NO753453L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for detektering

av temperaturvariasjoner over eller under en forutbestemt verdi, og en anordning for utførelse av fremgangsmåten.

Ifølge oppfinnelsen er en fremgangsmåte ved detektering av temperaturvariasjoner over eller under en forutbestemt verdi kjennetegnet ved at det i det område hvor temperaturvariasjonene skal detekteres, anordnes en viss mengde ferromagnetisk materiale med et Curiepunkt som tilnærmet svarer til den forutbestemte temperatur, sammen med minst to elektriske ledere som er anordnet på en slik måte at når det ferromagnetiske materiale har en temperatur under sitt Curiepunkt og en første varierende elektrisk strøm føres gjennom en første elektrisk leder, induseres en andre varierende elektrisk strøm i en andre av de elektriske ledere, at en første varierende elektrisk strøm føres gjennom den første elektriske leder og den andre varierende elektriske strøm som induseres i den andre, elektriske leder, overvåkes, idet størrelsen av den induserte strøm vil variere i overensstemmelse med den magnetiske permeabilitet for det valgte ferromagnetiske materiale.-

Et kjent fenomen som er knyttet til ferromagnetiske materialer, er den meget store endring i magnetisk'permeabilitet ved en temperatur som betegnes som Curiepunkt, fra å være ferromagnetisk til å være paramagnetisk eller omvendt.

Når det benyttes et ferromagnetisk materiale som har

et Curiepunkt ved en eller annen forutbestemt verdi, vil dette materiale ha forholdsvis høy magnetisk permeabilitet når mate-rialet har en temperatur under sitt Curiepunkt, og en forholdsvis stor strøm vil bli indusert i den andre elektriske leder.

Når det nevnte materiale har en temperatur over sitt Curiepunkt, vil det ha meget lav magnetisk permeabilitet og som et resultat vil en neglisjerbar strøm bli indusert. Overvåkning av den strøm som induseres i den andre elektriske leder vil derfor gi en indikasjon på om det ferromagnetiske materiale har en temperatur over eller under sitt Curiepunkt, og temperaturendringer gjennom denne temperatur kan umiddelbart detekteres og registre-res .

De ferromagnetiske materialer som hittil har funnet å være mest egnet for anvendelse ifølge den foreliggende oppfinnelse, er de ferrimagnetiske oxyder som generelt betegnes som myke ferriter. Spesielt nyttige er særlig de magnetisk myke ferritt-materialer som har kubisk krystallstruktur. Disse materialer har samme struktur som mineralet spinell og betegnes iblandt som spinell-ferritter. Disse har den generelle formel MeFe20^hvor Me vanligvis representerer ett eller, i blandede ferritter, mer enn ett av overgangsmetallene Mn, Fe, Co, Ni, Cu og Zn, eller Mg og Cd. Andre kombinasjoner med ekvivalent valens er mulig, og

det er også mulig å erstatte noen eller alle de treverdige jern-ioner med andre treverdige metallioner. For nærværende anvendelse er mangan-zink-ferritter (MriZn-ferritter) eller nikkel-zink-ferritter (NiZn-ferritter) best'egnet. De magnetiske egenskaper av disse spinellferritter skriver seg fra vekselvirkninger mellom metallioner som opptar spesielle posisjoner i forhold til oxygenionene i ferrittens krystallstruktur. Nærmere enkeltheter for ferrittmetaller av denne type og forskjellige andre, samt en diskusjon av disses magnetiske egenskaper, finnes i publikasjo-nen "Soft Ferrites" Properties and Applications" av E.C. Snelling, BSc(Eng), C.Eng., F.I.E.E., utgitt av Iliffe Books Ltd., London.

Det er kjent myke ferritter som har et Curiepunkt mellom -20° C og +350° C (teoretisk mellom -100° C og +350° C), og et materiale med en spesiell forutbestemt temperatur for den foreliggende anvendelse kan velges fra tabeller med registrerte data.

En anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan omfatte hvilken som helst egnet kombinasjon av første og andre elektriske ledere som er knyttet til en viss mengde ferromagnetisk materiale, slik at når en varierende elektrisk strøm føres gjennom den ene leder, kan en indusert strøm detekteres i dehandre, forutsatt at det ferromagnetiske materiale har en temperatur under sitt Curiepunkt, sammen med en anordning som frembringer en varierende elektrisk strøm og er tilpasset til å forbindes med den første elektriske leder, og . en overvåkningsanordning som er tilpasset til å forbindes med den andre elektriske leder. For eksempel kan det ferromagnetiske materiale være et toroideformet férrittstykke og de første og andre elektriske ledere kan være enkle trådspoler rundt motsatte sider av toroidelegemet, eller de kan også være enkle parter av en wire som er tredd gjennom det sentrale hull i toroiden. Enhver passende kilde for vekselstrøm kan tilkoples til endene av den første elektriske leder, og en lampe kan tilkoples til. endene av den andre elektriske leder. Når ferrittoroiden har en temperatur un,d,grwsitt Curiepunkt, vil lampen lyse, og når temperaturen stiger over Curiepunktet for ferritten, vil lampen slukne. Utviklingen av regnemaskiner og mikroelektronikk kan man regne med svært mange former for kombinasjonen av ferromagnetisk materiale og første og andre elektriske ledere som er egnet for an vendelse ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, men enhver av disse vil når. den benyttes i kombinasjonen med en anordning som tilveiebringer en varierende elektrisk strøm, og en overvåkningsanordning, slik som ovenfor omtalt, falle innenfor den generelle beskrivelse av oppfinnelsen.

De individuelle detektorer- som er beskrevet så langt, vil overvåke bare et forholdsvis lite område avhengig av mengden av benyttet magnetisk mykt -f erromagnetisk materiale og den termiske ledningsevne for det objekt med hvilket de er i kontakt. For å overvåke større områder, såsom veggene i tanker, kan detektorer forenes med hverandre i form av et nettverk. For eksempel kan en første elektrisk leder vikles i rekkefølge rundt et antall toroidef ormede f erritt.s tykker . Flere rekker av liknende toroider kan dannes og anbringes side om side, og en andre elektrisk leder kan vikles rundt den første toroide i hver rekke, og videre én rundt den andre toroide i hver rekke og så videre, for å danne et todimensjonalt nettverk. Når en første, varierende elektrisk strøm føres gjennom hvilke som helst av de første elektriske ledere og de andre elektriske ledere overvåkes, vil man, dersom temperaturen i nærheten av noen av toroidene er slik at det magnetiskemyke ferromagnetiske materiale befinner seg under sitt Curiepunkt, detektere en strøm i den andre elektriske leder som er viklet rundt vedkommende toroide, og denne kan umiddel-

bart identifiseres.

Den foreliggende oppfinnelse kan illustreres ytterlige-re og forklares under henvisning til anvendelseseksempler som fremgangsmåten og anordningen kan benyttes på, og.som nedenfor skal beskrives og illustreres under henvisning til tegningene.

En første anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte og anordning er å detektere feil i isolasjonssystemer som omgir kalde materialer som kan føre til dannelse av kalde punkter. Dette er en særlig viktig anvendelse, særlig når vedkommende isolasjon omgir et cryogenisk materiale og kuldelekkasje gjennom, isolasjonen kunne føre til at den ytre beholdervegg blir utsatt for cryogeniske temperaturer og slår sprekker. Mer spesielt eksisterer et system av cryogenisk isolasjon der 'hvor materia-let i isolasjonen (f.eks. polyurethanskum) fungerer som den egent-lige beholder for en cryogenisk væske og feil i isolasjonen kunne tillate dannelse av sprekker gjennom hvilke cryogenisk'væske kunne strømme, kanskje til og med til kontakt med den ytre beholdervegg med katastrofale følger som resultat. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte ved hjelp av hvilken sådanne feil i isolasjonen kan detekteres på et meget tidlig sta-dium og videre kan måles og overvåkes.

En anordning ifølge oppfinnelsen kan installeres enten inne i selve isolasjonen'eller på innsiden eller utsiden av den ytre beholdervegg. Så lenge temperaturen i nærheten av det ferromagnetiske materiale er større enn den forutbestemte tempe-. råtur (Curiepunktet for det valgte ferromagnetiske materiale), vil en første varierende elektrisk strøm som føres gjennom den første elektriske leder, ikke indusere noen strøm i den andre. Dersom en feil opptrer i isolasjonen i nærheten av det ferromagnetiske materiale., vil kulde strømme gjennom dette og avkjøle det nevnte materiale. Det ferromagnetiske materiale vil bli av-kjølt til en temperatur under sitt Curiepunkt og dets magnetiske permeabilitet vil bli. betraktelig 'øket. En første varierende elektrisk strøm som føres gjennom den første elektriske leder, vil nå forårsake at en andre varierende elektrisk strøm induseres i den andre elektriske leder.

I tilfelle av en meget stor tank, såsom de som installeres i de tankere for flytendegjort petroleumsgass (LPG) og flytende-gjort naturgass (LNG) som for tiden er under bygging og projekteres for fremtiden, kan individuelle detektorer i overensstemmelse med oppfinnelsen innbygges i isolasjonen eller festes til tankveggen i form av et nettverk slik som ovenfor beskrevet, på en slik måte at det hele av hver tankbegg kan overvåkes fra et punkt ved å føre en strøm gjennom en første rekke elektriske ledere som hver er i forbindelse med en '.viss mengde ferromagnetisk materiale, og overvåke de induserte strømmer i en andre rekke elektriske ledere.

Den ende som anordningen ifølge oppfinnelsen har til å reagere på en reduksjon i temperatur, kan benyttes for å detektere en feil i en beholder eller en rørledning som inneholder en gass eller væske under trykk. I denne situasjon vil et lite hull tillate det inneholdte materiale å sprute ut fra beholderen, og som et resultat av Joule-Thomson-effekten vil det område som omgir hullet bli avkjølt. Dette er et velkjent fenomen. Tempera-tursenkningen ved dette punkt detekteres ved hjelp av detektorene ifølge oppfinnelsen på samme måte som et kaldt punkt i et isolasjonssystem. I tilfelle av en ■ katastrofal feil, som har eksplo-siv kraft som ødelegge detektoren, blir dette også detektert da en diskontinuitet dannes på ødeleggelsesstedet og den første elektriske strøm ikke flyter gjennom sin leder.

Alternativt kan ,den foreliggende fremgangsmåte og anordning benyttes til å detektere en feil i et varmeisolasjonssy-stem hvor en feil kan føre til dannelse av et varmt punkt eller en såkalt varmeflekk. Varmeflekker kan være særlig farlige for-di de kan bli antennelseskilder. Eksempler på varmeisolasjons-systemer som kan beskyttes ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen, omfatter sådanne som omgir kjemiske destillasjonsan-legg, ovner, kjeler, reaksjonsbeholdere og oppvarmede lagrings-beholdere. Fremgangsmåten for detektering av en feil ligner fremgangsmåten for detektering av en feil i et cryogenisk isola-sjorissystem, bortsett fra at detektoren detekterer nærvær av en magnetisk diskontinuitet forårsaket av det ferromagnetiske materiale i feilområdet som passerer gjennom sitt Curiepunkt og blir paramagnetisk.

Like så vel som endringer i temperatur på grunn av iso-lasjonssvikt kan fremgangsmåten og anordningen-ifølge oppfinnelsen også detektere en endring forårsaket av en iuønsket tilstands- endring, f.eks. forårsaket av feilaktig oppvarming, drift, kjø-ling eller elektrisk utrustning, som et resultat av at en kje-. mi.sk. reaksjon går ut av kontroll eller som et resultat av et utbrudd av brann, eller som et resultat av lagersvikt, eller som et resultat av kortslutning, etc.

En ekstra fordel med den foreliggende deteksjonsanord-ning er at individuelle detektorer som omfatter en viss mengde ferromagneti.sk materiale sammen med én eller flere tilhørende elektriske ledere, kan gjøres : meget små og kan sammenkoples

ved hjelp av meget tynne elektriske ledere. De er også istand til å bli "innebygget" i mange forskjellige isolasjonssystemer, såsom glassfibermatter og glassfiberskum, og kan uten vanskelig-het bringes til å følge meget komplekse konturer.

Idet det nå henvises til tegningene, viser fig. 1 en anordning ifølge oppfinnelsen og fig. 2 viser en typisk nettverk-konfigurasjon av detektorer ifølge oppfinnelsen som er anordnet på overflaten av et isolasjonssystem som inneholder en feil.

Fig. 1 viser et toroideformet element 1 av ferromagnetisk materiale, f.eks. ferritt, rundt hvilken det ér blitt viklet en første elektrisk leder 2 for å danne en sløyfe 3. De to ender 4 og 5 av den første elektriske leder 2 er forbundet med en anordning 6 for frembringelse av en varierende elektrisk strøm. En andre elektrisk leders7 er blitt viklet rundt det toroideformede element 1 for å danne en sløyfe 8, og de to ender 9 og 10

av den andre elektriske leder 7 er forbundet med en overvåkningsanordning 11.

Når anordningen på fig. 1 er i bruk, blir en varierende elektrisk strøm frembragt av anordningen 6 ført gjennom den første elektriske leder 2 og sløyfen 3, rundt toroideelementet 1. Forutsatt at det toroiedeformede element 1 hefinner seg på en temperatur over Curiepunktet for det valgte ferromagnetiske materiale, vil en andre varierende elektrisk strøm bli indusert i sløyfen 8 og den andre elektriske leder 7, og vil bli observert av overvåkningsanordningen 11.

Fig. 2 viser hvordan de toroideformede elementer som

er vist på fig. 1.kan anordnes på en overflate i form av et nettverk, slik at man oppnår en reduksjon av forbindelser som er nødvendige for å benytte elementene, og gjør det mulig å bé-

nytte en eneste kilde for varierende elektrisk strøm og en eneste monitor sammen med et antall elementer. På fig. 2 er fire toroideelementer 20, 30, 40 og 50 vist anordnet i et regelmessig mønster på overflaten 15 av et isolasjonssystem. En første elektrisk leder 21 som har to ender 22 og 23, er først ført gjennom et første toroideelement 20, og deretter gjennom et andre element 30. En andre elektrisk leder 41 med to ender 42 og 43 er på liknende måte først ført gjennom et tredje element 40 og deretter gjennom et fjerde element 50. En tredje elektrisk leder 25 med to ender 26 og 27 er først ført gjennom det første toroideelement 20 og deretter gjennom det tredje element 40. En fjerde elektrisk leder 45 med to ender 46 og 47 er først ført gjennom

det andre toroideelement 30 og deretter gjennom det fjerde element 50. Passende'forbindelser (ikke vist) gjør det mulig for en anordning (ikke vist) for frembringelse av en varierende elektrisk strøm å kobles over hvilke som helst av parene av lederender 22, 23; 42, 43; 26, 27; eller 46, 47 av hvilke som helst av de elektriske ledere 21, 41, 25 eller 45, eller alternativt kan en overvåkningsanordning (ikke vist) tilkoples på liknende måte. På fig. 2 er også vist et skravert område 55 som indikerer en kuldeflekk på overflaten 15 av isolasjonssyste-met. Det vil sees av beskrivelsen at selv om bare fire toroideelementer er vist på fig. 2, kan hvilket som helst antall elementer sammenkoples på liknende måte og overvåkes i et nettverk slik som det er vist, og elementet eller elementene som påvirkes, kan lettvint identifiseres. Det vil også innses at tilkoplings-posisjonene for anordningen for tilveiebringelse av en varierende elektrisk strøm og overvåkningsanordningen er fullstendig om-skiftbare.

Under drift er den ikke viste anordning for tilveiebringelse av en varierende elektrisk strøm koplet over. de to ender 22 og 23 av den første elektriske leder 21, eller de to ender 4 2 og 4 3 av den andre leder 41. Dersom det første toroideelement 20 befinner seg under sitt Curiepunkt, vil en andre varierende elektrisk strøm bli indusert i den tredje elektriske leder 25, og bli detektert når overvåkningsanordningen (ikke vist) er koplet til dens to ender 26 og 27. Ingen strøm vil bli. indusert i den fjerde elektriske leder 45. Dersom det andre toroideelement 30 befinner seg under sitt Curiepunkt, vil en andre varierende elektrisk strøm bil indusert i den fjerde elektriske- leder, og dette vil bli detektert når overvåkningsanordningen er koplet over lederens to ender- 46 og 47.

Dersom anordningen for tilveiebringelse av en varierende elektrisk strøm er koplet over de to ender 4 2 og 4 3 av den andre elektriske leder 41, og enten de tredje eller fjerde toroideelementer 40 eller 50 befinner seg under sitt Curiepunkt, Vil likeledes en 'andre varierende elektrisk strøm bli indusert

i enten den tredje eller den fjerde elektriske leder 25 henholds-vis 45, avhengig av hvilket toroideelement som er kaldt, og denne strøm vil bli detektert bare når overvåkningsanordningen er koplet over de to ender av denne leder.

I den på fig. 2 viste situasjon, hvor en kuldeflekk 55 eksisterer på overflaten 15 av isolasjonssysternet i nærheten av det fjerde toroideelement 50, vil det fjerde toroideelement 50 bli avkjølt til en temperatur under dettes Curiepunkt, mens de andre tre elementer 20, 30 og 40 vil forbli over sine Curiepunk-ter. Når således en anordning for frembringelse av en varierende elektrisk strøm koples over de to ender 4 2 og 43,av den andre elektriske leder 41, og overvåkningsanordningen koples over de to ender 46 og 47 av den fjerde elektriske leder. 45, vil en indusert strøm bli detektert. Ingen indusert strøm vil bli detektert i den tredje elektriske leder 25, eller i noen av de trédje eller fjerde ledere 25 eller 45 ved tilkopling av anordningen for tilveiebringelse av en varierende elektrisk strøm over de to ender 22 og 23 av den første elektriske leder 21.

t

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved detektering av temperaturvariasjoner over eller under en forutbestemt verdi,,karakterisert vedat det i det område hvor temperaturvariasjonene skal detekteres, anordnes en viss mengde ferromagnetisk materiale med et Curiepunkt som tilnærmet svarer til den forutbestemte temperatur, sammen med minst to elektriske ledere som er anordnet på en slik måte-at når det ferromagnetiske materiale har en temperatur under sitt Curiepunkt og en første varierende elektrisk strøm føres gjennom en første elektrisk leder, induseres en.' .andre varierende elektrisk strøm i en andre av de elektriske ledere, at en første varierende elektrisk strøm.føres gjennom den første elektriske leder og den andre varierende elektriske strøm som induseres i den andre elektriske leder, overvåkes, idet størrel-sen av den induserte strøm vil variere i overensstemmelse med den magnetiske permeabilitet for det valgte ferromagnetiske materiale.

2. Anordning for detektering av temperaturvariasjoner over eller under en forutbestemt verdi i overensstemmelse med fremgangsmåten ifølge krav 1,karakterisert vedat den i det område hvor temperaturvariasjonene skal detekteres, omfatter en viss mengde ferromagnetisk materiale med et Curiepunkt som tilnærmet svarer til den forutbestemte temperatur, minst to elektriske ledere som er anordnet på en slik måte at når det ferromagnetiske materiale har en temperatur under sitt Curiepunkt og en første varierende elektrisk strøm føres gjennom en første elektrisk leder, induseres en andre, varierende elektrisk strøm i en andre av de elektriske ledere, anordninger for å føre en første varierende elektrisk strøm gjennom den.første elektriske leder og en anordning for overvåkning av den andre varierende elektriske strøm som induseres i den andre elektriske leder.

3. Anordning ifølge krav 2,karakterisert■ved at det ferromagnetiske materiale er i form av et toroideformet stykke av ferritt.

4. Anordning ifølge krav 3/karakterisertved at den omfatter elektriske ledere i form av enkle parter av tråd .som er ført gjennom det sentrale hull i toroidelegemet.

5. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat anordningen for overvåkning av den i den andre elektriske leder induserte strøm er i form av en lampe.

6. Anordning ifølge et av de foregående krav,karakterisert vedat den omfatter et antall områder som er forsynt med en viss mengde ferromagnetisk materiale, og et nettverk av elektriske ledere bestående av to grupper som er slik anordnet at to ledere som hver er fra forskjellige grupper, er i kombinasjon med det ferromagnetiske materiale fra ett område i gjensidig induktiv forbindelse med hverandre.

7. Anordning ifølge krav 6,karakterisertved at den omfatter et todimensjonalt nettverk i hvilket hver gruppe av elektriske ledere danner den ene dimensjon, og en viss mengde ferromagnetisk materiale nær hvert punkt hvor to ledere fra forskjellige grupper krysser hverandre.

8. Anordning ifølge krav 3 og 6,karakterisert vedat den omfatter et antall første elektriske ledere som danner den første gruppe, idet hver er viklet i rekkefølge rundt et antall toroideformede stykker av ferritt, og således danner rekker som er anbragt side om side på.en overflate som skal overvåkes av hensyn til temperaturvariasjoner, og et antall andre elektriske ledere som danner den andre gruppe, idet den første leder er viklet rundt de første toroider i hver rekke, den andre er viklet rundt de andre toroider i hver.rekke, etc.

9. Anordning ifølge et av kravene 6-8,karakterisert vedat den omfatter en koplingsanordning som er tilpasset til å kople anordningen for overføring av en varierende elektrisk strøm i rekkefølge til hver av de elektriske ledere som danner en første gruppe, og til, under hver sådan kopling,, å.overvåke hver av de ledere som tilhører den andre gruppe, for å detektere opptreden av en indusert strøm.

10. Varmeisolert, cryogenisk lagringstank,karakterisert vedat den omfatter en anordning ifølge et av kravene 6 - 9.

11. Varmeisolert rørledning for transport av materiale,karakterisert vedat den omfatter en anordning iføl-ge et av kravene 6 - 9.