NO146110B - Langstrakt kapasitiv foeler for paavisning av vaeske - Google Patents

Abstract

Langstrakt kapasitivføler for påvisning av væske.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår påvisning av lekkasje i

sin alminnelighet og mer bestemt et forbedret følersystem for påvisning av væskelekkasje over et større område.

Ved store anlegg med elektronisk utstyr, såsom data-maskiner og liknende, blir utstyret i alminnelighet plasert på et høyereliggende gulv mens forbindelseskabler mellom de forskjellige deler av utstyret løper under gulvet. Dette gjør det lett å kople sammen de forskjellige enheter og å søke etter feil når problemer oppstår. Utstyr av denne art frembringer betydelige mengder varme og er som regel forsynt med luftkondisjonering og kjøleanheter.

Under det nevnte gulv og i skillevegger vil det derfor i tillegg til forbindelseskablene, også finnes rør som fører væske, f.eks. vann, som benyttes til luftkondisjoneringen. En lekkasje i et av disse rør blir ikke oppdaget med en gang av personalet som bruker utstyret fordi lekkasjen befinner seg under det hevede gulv. På det tidspunkt da en slik lekkasje påvises kan det finnes så store vann-mengder under gulvet at kablene ligger under vann, hvorved alvorlige problemer oppstår, og dessuten kan det oppstå skade i taket og på utstyr i etasjen under. Dessuten kan fuktighet fra vannet finne vei inn i det elektroniske utstyr og skade dette alvorlig. Det er således viktig at man har en eller annen form for påvisning av lekkasje i området under det hevede gulv slik at man oppdager lekkasje fra væskeførende rør som befinner seg under gulvet. Da anlegg av denne art i alminnelighet er temmelig store og lekkasje kan finne sted hvor som helst i hele området under det hevede gulv, må en slik føleranordning være i stand til å påvise lekkasje over store områder. Tidligere kjente detektorer for påvisning av lekkasje og fuktighet

er bare i stand til å påvise uregelmessigheter i denne forbindelse innenfor et lite område. Det ville således bare være mulig å overvåke større områder ved å installere et stort antall slike detektorer, men denne løsning blir kostbar og komplisert. Det er således behov for et enkelt system som kan påvise lekkasje over store områder.

En tidligere kjent måte for påvisning av tilstedeværelse av væske, f.eks. vann, går ut på anvendelse av kapasitive følere. Generelt sett blir en kapasitiv føler forbundet med en oscillator

av en eller annen type, og man måler forandringer enten i frekvens eller strøm, og disse forandringer gir en indikasjon om at væske er tilstede eller man kan avlese mengde eller fuktighetsprosent. Et typisk system av denne art er beskrevet i U.S. patent nr. 3.710.244. I dette spesielle system er en høyfrekvens-oscillator med en trans-formator koplet til en kapasitiv føler. Det finnes også en følerkrets som driver et instrument for å angi fuktighetsprosenten og for å

avgi en utgang til en sammenlikningsanordning som styrer en ventil. Som ved andre kjente systemer har imidlertid føleren en begrenset størrelse og vil ikke på noen effektiv måte kunne løse problemet med påvisning av lekkasjer under hevede gulv. Andre kapasitive føler-systemer er blitt benyttet til måling av væskenivåer.

Et slikt system markedsføres av Amiprodux, Inc., New York, U.S.A. På samme måte som i det system som er beskrevet i det nevnte amerikanske patent er en kapasitiv føler koplet til en høyfrekvns-oscillator og en følerkrets er tilknyttet for å måle strøm eller spenning som forandrer seg når kapasiteten forandrer seg. Følere i slike systemer vil enten avgi en utgang som driver en måler for angivelse av prosentdeler av væskenivåer eller kan ha vanlige ut-løserkretser som er stilt inn på å løse ut ved en bestemt spenning eller strøm for å angi et spesielt høyt eller lavt væskenivå. I

dette system som i tidligere kjente systemer, er den kapasitive føler beregnet for anvendelse i vertikal .stilling i en tank eller liknende og er ikke særlig egnet for påvisning av lekkasje og større gulvflater. Man ser således at det er et behov tilstede for et følersystem som kan benyttes for påvisning av lekkasje over et gulv eller liknende.

Ved foreliggende oppfinnelse er man kommet frem til et kapasitivt følersystem som på en effektiv måte kan påvise væskelekkasje over store områder. Føleren omfatter to parallelle tråder innlagt i plastmateriale, såsom polyetylen, PVC eller teflon med trådene holdt i avstand fra hverandre av mellomliggende stegdeler av samme materiale slik at det dannes en flat kabel som kan legges på gulvet der lekkasje skal påvises. Under bruk vil en lekkasje på gulvet føre til at væske fyller rommene mellom de to tråder i åpninger i steget, og dette vil føre til forandring i den dielektriske konstant mellom dem og derved forandres også den totale kapasi-tet for føleren slik at man får en forandring i strømmen gjennom føleren som danner en kondensator. Forandringen i den strøm som flyter påvises av vanlig måleutstyr og kari gi et varsel. For eksempel med trådene 18 mm fra hverandre vil påvisning av lekkasje finne sted i en føler som er 25 m lang bli påvist om bare 30 cm av føleren har vann i åpningene. Ved valg av avstanden mellom trådene som en funksjon av lengden vil følere med lenger på 35 m og mer være mulig.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart nærmere

under henvisning til tegningene der:

Fi9 , 1 viser et blokkdiagram for følersystemet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser et stykke av føleren i henhold til oppfinnelsen, sett i perspektiv,

fig. 3 viser et typisk opplegg der man bruker en føler

i henhold til oppfinnelsen,

fig. 4 viser, i perspektiv, hvorledes føleren i henhold til oppfinnelsen kan monteres på et gulv og

fig. 5 viser et blokkskjerna for et alarmsystem .

På fig. 1 angir oscillatoren 11 en utang til en krets som har en kondensator dannet av omhyllede tråder 13 som ligger i avstand fra hverandre og har mellomliggende åpninger 19. Kapasiteten mellom trådene 13 vil tilsvare:

KA

C = der K = dielektrisitetskonstanten

A = trådarealet og

d = avstanden mellom trådene.

Man ser således at kapasiteten er en funksjon av dielektrisitetskonstanten K for materialet mellom de to tråder. Impedansen for kapasitoren som dannes av trådene 13 vil være:

Når kapasiteten forandrer seg, vil også impedansen og strømstyrken gjennom kapasitoren forandre seg. Når man får vann i mellomrommene mellom de to tråder 13 der disse tidligere var skilt fra med luft, vil dielektrisistetskonstanten og dermed også kapasiteten forandre seg, og dette endrer også styrken på strømmen som flyter i kondensatoren. Denne endring i strømmen måles av en detektor 14 og en forsterker og benyttes til utløsning av en detektorkrets som vil gi en utgang til en alarm 15, som skal beskrives nærmere i det følgende. Kretsene for blokkene 1, 14 og 15 er vanlige kretser og vil ikke bli omhandlet i detalj. Utstyr med slike kretser markeds-føres som nevnt, av Amiprodux, Inc., New York, U.S.A.

Oppbygningen av følere i henhold til oppfinnelsen er vist i sin grunnform på fig. 2. De to tråder 13 er omhyllet i et plastmateriale eller liknende (såsom polyetylen, PVC eller teflon) med avstandssteg 17 som skal sørge for konstant avstand mellom de to tråder. Hele føleren kan støpes eller ekstruderes i ett stykke eller fremstilles på annen konvensjonell måte slik at man får en stort sett flat,fleksibel kabel som lett kan festes til gulvet på en måte som skal beskrives i det følgende. Den fri ende av føleren 18 må isoleres for å hindre at det flyter strøm mellom trådendene i tilfelle man får en utilsiktet kortslutning. (Strømmen i kretsen er liten og det er ikke noen fare for personalet, men en kortslutning ville utløse alarmen). Uten væske på gulvet vil kapasiteten for føleren 18 som kan ha en hvilken som helst ønsket lengde, bestemmes av de variable faktorer d som er avstanden mellom trådene, A som er arealet av trådene og de dielektriske konstanter for luft og materiale i steget mellom trådene. A, nemlig arealet, vil være en funksjon av trådenes lengde og deres tykkelse. Man vil se at når man benytter lange lengder av føleren 18, kan kapasiteten gjøres konstant ved å øke verdien av d, det vil si avstanden mellom de to tråder. Etter installasjon på et tørt gulv kan detektoren 14 på fig. 1 justeres slik at den ikke gir alarm. Hvis det oppstår en lekkasje og en eller annen av åpningene 19 på fig. 2 blir fylt med vann, vil den dielektriske konstant K forandre seg og skape en endring i kapasiteten, slik at strømmen også forandrer seg, en forandring som vil bli merket av detektoren og fører til at alarmen 15 på fig. 1 trer i virksomhet.

(Vann har en dielektrisk konstant på 81 sammenliknet med luft som har en dielektrisk konstant på 1. Forandringen vil av den grunn bli meget betydelig). Føleroppbygningen der en vesentlig del av rommet mellom trådene er åpent for å gjøre det mulig for vann å erstatte luft, er kritisk hvis systemet skal påvise vann over en liten brøkdel av følerens lengde. På samme måte er riktig avstand viktig, og det antas at en minimums avstand på 18 mm må benyttes når føleren har store lengder.

Fig. 3 viser et typisk mønster for en installasjon der følersystemet i henhold til oppfinnelsen benyttes. Som vist har man her to RF-oscillatorer 11 som mater de to adskilte følere 21 og 2 3 for å overvåke et stort område under gulvet for en datamaskin som her er valgt som eksempel. De to sendere 11 er med ledninger 25 forbundet med en detektorkrets med alarmpanel 27 som beskrevet ovenfor. Fig. 4 viser hvorledes føleren kan monteres på gulvet på en slik måte at den blir elektrisk isolert og beskyttet mot å bli tråkket på eller skadet mens annet utstyr installeres eller flyttes. Føleren 29 er lagt flat på gulvet og er dekket med kanalen 31. Kanalen 31 holdes i avstand fra gulvet med en klaring på rundt 12 mm, som antydet ved dimensjonen 33. Både kanalen 31 og føleren 29 holdes mot gulvet av braketter som står i avstand fra hverandre langs lengden av kanalen 31 og føleren 29. Ved hvert fast punkt er føleren dekket med et plastbånd 35 eller liknende for å holde føleren fast mot gulvet. På hver side av føleren finnes et avstandsstykke 37 under kanalen 31, og det er denne som skaper kanalens avstand på 12 mm fra gulvet. Plastbåndet 35 holdes mellom gulvet og avstandsstykkene som holder føleren på plass. Kantene av kanalen 31 hviler

på en del av avstandsstykkene 37. En festestropp 39 er lagt over kanalen 31 og avstandsstykkene 37 holdes på plass med skruer 41

som stikker gjennom hull i stroppen 39 på avstandsstykkene 37 og som erjdrevet inn i eller skrudd ned i gulvet. Avstandsstykkene 37, kanalen 31 og stroppen 39 kan være av plast eller metall. Plast foretrekkes for å unngå mulige virkninger metall kan ha på føleren 29. Selv om bare ett sett holdeanordninger,som omfatter avstandsstykkene 37, braketter 39 og skruene 41, er vist er det klart at slike holdeanordninger må finnes med jevne mellomrom for å gi den nødvendige støtte for kanalen 31 og føleren 29. Klaringen 33 i området mellom brakettene og avstandsstykkene tillater vann eller annen væske som lekker ut på gulvet å strømme inn under kanalen 31 for å samvirke med den kapasitive føler 29 på den måte som er beskrevet ovenfor. Kanalen, brakettene og avstandsstykkene danner en konstruksjon som holder føleren på plass og beskytter denne etterat installering har funnet sted.

Fig. 5 viser i forenklet form, alarmsystemet som kan benyttes i foreliggende oppfinnelse. Detektoren 14 på fig. 1 vil avgi en utgang på lederen 50 når væske føles. Denne utgang føres gjennom en kondensator 51 til et låserelé 53 som gir energi til en alarmklokke 55 når det skal gis signaler. Lederen 50 vil også på-virke et relé 57 som styrer en indikator 59. Releet 53 er koplet til jord gjennom en bryter 61. Når en lekkasje oppdages, vil alarmen 55 ringe og lampen 59 (som kan blunke på vanlig måte) vil lyse opp. Inntrykning av bryteren 61 vil stille alarmklokken tilbake, men lampen 59 vil fortsette å lyse inntil føleren er tørket og utgangen på lederen 50 går tilbake til normalt og utløser releet 57.

Ved en installasjon der dette system ble anvendt og der trådene i føleren lå med en avstand på 18 mm, hadde føleren en lengde på 25 m. Dette system var i stand til å føle en lekkasje når det var vann tilstede over et stykke på omtrent 30 cm av følerens lengde. Som nevnt ovenfor kan man benytte lenger føler hvis man øker avstanden mellom trådene i den flate føler.

Oppfinnelsen tilveiebringer således et forbedret kapasitivt følersystem som er særlig nyttigved påvisning av lekkasje under gulv for datamaskinanlegg. Selv om det her er vist og beskrevet en spesiell utførelsesform er det klart at fagfolk at forskjellige modi-fikasjoner kan gjøres uten at man går utenom oppfinnelsens ramme.

Claims (5)

1. Langstrakt kapasitiv føler for påvisning av væske et hvilket som helst sted langs følerens lengde, omfattende en flat kabel med en lengde på mer enn 1,5 m med to tråder omhyllet av isolerende materiale og holdt stort sett parallelt med hverandre, karakterisert ved at avstanden mellom trådene er mer enn 12 mm og at de er holdt i denne avstand fra hverandre ved hjelp av en flerhet av steg som er anordnet med åpne mellomrom.

2. Langstrakt kapasitiv føler som angitt i krav 1, karakterisert ved at omhyllingen og stegene er i ett stykke med hverandre.

3. Langstrakt kapasitiv føler som angitt i krav 2, karakterisert ved at omhyllingen og stegene er av et plastmateriale.

4. Langstrakt kapasitiv føler som.angitt i krav 3, karakterisert ved at flerheten av steg er dannet ved først å omhylle de to tråder med et sammenhengende steg som forbindelse mellom dem, idet utvalgte partier av det nevnte steg er skåret vekk for å danne en rekke for-bindelsessteg med mellomliggende åpne rom.

5. Langstrakt kapasitiv føler som angitt i krav 2, karakterisert ved at stegene er jevnt fordelt over kabelens lengde.