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JP3007106B2 - センサアッセンブリ - Google Patents

センサアッセンブリ

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Publication number
JP3007106B2
JP3007106B2 JP1511591A JP51159189A JP3007106B2 JP 3007106 B2 JP3007106 B2 JP 3007106B2 JP 1511591 A JP1511591 A JP 1511591A JP 51159189 A JP51159189 A JP 51159189A JP 3007106 B2 JP3007106 B2 JP 3007106B2
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JP
Japan
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conductor
sensor assembly
connection
conductive polymer
event
Prior art date
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JP1511591A
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Inventor
ワスレイ、ロバート・エス
ホルムス、ジェイムズ・シー
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Raychem Corp
Original Assignee
Raychem Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/042—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid
    • G01M3/045—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/16—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means
    • G01M3/165—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using electric detection means by means of cables or similar elongated devices, e.g. tapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 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機、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、2,581,21
3、2,691,134、3,248,646、3,382,493、3,564,526、3,4
70,340、3,800,216、3,991,413、4,278,931、4,400,66
3、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）、160,4
40（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（19
88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WO 86/07483（1986年12月1
8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壁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
検出及び区別が容易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、 （２）（ａ）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、
電子的接続を介して上記第１の導電体に電子的に接続さ
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
続かあるいは電子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4000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、電子的であり
イオン的ではなく、一般に例えば１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0.0
00001平方インチないし0.0004平方インチ（0.0000065cm
2ないし0.0026cm2）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（0.000058cm2な
いし0.00016cm2）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（0.0025cmないし0.05
1cm）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
成する一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、
ほ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一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、それらの内少なくとも一つが、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−cmであり、特に１ないし1000オーム−cmであり、特
別には１ないし250オーム−cm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/86/07
483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により他に変化しや
すい。例えば、ある特別な具体例において好ましいよう
に、上記検出装置が炭化水素及び水を検出することがで
きる場合、上記第１及び第２の導電体の少なくとも一つ
を覆うポリマは炭化水素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って架橋する場合、
その放射線量は２ないし30Mradであり、特に５ないし15
Mradであり、例えば約7.5Mrad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、炭化水素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を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、回路の合成抵抗値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ＬOCが点灯する。例えば水あるいは炭化水素
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、炭化水素の漏れは好ましくは１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は炭化水素の漏れが
あった場合に点灯し、指示灯ＬH２O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（0.127cm）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7.5Mra
d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
ふっ化ビニリデンの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ピック
／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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−49219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−90975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−147486（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 3/16 G01M 3/18 G01M 3/40

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電解物の存在を伴う、水、酸性の水、又は
    アルカリ性の水の第１の漏れを検出し、炭化水素を有す
    る有機溶剤の存在を含む最低一つの第２の漏れを検出
    し、上記第１及び第２の漏れの区別を行うセンサアッセ
    ンブリにおいて、 （１）第１の導電体と、 （２）（ａ）導電性ポリマーに接触している金属芯を備
    え、上記導電性ポリマーは上記炭化水素に接触している
    ときに膨張可能であり、 （ｂ）上記第１の導電体との間で電位差を有し、第１及
    び第２の両漏れ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、 （ｃ）第１の漏れの発生上、電荷を運ぶ伝搬物がイオン
    である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、 （ｄ）第２の漏れの発生上、電荷を運ぶ伝搬物が上記電
    位差にて流れる電子である電子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、上記電子的
    接続は、上記炭化水素の存在にて上記導電性ポリマーが
    膨張し該膨張した導電性ポリマーが上記第１導電体に直
    接に接触してなされる、 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
    続かあるいは電子的接続かを決定する決定手段と、 を備えたことを特徴とするセンサアッセンブリ。
  2. 【請求項２】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１記載のセンサアッセンブリ。
  3. 【請求項３】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記載のセンサアッセ
    ンブリ。
  4. 【請求項４】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３記載のセンサアッセンブリ。
  5. 【請求項５】（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４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。
JP1511591A 1988-10-12 1989-10-11 センサアッセンブリ Expired - Fee Related JP3007106B2 (ja)

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JPH04501312A JPH04501312A (ja) 1992-03-05
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AU (1) AU4512289A (ja)
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