DE2415640C2

DE2415640C2 - Kapazitiver Fühler zur Ermittlung der Anwesenheit einer Flüssigkeit und entsprechende Befestigungsanordnung

Info

Publication number: DE2415640C2
Application number: DE2415640A
Authority: DE
Inventors: Reuben V. New York N.Y. Gustafson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-04-02
Filing date: 1974-03-30
Publication date: 1985-10-24
Also published as: JPS5410477B2; US3824460A; FI59491C; CH607034A5; AU6745574A; NO146110C; SE414345B; DE2415640A1; AU497869B2; DK140863C; IT1005915B; JPS5030586A; NO146110B; IL44572A0; GB1462222A; DK140863B; IL44572A; NO741171L; FR2223693B1; CA1052455A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Fühler der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechen- bo den Art.

In großen Anlagen elektronischer Geräte wie Computer o. dgl. sind die Geräte üblicherweise auf einem erhöhten Boden angeordnet, und es laufen die die einzelnen Geräte verbindenden Kabel unterhalb dieses Bodens. Dies erleichtert die Verbindung der verschiedenen Einheiten und das schnelle Eingreifen, wenn Schwierigkeiten auftreten. Derartige Geräte erzeugen im allgemeinen eine bedeutende Wärmemenge und sind daher üblicherweise mit einer Klimaanlage und einer Kühlung ausgerüstet

Unter dem Boden sind dabei neben den Verbindungskabeln häufig Rohrleitungen zu finden, die Flüssigkeiten, z. B. das in den Klimaanlagen benötigte Wasser, transportieren. Ein Leck in einer dieser Rohrleitungen wird von dem Bedienungspersonal wegen des erhöhen Bodens nicht sofort entdeckt werden. Wenn ein derartiges Leck dann doch festgestellt wird, kann es schon dazu geführt haben, daß eine zur Oberdeckung der Kabel ausreichende Menge von Wasser sich unter dem Boden angesammelt hat Dies kann schwerwiegende Probieme hervorrufen und auch die Decke und die Geräte in dem darunterliegenden Stockwerk beschädigen. Außerdem kann die Flüssigkeit sich einen Weg in die elektronische Ausrüstung bahnen und ernsthafte Schäden hervorrufen. Es ist daher wichtig, daß in dem Bereich unterhalb des erhöhten Bodens irgendeine Art von Leckermittlungsvorrichtung installiert wird, die jedes Leck an den flüssigkeitsführenden Rohrleitungen, die dort verlegt sind, ermittelt Da die in Rede stehenden Anlagen normalerweise recht ausgedehnt sind und ein Leck irgendwo innerhalb des gesamten Bereichs unterhalb des erhöhten Bodens auftreten kann, muß eine solche Fühlereinrichtung in 4er Lage sein, Leck.» in einem größeren Gebäudeteil zu entdecken.

Aus der GB-PS 9 25 656 ist ein kapazitiver Fühler der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art bekannt Dieser Fühler ist jedoch nur zur Ermittlung von Feuchtigkeit an einer bestimmten Stelle vorgesehen und umfaßt einen kurzen Abschnitt einer Stegleitung mit durchgehendem Steg, wobei sich die Kapazität zwischen den Drähten verändert, wenn der Leitungsabschnitt von Flüssigkeit oder einem sonstigen dielektrischen Medium erfaßt wird.

Natürlich wäre es grundsätzlich möglich, einen ausgedehnteren Bereich durch Einbau einer großen Anzahl derartiger Vorrichtungen zu erfassen. Diese Lösung ist jedoch teuer und schwerfällig.

Aus der DE-PS 5 79 184 ist eine Widerstandsfeuchtigkeitsanzeigevorrichtung für Isolierungen vorgesehen, die aus einem in einer Isolierung verlegten Kabel besteht, welches zum Beispiel längs einer Rohrisolierung verlaufen kann. Das Kabel kann zwei Leiter oder auch nur einen Leiter enthalten, wenn die Rohrleitung als zweiter Leiter herangezogen wird. Das Kabel ist seinerseits mit einer gegen Eindringen von Wasser porösen Umhüllung versehen. Wenn irgendwo Feuchtigkeit austritt, dringt sie durch die Umhüllung bis zu dem oder den Leitern des Kabels vor und schafft einen Kurzschluß, der ein elektrisches Signal auslöst

Diese Ausführungsform bildet zwar ein einheitliches System für die Ermittlung von Lecks in ausgedehnten Bereichen, doch ist seine Funktion, das sie auf durch Feuchtigkeit vermittelten Widerstandsänderungen beruht, unsicher und schon durch harmlose Feuchtigkeitsmengen wie bei hoher Luftfeuchtigkeit oder dem Auftreten von Kondenswasser beeinflußbar. Besonders nachteilig ist aber die Schwierigkeit, eine derartige An= Ordnung nach dem Auftreten und der Reparatur eines echten Lecks wieder in Betrieb zu setzen, da das durchfeuchtete Kabel, welches unter Umständen innerhalb der Isolierung auch noch schwer zu erreichen ist, erst vollständig durchgetrocknet werden muß, ehe es seine alte Funktionsfähigkeit wiedererlangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sichereren kapazitiven Fühler zu schaffen, der ein Flüssig-

keitsleck über große Bereiche entdecken kann und nach der Reparatur eines Lecks unverzüglich wieder in Bereitschaft ist

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst

Die Zwischenräume ;n dem Steg führen dazu, daß die Kapazitätsunterschiede verdeutlicht werden, weil sich im Normalfall Luft zwischen den Drähten befindet, im Falle ein-cä Lecks die Flüssigkeit die eine besonders im Fall von Wasser erheblich höhere Dielektrizitätskonstante als Luft aufweist Die Drähte sind voll isoliert, und es findet beim Auftreten eines Lecks keinerlei Durchtränkung statt so daß nach Entfernung der ausgetretenen Flüssigkeitsmenge der kapazitive Fühler sogleich wieder betriebsbereit ist

Zweckmäßig sind die Abstände zwischen den Zwischenräumen gemäß Anspruch 2 untereinander gleich.

Der Abstand der Drähte und die Länge der Stegleitung sollten aufeinander abgestimmt sein. Anspruch 3 gibt ein beispielsweises geeignetes Wertepaar wieder.

Es wurde gefunden, daß bei einem solchen kapazitiven Fühler ein Leck entdeckt werden kann, wenn der kapazitive Fühler nur auf einer Länge von ungefähr 30 cm Wasser in den offenen Zwischenräumen hat Durch geeignete Auswahl des Drahtabstandes als Funktion der Länge sind Fühlerlängen von über 30 m möglich.

In den Ansprüchen 5 bis 7 ist eine geeignete Befestigungsanordnung für den kapazitiven Fühler wiedergegeben, die ihn auf dem Boden festhält ihn schützt und dennoch den ungehinderten Zutritt der etwa ausgetretenen Flüssigkeit zu den Zwischenräumen der Stegleitung sicherstellt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild des Überwachungssystems der vorliegenden Erfindung;

Fig.2 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des kapazitiven Fühlers;

Fig.3 ist ein Grundriß einer typischen Ausführungsform des Überwachungssystems;

Fig.4 ist eine perspektivische Ansicht der Befestigungsanordnung;

F i g. 5 ist ein Blockschaltbild eines Alarmsystems.

In Fig. 1 liegt ein Radiofrequenzoszillator 11 mit seinem Ausgang an einer kapazitiven Anordnung, die durch die umhüllten, Abstand aufweisenden Drähte 13 mit den Öffnungen 19 gebildet ist Die Opazität zwischen den Drähten 13 ist gegeben durch:

KA

worin

K — Dielektrizitätskonstante,
A = Drahtfläche,
D = Drahtabstand.

Die Kapazität ist somit eine Funktion der Dielektrizitätskonstante K des Materials zwischen den beiden Drähten. Die Impedanz des durch die Drähte 13 gebildeten Kondensators ist gegeben durch

^Λ'~ 2iifC- Bei Änderungen der Kapazität werden die Impedanz und der Strom durch den Kondensator ebenfalls geändert Wenn somit Wasser in die Zwischenräume zwischen den beiden Drähten 13 gelangt, die davor durch Luft getrennt waren, ändern sich die Dielektrizitätskonstante und damit die Kapazität und mit dieser der durch den Kondensator fließende Strom. Diese Stromänderung wird durch den Detektor und Verstärker 14 festgestellt der einen Detektorkreis auslöst, der ein Ausgangssignal für die noch zu beschreibende Alarmvorrichtung 15 liefert Die Schaltungen der Blöcke 11, 14 und 15 sind bekannt und werden daher nicht beschrieben.

Der kapazitive Fühler 18 ist in seiner Grundform in F i g. 2 dargestellt Die beiden Drähte 13 sind mit Kunststoff (beispielsweise Polyäthylen, Polyvinylchlorid oder Polytetrafluorethylen) o. dgl. umhüllt wobei dazwischen Stege 17 vorgesehen sind, die einen konstanten Abstand der beiden Drähte 13 aufrechterhalten. Der ganze Fühler kann in einem Stück geformt oder extrudiert werden oder aber auch in einer ander; \ geeigneten Weise hergestellt werden und bildet eine in- wesentlichen Rache flexible Stegleitung, welche leicht auf die noch zu beschreibende Weise auf dem Boden angebracht werden kann. Die freien Enden des Fühlers 18 werden isoliert, um einen Stromfluß zwischen den Drähten 13 an den Enden im Fall eines versehentlichen Kurzschlusses zu verhindern. Der Stromfluß in der Schaltung ist gering, und es besteht keine Gefahr für das Bedienungspersonal. Ein Kurzschluß jedoch würde die Alarmvorrichtung auslösen. Wenn keine Flüssigkeit sich auf dem Boden befindet, ist die Kapazität des Fühlers 18. der in jeder beliebigen Länge hergestellt werden kann, durch die Variablen d, d. h. den Querabstand zwischen den Drähten 13. durch A, die Längsschnittfläche der Drähte 13 und durch die dielektrischen Konstangen der Luft und des Stegmaterials zwischen den Drähten 13 bestimmt. A, die Längsschnittfläche, ist eine Funktion der Länge des Drahtes und seines Durchmessers. Ersichtlich kann bei längeren Abmessungen des Fühlers 18 die Kapazität durch Erhöhung des Wertes d, d. h. des Abstandes zwischen den beiden Drähten 13, konstant gehalten werden. Nach Anbringung des Fühlers 18 auf einem trockenen Boden kann der Detektor 14 der Fig. 1 so justiert werden, drß noch kein Alarmsignal geliefert wird. Wenn nun ein Leck auftritt und einige der Zwischenräume 19 der F i g. 2 Wasser enthalten, ändert sich die dielektrische Konstante K und führt eine Änderung der Kapazität herbei, so daß die resultierende Stromänderung durch den Detektor 14 festgestellt und ein Ausgangssignal der Alarmvorrichtung 15 der F i g. 1 zugeleitet werden kann. Wasser hat eine Dielektrizitätskonstante von 81, wogegen Luft eine Dielektrizitätskonstante von 1 aufweist Die Änderung wird daher beträchtlich sein. Die Ausbildung des Fühlers, bei der ein wesentlicher Teil des Zwischenraumes zwischen Jen Drähten 13 offen ist, um die Ersetzung der Luft durch Wasser zu gestatten, ist kritisch, falls das System Wasser auf einem geringen Teil seiner vollen Länge feststellen soll. In ähnlicher Weise ist die Einhaltung des richtigen Abstandes nicht unwichtig, und es sollte ein Minimalabstand von 19 mm verwendet werden, wenn relativ lange Fühler zum Einsatz kommen.

F i g. 3 zeigt eine typische Überwachungsanordnung mit dem Fühlersystem der Erfindung. Zwei Oszillatoren 11 versorgen iwei separate Fühler 21 und 23, die eine große Fläche unter beispielsweise einem Computerboden erfassen. Die beiden Oszillatoren 11 sind dann über eine Leitung 25 mit dem Detektor 27 verbunden, der

dem Detektor 14 entspricht.

Fig.4 zeigt, wie ein kapazitiver Fühler 29 auf dem Boden so befestigt werden kann, daß er elektrisch isoüert und davor geschützt ist, daß während des Einbaus oder der Bewegung von Geräten auf ihn getreten oder er anderweitig beschädigt wird. Der Fühler 29 ist flach auf dem Boden angeordnet. Über ihm ist ein Schutzkanal 31 vorgesehen, der mit einem offenen Abstand von etwa 6 mm vom Boden ferngehalten ist, wie es durch das Maß 33 angedeutet ist. Sowohl der Schutzkanal 31 als auch der Fühler 29 werden durch Befestigungsbügel 39 auf dem Boden niedergehalten, die mit Abstand längs des Schutzkanals 31 und des Fühlers 29 angebracht sind. An jedem Befestigungspunkt ist der Fühler 29 mit einem Streifen 35 aus Kunststoff o. dgl. überdeckt, um ihn flach auf dem Boden zu halten. Zu beiden Seiten des Fühlers 29 ist unter dem Schutzkanal 31 je ein Abstandsstück 37 vorgesehen, welches den Abstand von etwa 6 mm vom Boden aufrechterhält. Der Kunststoffstreifen 35 ist zwischen dem Boden und den Abstandsstücken 37 festgehalten, die wiederum den Fühler 29 festlegen. Die Kanten des Schutzkanals 31 liegen auf einem Teil der Abstandsstücke 35 auf. Über dem Schutzkanal 31 und den Abstandsstücken 37 ist ein Befestigungsbügel 39 angeordnet, der zusammen mit den Abstandsstücken durch Gewindebolzen 41 befestigt ist, die durch Bohrungen in dem Befestigungsbügel 39 und den Abstandsstücken 37 hindurchgreifen und in den Boden eingetrieben oder eingeschraubt sind. Die Abstandsstücke 37, der Schutzkanal 31 und der Befestigungsbügel 39 können aus Kunststoff oder Metall bestehen. Kunststoff ist vorzuziehen, um Effekte zu vermeiden, die Metall auf den Fühler 29 haben könnte. Obwohl nur ein Satz von Befestigungsgliedern mit den Abstandsstücken 37, dem Befestigungsbügel 39 und den Bolzen 41 dargestellt ist, sollen diese in Abständen vorgesehen sein, um die nötige Festlegung für den Schutzkanal 31 und den Fühler 29 zu sichern. Der offene Abstand 33 in den Abschnitten zwischen dem Befestigungsbügel 39 und den Abstandsstücken 37 läßt es zu, daß Wasser oder andere Flüssigkeiten. die aus einem Leck auf den Boden fließen, unter den Schutzkanal 31 eindringt und mit dem Fühler 29 in der beschriebenen Weise in Wechselwirkung tritt.

F i g. 5 zeigt in vereinfachter Form eine Alarmvorrichtung, die der Alarmvorrichtung 15 entspricht. Der Detektor 14 der F i g. 1 liefert ein Ausgangssignal auf die Leitung 50, wenn das Vorhandensein von Flüssigkeit ermittelt worden ist. Die Leitung 50 ist über einen Kondensator 51 an ein Verriegelungsrelais 53 gekoppelt, welches in Abhängigkeit von dem Eingangssignal Leistung einer Alarmglocke 55 zuführt Die Leitung 50 betätigt auch noch ein Relais 57, welches eine Lampe 59 betreibt Das Relais 53 ist über einen Schalter 61 geerdet Wenn ein Leck festgestellt worden ist, schlägt die Alarmglocke 55 an und leuchtet die Lampe 59, die auch in der üblichen Weise als Blinklampe ausgebildet sein kann, auf. Eine Betätigung des Schalters 61 schaltet die Alarmglocke 55 ab, doch wird die Lampe 59 anbleiben, bis der Fühler getrocknet ist und das Signal auf der Leitung 50 auf seinen normalen Wert zurückkehrt und das Relais 57 abfallen läßt

Hierzu 2 Biatt Zeichnungen * f|

65 %

Claims

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Fühler zur Ermittlung der Anwesenheit einer Flüssigkeit, in Gestalt einer Stegleitung mit zwei einander parallelen, Querabstand voneinander aufweisenden, mit isolierenden Umhüllungen versehenen, miteinander durch isolierendes Stegmaterial veitmndenen, an benachbarten Enden an eine auf Kapazitätsänderungen ansprechende elektrische Einrichtung anschließbaren Drähten, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegleitung eine den Abmessungen eines zu überwachenden Gebäudeteils vergleichbare Länge aufweist und mindestens auf einem Teil der Länge der Stegleitung zwischen den umhüllten Drähten (13) mehrere Längsabstand voneinander aufweisende offene Zwischenräume (19) bestehen.

2. Kapazitiver Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die verbleibenden Stege (17) untereinander über die Länge der Stegleitung gleichen Abstand haben.

3. Kapazitiver Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querabstand der Drähte (13) ca. 19 mm und die Länge der Stegleitung ca. 21 m betragen.

4. Kapazitiver Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Stegmaterial bestimmte Teile des Stegmaterials weggeschnitten sind.

5. Befestigungsanordnung für einen kapazitiven Fühler nach den Ansprüchen 1 bit 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Sckutzprofil (31) umfaßt, welches den Fühler (29) am Boden h^: "Λ und am Boden durch eine Anzahl von Befestigungsgliedern (37, 39,41) angebracht ist, die das Schutzprofii (31) vom Boden fernhalten, so daß Flüssigkeit den Fühler (29) erreichen kann.

6. Befestigungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsglieder auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Fühlers (29) angebrachte Abstandsstücke (37), auf denen das Schutzprofil (31) aufliegt, Befestigungsbügel (39), die das Schutzprofil (31) übergreifen und auf den Abstandsstücken (37) aufliegen, sowie Befestigungsbolzen (41) umfassen, die auf jeder Seite die Befestigungsbügel (39) und die Abstandsstücke (37) durchgreifen und in den Boden eingreifen.

7. Befestigungsanordnung nach Anspruch 5 oder

6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen (35) aus dünnem Kunststoff vorgesehen ist, der sich zwischen dem ersten Abstandsstück (37) und dem Boden, über den Fühler (29) und zwischen dem zweiten Abstandsstück (37) und dem Boden erstreckt.

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