JPH04501312A

JPH04501312A - センサアッセンブリ

Info

Publication number: JPH04501312A
Application number: JP1511591A
Authority: JP
Inventors: ワスレイ、ロバート・エス; ホルムス、ジェイムズ・シー
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: US4926129A; ATE118885T1; WO1990004158A1; CA2000439C; DE68921346T2; AU4512289A; EP0438525B1; EP0438525A1; CA2000439A1; JP3007106B2; DE68921346D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称　センサアッセンブリ発明の背景発明の技術分野本発明は、事象情報を検出するためのセンサアッセンブリに関し、特に複数事象を区別するためのセンサアッセンブリに関する。

発明の概論センサアッセンブリを構成するセンサケーブル及びアッセンブリは、周知である。そのようなセンサは、例えば水あるいは有機溶剤のような液体の有無、温度あるいは圧力の所定値までの到達、光あるいは電磁放射線の有無のような、検出線に沿って可変な変化を検出するために、又は、例えば化学処理プラントにおけるバルブあるいは建物の防犯警報システムに適合する窓の可動構成物の物理的位置の変化を検出するために使用することができる。この種の変化は、本明細書では包括的に“事象”として記述している。又、以下の出願書類を参照することができる。例えば、米国特許第１．０８４．９１０．２、５８１．２１３．２．６９１．１３４．３．２４８．６４６．３．３８２．４９３．３．５６４．５２６．３，４７０、３４０．３．８００．２１６．３．９９１．４１３．４．２７８．９３１．４．４００．６６３、及び４．５７０゜４７７、英国特許第１８２．３３９．１．３５５．１７６、及び１．４８１．８５０、独国特許出願公開公報第３．０１１．５００、及び３．２２５．７４２、欧州特許出願公開公報第１３３、７４８（１９８５年３月６日公開）、１４４．２１１（１９８５年６月１２日公開）、１６０．４４０（１９８５年１１月６日公開）、１６０．４４１（１９８５年１１月６日公開）、１６４．８３８（１９８５年１２月１８日公開）、２５０．７７６（１９８８年１月７日公開）、及び２５３．０８５（１９８８年１月２０日公開）、そして国際特許出願第Ｗ０８６１０７４８３（１９８６年１２月１８日公開）である。

上記各出願に記載されたようなセンサは、配管からの漏れを検出、蒸気配管を覆う保温材への蒸気の漏れの検出、及び腐食性あるいは有害な薬品を含むタンクからの漏れを検出するのに便利である。しかし、上記センサは、溶剤の存在に対する応答が相対的に遅く、曲げ、圧力、あるいは他の機械的な酷使に敏感であり、溶剤蒸気の雰囲気下において厄介にも脱落（以下“有害脱落”（“ｎｕｉｓａｎｃｅ　ｔｒｉｐｐｉｎｇ”）という）しやすい。又、１種以上の液体が存在するとき付加的な問題が発生する。例えば水のような導電性液体と例えばガソリンのような非導電性液体とを区別可能な検出手段が、しばしば２重壁構造のタンクの内側壁と外側菫との間に必要となる。従来の検出装置はこのような目的のために設計されていない。むしろ、各液体あるいは検出される事象に関して一対の数本の検出線を使用しなければならず、柔軟性に欠け、複雑な電子工学技術を必要とする。

本発明の概要迅速な応答、高い濃度の蒸気下における有害脱落の最小化、及び物理的に強い構造において、二つの事象間の検出及び区別が容品にできるセンサアッセンブリを発明した。このように本発明は、電解物の存在を伴う第１の事象を検出し、電解物の存在を伴わない最低一つの第２の事象を検出し、そして第１及び第２の事象の区別をし、（１）第１の導電体と、（２Ｘａ）第１及び第２の両事象がないとき上記第１の導電体から電気的に絶縁され、（ｂ）第１の事象の発生上、イオン的接続を介して上記第１の導電体に電気的に接続されるようになり、（Ｃ）第２の事象の発生上、電気的接続を介して上記第１の導電体に電気的に接続されるようになる、第２の導電体と、（３）上記第１及び第２の導電体間の接続がイオン的接続かあるいは電気的接続かを決定する決定手段と、を備えたセンサアッセンブリを提供する。

図面の簡単な説明図１及び図２は、本発明の検出線の平面図及び断面図を示しており、図３は、本発明のセンサ装置の回路図を示している。

本発明の詳細な説明本発明のセンサアッセンブリは、電解物の存在を伴う第１の事象を検出するのに便利である。本明細書において、“電解物”の語は、例えば液体あるいは気体のような、イオンによって電気的接続を生成する流動体を意味して使用する。適切な流動体は、水、酸性の水、アルカリ性の水、及びその他のイオン溶液である。

イオン的接続は、電荷伝搬物がイオンである一接続である。イオン的接続は、しばしば例えば４００００オームあるいはそれ以上の高い抵抗値を有する。

又、上記センサアッセンブリは、電解物の存在を伴わない第２の事象を検出することもできる。そのような第２の事象の例として、（１）炭化水素のような例えば有機液体である流動体の存在、（２）ある特定値以上あるいは以下の温度の増加あるいは減少、（３）ある特定値以上あるいは以下の圧力の増加あるいは減少、又は（４）上記各事象の幾つかの組合わせがある。第２の事象の存在においてなされる電気的接続は、電気的でありイオン的ではな（、一般に例えば工ないし１０００オームのように比較的に低い抵抗値を有する。

上記センサアッセンブリは、第１及び第２の導電体を備えている。

一方、上記アッセンブリは、上記第１及び第２の両事象が存在しないとき上記第２の導電体から電気的に絶縁されている構造を第１の導電体が備えることができ、上記第１及び第２の導電体が延長ケーブルを備えるように設計されるのが好ましい。上記第１あるいは第２の導電体又はその両方のどちらかは、除去、溶解、導電材料への置換、膨張、貫通、あるいは妨害する幾つかの方法において、上記第１及び第２の導電体が上記第１あるいは第２の事象の発生によって電気的に接続可能となるような電気的に絶縁された層にて覆われ、あるいはそのような層を備えることができる。特に好ましい絶縁層は、上記導電体の一つあるいは両方を覆いあるいは接触し膨張可能あるいは液体が浸透可能なポリマを介して開口を備えた編組みあるいはテープ状であるのが好ましい。上記開口は、例えば方形状、ひし形、円形のように種々の大きさあるいは形状である。応答率を最高とし、蒸気の存在下において“有害脱落”の量を最小にするため、多くの小さい開口が好ましい。それらの開口は均等にあるいはランダムに配置することができる。上記開口の最小寸法は、好ましくは０、００１インチないし０．０２０インチ（０，００２５ｃｍないし０．０５１ｃｍ）の範囲内であり、例えば約０．００３インチないし０．００６インチ（０，００８ｃｍないし０゜０１５ｃｍ）である。上記開口の表面積は、好ましくは０．０００００１平方インチないし０．０００４平方インチ（０，０００００６５ｃｍ”ないし０．００２６ｃｍ”）の範囲内であり、例えば約０．０００００９平方インチないし０．００００２５平方インチ（０，００００５８ｃｍ”ないし０．０００１６ｃｍりである。上記開口の深さは、好ましくは０．００１インチないし０．０２０インチ（０，００２５ｃ鳳ないし０．０５１ｃ鳳）の範囲内であり、例えば０．００５ないし０．００８インチ（０，０１３ｃｍないし０．０２０ｃｍ）である。

上記絶縁層は、例えば導電体の周囲にスリットテープをら旋状に巻回したり、あるいは導電体上に編組みを設けたり、種々の適宜な方法によって形成することができる。編組みが使用されたとき、好ましくは編組みを構成する単繊維は、特有の物理的及び電気的性質を達成するために一つあるいは種々の物質を含むことができる。適切な物質は、円形の線材あるいは方形状のリボンの形状のナイロン、ガラス、ポリエステル、フルオロポリマ、あるいは他のポリマ単繊維を含んでいる。上記編組みを含む物質は、編組みを行う間、滑らかで均一な表面層を形成するために他の単繊維上に交差する間際に各単繊維を平坦にするために張力が十分であるように変形可能であることが好ましい。上記編組みあるいは他の電気的な絶縁層は、上・　記第１あるいは第２の導電体もしくはその両方の導電体のどちらかに設けることができ、又、選択的にあるいは付加的に、センサアッセンブリの一部を構成するーあるいはそれ以上の支持材あるいは充填線材（ｆｉｌｌｅｒ　ｒｏｄｓ）に接触して設けることができる。

本発明の上記第１及び第２の両導電体は、例えば銅、ニッケル、プラチナ、銀、これらの合金、あるいはそのようなものからなる延線（ｅｌｏｎｇａｔｅ　ｗｉｒｅ）を一般に含んでいる。幾つかの応用例において、第１あるいは第２の導電体のどちらかは、特定温度にて溶けそして一方の導電体に接触するはんだを備えている。両導電体は、ポリマあるいは他の物質によって部分的にあるいは完全に被覆することができる。上記第１及び第２の導電体は、はぼ直線的に互いにほぼ平行に配列でき、又それらはより合わされ、又それらは中央支持部材の回りに螺旋状に巻回され、あるいはその逆で互いに近接して配置することができる。迅速な応答のために、上記第１及び第２の導電体間の隙間は、例えば上記絶縁層の厚さに等しいように、比較的小さいのが好ましい。幾つかの支持材あるいは充填線材と同様に、上記第１及び第２の導電体は、構成部材上に張力を与える外部編組みによって所定位置に保持することができる。センサ装置が事象の検出及び位置決めの両方を行い得る電子工学技術を備えているとき、中央の導電体を含む−もしくはそれ以上の充填線材は、３あるいは４線システムにおいて上記第１及び第２の導電体に付加的に使用することができる。

上記第１及び第２の導電体は幾つかの物質を含むことができるけれども、それらの内少な（とも一つが、柔らかくすることができあるいは溶剤、温度、その他の事象の存在において膨張可能で、そして一方の導電体に接触するため電気的絶縁層を介して膨張あるいは上記絶縁層を摂動可能なポリマを含むことが好ましい。

上記ポリマは、例えば特殊な導電性充填剤と有機ポリマ（ポリシロキサンを含む意味で使用する）との混合物である導電性ポリマ、有機ポリマ内に分散した充填剤を含むことが好ましい。適切な導電性充填剤として、例えばカーボンブラック、グラファイト、金属、金属酸化物、導電性ポリマの粒子、あるいはこれらの混合物を使用することができる。上記導電性ポリマの適切な抵抗率レベルは、応用例によって変化するが、一般に、０．１ないし２０．０００オーム−ＣＩであり、特に工ないし１０００オーム−ｃｍであり、特別には１ないし２５０オーム− ｃｌｌｌである。上記ポリマが使用上膨張する場合には、導電性ポリマの抵抗率は膨張する前に測定される。′検出装置における導電性ポリマ混合物及びそれらの使用について記述している書類は、欧州特許出願公開公報第１３３．７４８；　１４４，２１１；　１６０．４４０；　１６０．４４１；　１６４，８３８；　２５０．７６６；２５３、０８５　；及び国際特許出願第ＷＯ／８６１０７４８３を含んでいる。

上記導電体を覆う上記ポリマが膨張可能であることを要求される場合、幾つかの適切な物質が使用される。そのような物質としてアモルファスあるいは結晶質のポリマ又はそれらの混合物が使用できる。上記物質の選択は検出する事象による。例えば、検出装置が特定の流動体の存在を検出するために使用される場所では、物質はその液体内で膨張するが、共に存在するであろう他の液体内では膨張しないものを選択しなければならない。しかしながら、上記物質は膨張することより他に変化しやすい。例えば、ある特別な具体例において好ましいように、上記検出装置が炭水化物及び水を検出することができる場合、上記第１及び第２の導電体の少な（とも一つを覆うポリマは炭水化物の存在にて膨張可能であり、水の存在では膨張しない。電気的接続はむしろ上記第１から第２の導電体へ水を介してイオン伝導によって行なわれる。

上記検出装置の安定性を改良するため及び蒸気、温度感度を限定するために、一つあるいは両方の導電体上を覆う上記ポリマを架橋することがしばしば必要となる。架橋は、放射線あるいは化学架橋薬品を使用することで為される。上記ポリマが放射線によつて架橋する場合、その放射線量は２ないし３０Ｍｒａｄであり、特に５ないし１５Ｍｒａｄであり、例えば約７　、５　Ｍｒａｄである。上記ポリマは、その厚さ間で同一の線量あるいはその厚さ間で異なるレベルの線量で照射することができる。上記ポリマが非晶質物質の架橋を備える場合、架橋することが特に好ましい。例えば繰り返し使用される検出装置の能力のような上記検出装置の再設定性は、導電性ポリマ被覆が照射されたとき改良されることがわかっている。

上述したように、上記検出装置は幾つかの適切な幾何学的形状を備えることができる。好ましい幾何学的形状において、上記第１及び第２の導電体は延在しそして張力をかけられた編組みによって所定位置に保持される。上記導電体の少なくとも一つ上の有機あるいは他の物質の被覆がある事象の存在を示し柔らかくなったりあるいは膨張したりしたとき、編組み上の上記張力は上記導電体を互いに接触させるように作用する。

本発明の検出装置は、二重壁構造のタンクからのガソリンの漏れと上記タンクへの地下水の漏れとを検出し区別するのに特に有益である。

図面を参照し説明すると、図１は本発明の検出ケーブル１の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ部分における断面図を示している。

第１の導電体２及び第２の導電体５は、二つのスペーサロッド９．１０と同様に、外部編組み１１によって所定位置に保持される。第１の導電体２は導電性ポリマ層４によって覆われる中央の導電体３を備えている。第２の導電体５は、まず導電性ポリマ層７によって、次に編組み６の層によって覆われる中央導電体８を備えている。

図３は、炭水化物の漏れあるいは水の漏れ等の開回路の存在を指示可能な検出装置の回路図を示している。上記第１の導電体２及び第２の導電体５は、電源Ｖ及び“電流制限”抵抗である二つの固定抵抗Ｒ１、“線終了”抵抗であるＲ２に直列に接続される。Ｒ１を介して測定された電圧は、回路内の抵抗に比例し、そして各コンパレータが異なる指示灯に接続される直列のコンパレータに印加される。

通常状態のもとでは、回路の合計抵抗値ＲＴは、（Ｒ１＋Ｒ２）の値に固定される。もし回路において断線があった場合、上記抵抗値は大幅に増加し、開回路を示す指示灯ＬＯＧが点灯する。例えば水あるいは炭水化物の漏れのような事象Ｅの場合、抵抗ＲＥとともに電気的接続が上記第１及び第２の導電体の間でなされる。そのような状態においては、抵抗ＲＥは抵抗Ｒ２と並列であり、回路の合計抵抗ＲＴは以下の式にて決定することができる。

ＲＴ＝Ｒ１＋（（Ｒ２・ＲＥ）／（Ｒ２＋ＲＥ））事象の種類はＲＥの大きさによって決定することができる。即ち、炭水化物の漏れは好ましくは工ないし１０００オーム、例えば１００オームのように比較的低い抵抗値であり、一方、水のような電解液は、好ましくは４０００ないし４００００オーム、例えば１００００オームであるように比較的高い抵抗値である。抵抗の大きさに依存して、適切な指示灯が点灯する。即ち、指示灯ＬＨＣは炭水化物の漏れがあった場合に点灯し、指示灯ＬＨ２０は水の漏れがあった場合に点灯する。尚、例えばブザーのような他の種類の警報が表示灯の代わりに使用可能である。もし事象の分別と同様に事象の存在位置を示す必要がある場合には、一つあるいはふたつの付加的なフィードバック線を含む付加的な構成部分を付加することができる。

本発明を以下の例によって説明する。

例カーボンが充填された、エチレン／プロピレン／ジエンポリマ（ＥＰＤＭ）の０．０５０インチ（０，１２７ｃ■）の層は、すず／銅の導電体をよりあわせた２４ＡＷＧよりまず突出し、そして第１の電極を形成するために上記ポリマが７　、５　Ｍｒａｄまで照射される。第２の電極は、ニッケル／銅の導電体をよりあわせた２４ＡＷＧ上にカーボンが充填されたポリぶつ化ビニリデンの０．０１２インチ（０，０３０ｃｍ）の層を突出させることで用意される。上記第２の電極は、３０ビック／インチの密度にて０．００３インチ（０，００８ｃｍ）のスパンでポリエステル繊維の１６本のより線からなる編組みにて覆われる。上記第１及び第２の電極は、直径０．０６５インチ（０，１６５ｃｍ）のポリエチレンの二本のスペーサロッドと同様に、０．０１４インチ（０゜０３６ｃｍ）のフルオロポリマ単繊維の１６本のより線からなる編組みにて覆われる。編組工程の張力のもとで、比較的柔軟な物質を備えた第１の電極は、断面が非円形状となるように変形される。結果的に得られる検出ケーブルにおいて、上記第１及び第２の電極はポリエステル編組みによって生成されるわずかな隙間により分離される。

国際調査報告ｌ１１−ｍ−−＾−ｔｋ−１−ＩＩｓ、　ＰＣＴ／ＵＳ　８９１０４５２１国際調査報告ＰＣＴ／ＵＳ　８９１０４５２１

Claims

【特許請求の範囲】１．（１）第１の導電体と、（２）（ａ）第１及び第２の両事象が存在しないとき上記第１の導電体から電気的に絶縁され、（ｂ）第１の事象の発生上、イオン的接続を介して上記第１の導電体に電気的に接続されるようになり、（ｃ）第２の事象の発生上、電気的接続を介して上記第１の導電体に電気的に接続されるようになる、第２の導電体と、（３）上記第１及び第２の導電体間の接続がイオン的接続かあるいは電気的接続かを決定する決定手段と、を備え、電解物の存在を伴う第１の事象を検出し、電解物の存在を伴わない最低一つの第２の事象を検出し、そして第１及び第２の事象の区別を行うことを特徴とするセンサアッセンブリ。２．上記第１及び第２の導電体の少なくとも一つは導電性ポリマに接触する金属芯を備えた、請求項１記載のセンサアッセンブリ。３．上記金属芯は導電性ポリマにより覆われる、請求項２記載のセンサアッセンブリ。４．上記導電性ポリマの少なくとも一部分は架橋されている、請求項２又は３記載のセンサアッセンブリ。５．上記第２の導電体は電気的に絶縁された編組みによって絶縁された、請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサアッセンブリ。６．上記編組みはポリエステルを含み、最小寸法０．００１インチないし０．０２０インチの開口を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサアッセンブリ。７．上記電解物は水である、請求項１ないし６のいずれかに記載のセンサアッセンブリ。８．上記第２の事象は有機溶剤の存在の検出、温度変化の検出、あるいは圧力変化の検出を含む、請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサアッセンブリ。９．（１）二重壁構造のタンクの内側壁と外側壁の間に請求項１ないし８のいずれかに記載のセンサアッセンブリを配置し、（２）上記センサアッセンブリの監視を行うため電源に上記センサアッセンブリを接続する、工程を備えた二重壁構造のタンクにて流動体の漏れを検出する検出方法。１０．上記第１の事象は水の存在検出を含み、上記第２の事象は炭水化物の存在検出を含む、請求項９記載の検出方法。