Пленка-скотч с системой полимерных датчиков для ранней диагностики аварийных ситуаций энергопроизводящих объектов

Полезная модель относится к технике контроля состояния промышленных объектов, работа которых связана с выделением тепла, в частности, тепловых, атомных и гидроэлектростанций, а также заводских и прочих помещений с повышенной пожарной опасностью, техническим результатом которой является оперативное предупреждение о возникновении аварийных ситуаций, в том числе раннего предупреждения о пожарной опасности до возникновения задымления и открытых очагов возгорания. В упрощенной схеме система может использоваться также в режиме определения «нормальный режим работы - аварийная ситуация», например, для выдачи аварийных сигналов при превышении температуры заранее заданного уровня в какой-либо точке поверхности контролируемого помещения. Для этой цели предлагается использовать специальную ленту типа «скотч», представляющую собой полимерную пленку из дегидрохлорированного ПВХ-пластиката, либо другого подходящего полимера, обладающего сильно выраженным эффектом зависимости сопротивления от температуры, на клеевую поверхность которой нанесены тонкие проводники, образующие систему параллельных кромке ленты проводящих линий. При наклеивании указанной ленты на поверхности защищаемого помещения в качестве основного или дополнительного покрытия двумя взаимно перпендикулярными слоями на поверхностях образуется ортогональная координатная {x, y}-сетка из электрических проводников, так что при изменениях локальных значений температуры возникает соответствующее локальное изменение сопротивления полимерной пленки, либо закорачивание проводников {x, y}-сетки, что при соединении указанной системы к простейшей компьютерной системе позволяет непосредственно на мониторе компьютера отследить распределение температуры по поверхностям контролируемого помещения. Отличительной особенностью предлагаемого устройства системы контроля температуры наряду с универсальностью, т.е. пригодностью к использованию одной и той же ленты в помещениях любой формы и размера являются также простота изготовления, помехоустойчивость и возможность одновременного получения декоративного эффекта за счет дополнительного нанесения на поверхность пленки печатного рисунка.

Описание полезной модели

Полезная модель относится к технике контроля состояния промышленных объектов, работа которых связана с выделением тепла, в частности, тепловых, атомных и гидроэлектростанций, а также заводских и прочих помещений с повышенной пожарной опасностью, техническим результатом которой является оперативное предупреждение о возникновении аварийных ситуаций, в том числе раннего предупреждения о пожарной опасности до возникновения задымления и открытых очагов возгорания. В упрощенной схеме система может использоваться также в режиме определения «нормальный режим работы - аварийная ситуация», например, для выдачи аварийных сигналов при превышении температуры заранее заданного уровня в какой-либо точке поверхности контролируемого объекта.

С этой целью на стенах, а в случае необходимости также и на полу и потолке помещения, в котором находится контролируемый объект, создается покрытие, рабочим элементом которого является тонкая полимерная пленка, на двух поверхностях которого закреплены проводники, образующие декартову сетку системы двумерных координат {x, y}, причем x-проводники закреплены с одной, а y-проводники - с другой стороны несущей тонкой полимерной пленки, играющей роль сенсорного элемента. В качестве несущей может быть использована любая полимерная пленка, для которой достаточно хорошо выражен известный из научной литературы эффект резкого падения сопротивления пленки с ростом температуры, в частности, прозрачная пленка частично дегидрохлорированного поливинилхлорида (ПВХ) [1-3]. Концы проводников с помощью внешних проводов соединяются с компьютером, на экране которого изображается в уменьшенном масштабе аналогичная {x, y}-сетка, причем по третьей координате z откладывается соответствующая температура, что позволяет контролировать распределение температуры по поверхностям помещения. В другом варианте, в качестве материала пленки также используется дегидрохлорированный ПВХ, но степень дегидрохлорирования подбирается так. что при достижении определенной фиксированной температуры сопротивление пленки практически мгновенно снижается на много (до 10) порядков [1-3], обеспечивая тем самым "закорачивание" сетки в соответствующей точке, что позволяет фиксировать точки, в которых превышен заранее заданный уровень температуры.

В случае неисправностей контролируемой аппаратуры, вызывающих повышенное выделение тепла, температура стен, пола и потолка помещения, в котором находится аппаратура, также повышается, причем соответствующие изменения непосредственно отображаются на экране монитора. Величина такого повышения свидетельствует о возникновении неисправности, осуществляя тем самым дистанционный мониторинг состояния контролируемого объекта, позволяя также по величине подъема температуры и соответствующей площади поверхностей судить о степени опасности возникающей аварийной ситуации, и, в частности, предотвращать возникновение пожаров.

Предлагаемая полезная модель служит для простого и быстрого создания указанной сенсорной системы. С этой целью предлагается использовать сворачиваемую в рулон широкую (порядка метра и более) ленту типа «скотч», представляющую собой тонкопленочную основу из полимера, в качестве которого можно использовать ПВХ-пластикаты с использованием частичного дегидрохлорирования [1-3], либо другие пленочные полимеры, для которых достаточно выражен указанный выше физический эффект. На поверхность пленки наносится незасыхающее клеющее вещество, а также система проводников, параллельных краям ленты, после чего лента сворачивается в рулон.

Для изготовления сенсорной системы стены в охраняемом помещении с уже имеющимся покрытием (например, в виде обоев или окраски) сначала полностью покрываются наклеиванием параллельных полос указанной ленты, после чего поверхность полученного покрытия вторично покрывается наклеиванием той же ленты, но уже в перпендикулярном направлении. В результате образуется двухслойная система, нижний полимерный слой которой играет роль сенсорного элемента, а верхний выполняет роль защитного слоя. После этого концы проводников от одного из краев каждой из двух лент в соответствии со сказанным выше выводятся на компьютер.

В качестве проводников в рассматриваемой системе могут использоваться как обычные тонкие металлические проводники, так и любые другие аналогичные высокопроводящие образования, полученные, например, с использованием полосок тонкой фольги, напылением металлических полосок, использованием полос графитовой проводящей краски, либо узких и тонких лент из высокопроводящих полимеров.

В случае отсутствия необходимости получения полной картины распределения температуры по поверхности стен, например, при создании системы оповещения о возникновении пожарной опасности задолго до появления задымления или открытого огня, рассматриваемая конструкция допускает упрощение за счет предварительного склеивания двух наложенных друг на друга одинаковых лент. В этом случае пропадает необходимость в применении компьютера, поскольку наклеивание в качестве напольного покрытия параллельных полос получившейся двойной ленты с использованием простейшей системы оповещения, например, звукового сигнала, срабатывающего при закорачивании любых двух проводников из верхнего и нижнего слоев в случае превышения заданной температуры, решает поставленную задачу. При этом система проводников может быть заменена сплошными проводящими слоями, например, из тонкой металлической фольги или проволочной сетки.

Преимуществом использования предлагаемой широкой ленты типа «скотч» для создания системы сенсоров являются простота монтажа и универсальность, т.е. пригодность использования в помещениях произвольной формы, что позволяет избежать необходимости заводского изготовления пленочного сенсора для каждого конкретного помещения.

Список литературы

1 D.V. Vlasov, V.I. Kryshtob, T.V. Vlasova, L.A. Apresyan, S.I. Rasmagin Investigation of the influence of temperature on the conductive properties of copolymer PVC - PolyAcetylene films arXiv: 1312.7101 [pdf]

2. D.V. Vlasov, L. A. Apresyan, Cascade Model of Conduction Instability and Giant Fluctuations in Polymer Materials and Nanocomposites. Advances in Materials Science and Applications, Jun. 2013, Vol. 2, Iss. 2, pp. 60-65.

3. Крыштоб В.И., Власов Д.В., Миронов В.., и др. Короткое замыкание в электрических кабелях с полимерной изоляцией. Электротехника, т. 85, N 5 (2014).

Рулонируемая широкая лента типа "скотч", состоящая из полимерной пленки из частично дегидрохлорированного ПВХ-пластиката, либо из иного гибкого полимера с хорошо выраженным эффектом зависимости электропроводности от температуры, с нанесенными на одну из ее поверхностей параллельными краям ленты электрическими проводниками и тонким слоем незасыхающего клеевого состава, служащая при наклеивании ее двумя взаимно перпендикулярными слоями для создания системы проводников, образующих координатную{х,у}-сетку таким образом, что изменения температуры приводят к локальным изменениям сопротивления полимерной пленки и, в упрощенном варианте, закорачиванию проводников {х,у}-сетки, что при соединении указанной системы к простейшей компьютерной системе позволяет непосредственно на мониторе компьютера отследить изменения температуры поверхностей контролируемого помещения, предотвратив тем самым возникновение аварийных ситуаций и возгораний, связанных с нештатным выделением тепла.

РИСУНКИ