen niiden välistä di-elektrisiteettivakiota ja siten muuttaen tuntoelimen kokonaiskapa-sitanssia, mistä on seurauksena muutos kapasitanssin läpi kulkevassa virrassa, joka ilmaistaan tavanomaisin ilmaisuvälinein antamaan ulostulohälytys. Esimerkiksi kun johtimien väli on n. 1,9 cm, vuodon ilmaisu tapahtuu tuntoelimessä, joka on vähintään 21 m, jos vain likimain 30 cm:n pituisessa osassa tuntoelintä on vettä sen avoimissa väliosissa. Valitsemalla johtimien väli pituuden funktiona yli 30 m:n pituiset tuntoelimet ovat mahdollisia.

Oheisissa piirustuksissa on kuvattu keksinnön suoritusesimerkkiä.

4 59491

Kuvio 1 esittää lohkokaaviona esillä olevan keksinnön mukaista ilmaisuj ärj estelmää.

Kuvio 2 on perspektiivikuva osasta tämän keksinnön mukaista tunto-sondia .

Kuvio 3 esittää päältä katsottuna tyypillistä järjestelmän pohjapiirrosta, jossa käytetään esillä olevan keksinnön mukaista tunto-sondia.

Kuvio 4 on perspektiivikuva tavasta, jolla esillä olevan keksinnön mukainen tuntosondi voi olla asennettu lattialle.

Kuvio 5 esittää lohkokaaviona hälytysjärjestelmää.

5 59491

Kuvio 1 kuvaa kaaviollisessa muodossa esillä olevan keksinnön mukaista tuntojärjestelmää. Radiotaajuisen oskillaattorin 11 ulostulo on muodostettu piiriksi, johon sisältyy kapasitanssi, joka on muodostettu eristetyistä, välin päässä toisistaan olevista johti-mista 13, joiden välisessä uumaosassa on aukot 19· Johtimien 13 välinen kapasitanssi on: ΚΔ C = “5— missä K = dielektrisiteettivakio d A = johdinala d = johtimien välimatka Täten kapasitanssi on funktio johtimien välisen aineen dielektrisi-teettivakiosta K. Johtimien 13 muodostaman kapasitanssin impedanssi on XC = —--

2nfC

Kun kapasitanssi muuttuu, muuttuu impedanssi ja virta kapasitanssin lävitse. Täten kun vettä tulee johtimien 13 välisiin tiloihin, joissa johtimia 13 aikaisemmin erotti ilma, dielektrisyysvakio ja täten kapasitanssi muuttuu ja sen mukana virran kulku kapasitanssin lävitse. Tämä virran muutos ilmaistaan ilmaisimella ja vahvistimella 14 ilmaisupiirin liipaisemiseksi, joka antaa ulostulon hälytykseen 15, joka selitetään jäljempänä. Lohkojen 11, 14 ja 15 piirit ovat tavanomaisia piirejä, eikä niitä tässä selitetä lähemmin. Kuten edellä mainittiin, laite, joka sisältää mainitut piirit, on saatavissa toiminimeltä Amiprodux, Inc. New York.

Esillä olevan keksinnön mukaisen tuntosondin rakenne sen perusmuodossa on kuvattu kuviossa 2. Kaksi johdinta 13 on päällystetty muoviaineella tai senkaltaisella (esim. polyeteenillä, PVC:llä tai teflonilla) siten, että niiden väliin on muodostettu väliuumaosat 17 näiden kahden johtimen välimatkan pitämiseksi vakiona. Koko tuntosondi voi olla valettu tai pursotettu yhtenä kappaleena taikka valmistettu jollakin muulla sopivalla tavalla, niin että muodostuu olennaisesti litteä, taipuisa kaapeli, joka voidaan helposti kiinnittää lattiaan jäljempänä selitetyllä tavalla. Tuntosondin 18 kaukopää on eristetty tarkoituksella estää virran kulku johtimien välillä niiden päässä tarkoituksettoman oikosulun tapahtuessa. (Virta piirissä on pieni eikä muodosta vaaraa henkilökunnalle. Oikosulku 6 59491 kuitenkin aiheuttaisi hälytyksen). Kun lattialla ei ole nestettä, määräytyy tuntoelimen 18 kapasitanssi, joka tuntoelin voidaan valmistaa halutun pituiseksi, muuttujista d (johtimien välimatka), A (johtimien poikkipinta-ala) ja ilman ja uuma-aineen dielektrisyysvakioista johtimien välissä. A, pinta-ala, on funktio johtimen pituudesta ja sen koosta. Täten voidaan havaita, että kun käytetään pitempiä tuntoelimiä 18, kapasitanssi voidaan saada pysymään vakiona suurentamalla arvoa d, so. johtimien välistä etäisyyttä. Kuivalle lattialle asentamisen jälkeen kuvion 1 mukainen ilmaisin 14 voidaan asetella siten, että se ei anna hälytysulostuloa. Jos tapahtuu vuoto ja jotkut kuvion 2 mukaiset välit 19 saavat vettä, muuttuu dielektrisyys-vakio K muuttaen kapasitanssia ja tämän seurauksena oleva virran muutos tunnetaan ilmaisimella ja aiheutetaan ulostulosignaali kuvion 1 mukaiseen hälytykseen. (Veden dielektrisyysvakio on 81 verrattuna ilman vakioon 1. Täten muutos on merkittävä). Tuntosondimuoto, jossa olennainen osa johtimien välisestä tilasta on avoin veden päästämiseksi korvaamaan ilman, on kriitillinen, jos järjestelmän on tunnettava vesi pienellä suhteellisella osalla kokonaispituudesta. Samalla tavoin oikea väli on tärkeä ja olemme ajatelleet, että minimiväliä noin 18 mm olisi käytettävä, kun käytetään suhteellisen pitkiä tuntosondeja.

Kuvio 3 kuvaa tyypillistä pohjakaavaa installaatiolle, jossa käytetään esillä olevan keksinnön mukaista tuntojärjestelmää. Kuten kuviosta nähdään, on käytetty kahta lähetintä 11 syöttämään erillisiä tuntosondeja 21 ja 23, jotka peittävät suuren alueen esimerkiksi tietokonelattian alla. Nämä kaksi lähetintä 11 on sitten johdoilla 25 kytketty ilmaisinpiiriin ja hälytyspaneeliin 27, kuten edellä selitettiin.

Kuvio 4 kuvaa menetelmää tuntosondin asentamiseksi lattialle sillä tavoin, että se on sähköisesti eristetty ja suojattu päälleastumi-selta taikka vahingoittumiselta muita laitteita asennettaessa tai siirrettäessä. Tuntosondi 29 on sijoitettu tasaisesti lattialle ja sen päälle on sijoitettu kanava 31. Kanava 31 pidetään irti lattiasta välyksen verran, joka on noin 6 mm, kuten kuviossa on osoitettu viitenumerolla 33· Sekä kanava 31 että tuntosondi 29 pidetään lattialla kiinnittimillä, jotka sijaitsevat välin päässä toisistaan pitkin kanavan 31 ja tuntosondin 29 pituutta. Jokaisessa kiinnityskohdassa tuntosondi on peitetty kaistaleella muovia tai senkal- 7 59491 täistä 35 sondin pitämiseksi Iitteinä lattiaa vastaan. Tuntosondin molemmille puolille on sijoitettu välilevy 37 kanavan 31 alle, mikä välilevy aikaansaa mainitun noin 6 mm:n välyksen lattian ja kanavan välille. Muovikaistale 35 pidetään lattian ja välilevyjen välissä, mikä pitää sondin paikallaan. Kanavan 31 reunat nojaavat osaan välilevyjä 35* Sanganmuotoinen kiinnitin eli kiinnitysraksi 39 on sijoitettu kanavan 31 päälle ja molemmat välilevyt 37 pidetään paikoillaan kierteite-tyillä kantaruuveilla 4l, jotka kulkevat kiinnittimessä eli raksissa 39 ja välilevyissä 37 olevien reikien lävitse ja ovat kierretyt kiinni lattiaan. Välilevyt 37, kanava 31 ja raksit 38 voivat olla valmistetut muovista tai metallista. Muovi on edullista niiden mahdollisten vaikutusten välttämiseksi, joita metallilla voi olla tuntosondiin 29. Vaikka esitetty on vain yksi sarja pitovälineitä, joihin kuuluvat välilevyt 37, raksi 39 ja ruuvit 41, on huomattava, että näitä käytetään määrävälein aikaansaamaan tarpeellinen kiinnitys kanavalle 31 ja tuntoelimelle 29. Välys 33, joka on olemassa alueilla kiinnittimien ja välilevyjen välissä, päästää veden tai muun juoksevan aineen, joka voi vuotaa lattialle, virtaamaan kanavan 31 alle ja toimimaan yhdessä kapasitiivisen tuntoelimen 29 kanssa edellä selitetyllä tavalla. Kanava ja kiinnitin ja välilevyt muodostavat rakenteellisen tuen tuntoelimen pitämiseksi paikallaan ja sen suojaamiseksi sen jälkeen kun se on asennettu.

Kuvio 5 kuvaa yksinkertaistettua muotoa hälytysjärjestelmästä, jota voidaan käyttää esillä olevan keksinnön kanssa. Kuvion 1 mukainen ilmaisin 14 antaa ulostulon johtoon 50, kun nestettä tunnetaan.

Johto 50 on kondensaattorin 51 kautta kytketty releeseen 53, joka antaa tehon hälytyskelloon 55 sisäänmenosta riippuvaisesti. Johto 50 ohjaa myös relettä 57, joka käyttää indikaattoria 59· Releen 53 maajohto on kytketty kytkimen 6l kautta. Kun vuoto havaitaan, hälytys 55 soi ja lamppu 59 (joka voi olla tehty vilkkuvaksi tavanomaiseen tapaan) palaa. Kytkimen 61 painaminen palauttaa hälytyskellon, mutta lamppu 59 jää palamaan siihen saakka kunnes tuntosondi on kuivanut ja johdon 50 ulostulo palaa normaaliksi ja päästää releen 57.

Eräässä installaatiossa, jossa tätä järjestelmää käytettiin, tuntosondin johtimet olivat 18 mm:n päässä toisistaan ja pituus likimain 21 m, järjestelmä pystyi tuntemaan vuodon, kun vettä oli läsnä likimain 30 cm:n pituudelta tuntoelimen pituudesta. Kuten edellä mai- 8 59491 riittiin, pitemmät tuntoelimet ovat mahdollisia, kun lisätään johtimien väliä litteässä tuntoelimessä.

Täten on esitetty parannettu kapasitiivinen tuntojärjestelmä, joka on erityisen hyödyllinen ja käyttökelpoinen ilmaisemaan vuodon tie-tokoneinstallaation tai senkaltaisen lattian alla. Vaikka on kuvattu ja selitetty tietty suoritusmuoto, on alan ammattimiehelle ilmeistä, että erilaiset modifikaatiot ovat mahdollisia poikkeamatta keksinnöllisestä ajatuksesta, ja että keksinnön rajat on määritelty vain oheisissa patenttivaatimuksissa.

> v >

Claims (11)

1. 9 59491
2. 1. Pitkänomainen kapasitiivinen tuntosondi nesteen läsnäolon tuntemiseksi missä kohdassa tahansa pitkin tuntosondin pituutta, muodostuen litteästä kaapelista (18), jonka pituus on yli 150 cm ja joka on tehty ensimmäisestä ja toisesta johtimesta (13), jotka on päällystetty eristysaineella, tunnettu siitä, että joh-timet (13) on tuettu olennaisesti yhdensuuntaisiksi toistensa kanssa ja ainakin 12 mm:n etäisyydelle toisistaan, useilla välimatkan päässä toisistaan sijaitsevilla uumaosilla (17), jotka ulottuvat toisen johtimen päällysteestä toisen päällysteeseen siten, että olennaisella osalla kaapelin pituutta on avoimia tiloja (19) päällystettyjen johtimien välissä, että johtimet (13) ulottuvat ulos päällysteestä kaapelin toisessa päässä, niin että on mahdollista kiinnittää kapasitiivinen tuntosondi kapasitanssia tuntevaan laitteeseen (11) ja että johtimet ovat eristetyt vastakkaisessa päässä, niin että kun nestettä on läsnä avoimissa tiloissa (19) tuntosondin pituudella, joka muodostaa 2 % tai enemmän sondin pituudesta tapahtuu kapasitanssin muutos, joka on sitä suuruusluokkaa, että se riittää käynnistämään hälytyslaitteen.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että päällyste ja uumaosat (17) ovat samaa kappaletta.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että päällyste ja uumaosat (17) on valmistettu muoviainees- ta. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että uumaosat (17) on muodostettu ensin varustamalla ensimmäinen ja toinen johdin (13) jatkuvalla uumalla, joka yhdistää ne, ja sen jälkeen valinnaisesti leikkaamalla pois osia tästä uumasta tarkoituksella muodostaa useita välin päässä toisistaan olevia johtimet yhdistäviä uumaosia (17).
5. 5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tuntosondi, t unnet t u siitä, että mainitut useat uumaosat (17) ovat tasavälein pitkin mainitun kaapelin pituutta.
6. 6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että se on sijoitettu lattialle tuntemaan nestevuoto latti- 10 59491 alla ja että laitteeseen lisäksi kuuluu a) suojaava kanavakouru (31)» joka on sijoitettu mainitun tun- tosondin muodostavan kaapelin (18) päälle ja t>) useita välimatkan päässä toisistaan olevia kiinnitysväli- neitä (37, 39» ^1) kanavakourun (31) ja kaapelin (18) pitämiseksi lattiassa ja kanavakourun pitämiseksi välin (33) päässä lattiasta, niin että vuoto pääsee kaapeliin.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että kiinnitysvälineisiin kuuluu a) ensimmäinen ja toinen välilevy (37), jotka on sijoitettu kaapelin (18) vastakkaisille puolille siten, että kanavakouru (31) lepää näillä välilevyillä, b) sangan muotoinen kiinnitin (39), joka on sijoitettu kanavakourun (31) ylitse ja nojaa välilevyihin (37) ja c) ensimmäiset ja toiset kiinnitysvälineet (41), jotka pistävät kiinnittimen (39) läpi kaapelin (18) kummallakin puolella ja välilevyjen (37) läpi lattiaan pitäen mainitut kiinnittimet (39), välilevyt (37) ja kanavakourun (31) paikallaan.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että ensimmäisinä ja toisina kiinnitysvälineinä (4l) on ruuvit.
9. 9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että siihen kuuluu kaistale (35) ohutta muovia, joka ulottuu ensimmäisen välilevyn (37) ja lattian välistä kaapelin ylitse ja toisen välilevyn (37) ja lattian väliin kaapelin pitämiseksi paikallaan.
10. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että tuntosondi kiinnitysvälineineen on sovitettu alalattialle korotetun lattian alapuolelle, jolle elektroninen laitteisto on sovitettu siten, että laitteiston osien väliset kaapelit.sijaitsevat alalattialla.
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tuntosondi, tunnettu siitä, että hälytyslaitteisiin kuuluu a) kuuluvat hälytysvälineet (55), b) näkyvät hälytysvälineet (59), ja n 59491 c) välineet kuuluvien hälytysvälineiden (55) palauttamiseksi, jolloin näkyvät hälytysvälineet (59) jäävät toimimaan, kunnes tun-tosondi (18) on kuiva.